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求解无铅化四大难题

无铅意味着什么?

         近年来,电子材料、微电子制造、电子封装、SMT等有关的国际研讨会和学术交流会几乎都以无铅化问题为中心内容或者是主要议题之一,大大小小的电子设备与技术展览中无一例外地打出“无铅”的醒目标志,形形色色的无铅技术培训班和研修班也不断地招生,几十种专业技术刊物几乎每一期都离不开无铅专题,有的杂志刊物在明显位置每期发布倒计时标志,在百度和Google等网络搜索引擎上键入“无铅”二字,通常出现的信息在30万条以上,如果键入无铅的英文“lead free”,则会出现7460万项查询结果,无铅之热由此可窥一斑。

         那么,无铅到底意味着什么?目前,无铅这个词已经超出其字面的含义。狭义的无铅或者说无铅的本义是指,电子产品中铅含量不得超过0.1%(指重量百分比)。这一无铅标准源自欧盟在2003年2月13日颁布的《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成份的指令》,即通常简称的RoHS(Re-striction of Hazard Ousmaterials)。这个指令限制在电子产品中使用包括铅在内的6种有害成份。

         与RoHS同时颁布的还有《电子与电气设备废弃物的指令》,通常简称WEEE(Waste Electrical and Elec-tronic Equipment),这两个指令通常简称双指令,它们的目的是以法律手段减少电子产品对环境的负面影响,因此也称为“绿色指令”。而目前在大多数场合所说的无铅,实际上是指广义的无铅,即实施“绿色指令”有关的各种法令、政策、标准、产品及技术等系统工程,而不仅仅是无铅制造。

“绿色指令”的出台是人类文明进步的标志,无铅实施表明人类已经开始正视电子废物污染问题,它已成为不可逆转的潮流。

         我们只有一个地球,发展经济不应该以污染环境为代价。以人为本,人文关怀是当今世界主流。对中国这样一个迅速发展的电子制造和消费大国,如果只讲经济,不顾环境保护,不仅危害当代,而且祸及子孙。

         保护环境是要付出代价的,无铅化同样意味着电子制造不能一味追求无限制地大批量过度制造,无铅化的难度远远超过一般人的认识。

         产业链各环节如何应对无铅化

         无铅化对电子制造企业来说,是一次技术实力和管理能力的挑战。无论是设备、材料供应商还是生产厂,都面临着知识更新和技术变革的压力,能否顺利完成无铅过渡是企业能否生存发展的分水岭。

         对于设备和材料供应商来说,机遇与挑战共存。在无铅化的进程中,某些设备供应商率先推出了无铅产品,抢得了市场先机,某些产品出现供不应求的局面。对这些厂家而言,在抓住目前发展时机的同时,千万不可忽略设备应用的技术问题,即无铅设备生产工艺问题。目前,购买无铅设备的厂家大部分并没有真正进入无铅化生产,许多工艺过程的问题还没有暴露出来,特别是与可靠性有关的工艺控制技术还处于发展的初级阶段。设备供应商只有在应用工艺方面投入技术力量,进行较深层次的无铅工艺探索并逐步完善,为用户提供工艺技术层面的服务,才能实现持续发展。

         对元器件供应商来说,技术与管理是关键。作为产业链上游的元器件供应商,面临的技术挑战实际与电子整机制造商同样严峻。在传统元器件引线镀层Pb-Sn的替代方案中,工艺、与焊料的兼容性以及结合强度、可靠性等多方面问题都给元器件供应商带来挑战。更为严重的问题是,目前无铅元器件没有明确的标准和标志,缺乏有效
的管理措施,因此,元器件供应商的无铅化可谓任重道远。

         对于PCB制造商而言,面临的问题比元器件供应商还多。除了PCB镀层外,由于焊接温度的提高,供应商在PCB基板材料和粘接材料方面也面临新的技术难题。

         对于焊接及其他材料供应商来说,目前国内还没有真正有实力的无铅焊料供应商,无铅焊料同贴片机一样几乎是国外产品一统天下,几种公认适用的无铅焊料,其真正的技术核心不在焊粉的材料配比上,而在于焊剂的组成配方及制造工艺上。现在市场上无铅焊料究竟使用什么活化剂和助焊剂,这些添加剂的作用机理及对焊接性能的影响,对产品长期使用的可靠性评估,都是需要研究的问题。尽管有一些国内厂家宣称推出的无铅焊接性能优越,但是缺乏权威的检测和用户资料,能否在市场上站得住脚还很难说。对焊接及其他工艺、结构材料供应商而言,能否在材料应用方面,即SMT工艺上有所作为,是决定产品前景的关键。

         对于制造厂商而言,无铅化是近乎残酷的磨难,成熟的工艺和经验需要重新探索,上游元器件、PCB、材料供应商以及下游最终用户的要求等矛盾都汇集到制造厂商。其中,国外大企业及部分国内实力雄厚的大企业与大多数中小企业又有明显的差别。

         大企业无铅化真的没有问题吗?许多大企业,尤其是国际著名的电子公司都在公开场合表示实施无铅没有问题。其实,为了显示公司实力的宣传是一回事,真正到生产技术部门实施则是另一回事,至今没有几个企业敢宣布其产品完全符合“绿色指令”,更没有企业拿出无铅产品长期可靠性的数据。从这些大公司技术部门传出的信息是对无铅化无奈的选择,只不过这些公司实力雄厚,无铅化研究至少进行了六七年,他们相对中小企业而言准备比较充分。

         国内绝大多数中小企业对无铅化普遍准备不足,有的企业甚至对“绿色指令”究竟是什么也搞不清楚,而对2006年7月1日的大限,许多企业不知所措。但是不管这些企业如何面对无铅化,无铅化的进程是不可逆转的。这些企业普遍技术和资金实力薄弱,无力进行无铅化研究,更没有技术储备。如果政府没有相应的政策和措施,电子制造中小企业将面临生死考验。

         对于行业组织和教育机构来说,近年来,他们围绕无铅化频繁地举办各种研讨会和培训班,对普及无铅技术,推进无铅化进程发挥了积极作用。但是,随着无铅化的真正实施,泛泛的研讨会和一般性的无铅培训远远满足不了企业的需求,解决不了企业遇到的各种问题。现在需要的是能够具体指导和帮助企业,特别是技术力量较弱的中小
         企业解决无铅化实际问题的培训课程及技术指导,而这种培训课和指导是需要科研和生产实践作为支撑的,例如怎样利用和改造现有的生产设备,采用什么工艺措施和方法,使企业适应无铅化的生产需求,制造出合格的无铅产品。

         中国电子制造业与先进国家比,除了技术和科研落后外,还有两个特点:一是没有像西门子、飞利浦、松下、索尼那样的超级电子大企业,缺少自己研发无铅技术这样系统性综合性关键技术的能力;二是行业组织和教育机构力量薄弱,无力协调和组织企业进行无铅化研究。由此可以看出,在中国,政府的职责将不仅仅在于制定法令和标准,政府相关部门应该在无铅化教育科研中,起到组织、支持和协调作用,包括筹集经费并设置研究机构,例如业内专家建议成立国家级SMT培训研究机构。

         尽管人们对无铅化还有各种不同的看法,无铅化还有很多难题有待解决,无铅化的道路可能伴随着痛苦并造成大量资源的浪费,但是绿色制造是大势所趋,不可阻挡。我们只有积极应对,顺应历史潮流,从国家、人民和企业的长远利益考虑,努力推进无铅化工作。

         无铅是针对中国的绿色壁垒吗

         有一种说法是无铅不是为了环保,而是针对中国电子产品出口设置的绿色壁垒,这种说法是经不起推敲的。不可否认,由于中国已经成为电子制造大国,中国的电子产品出口占外贸比例越来越大,实施无铅对中国电子产品出口的影响是显而易见的,但不能由此得出欧盟的"绿色指令"就是针对中国电子产品出口的绿色壁垒。实际上,我们只要了解欧盟"绿色指令"出台的过程就不难理解,"绿色指令"是一把双刃剑,对欧盟的电子制造产业同样是技术壁垒。"绿色指令"在欧洲争论了10年之久,最后"环保派"战胜了"制造派","绿色指令"才得以推出。但欧盟各国的法律转换迟迟不能完成,美日等国还没有真正的无铅法令,这些都说明,先进国家的制造业同样面临着无铅的难题。

         实际上,中国很多产品在国际上遭到"反倾销"的厄运,原因之一是中国产品竞争力过强。而这种过强往往是以牺牲资源和环境为代价的,这不是可持续发展的竞争力。无铅化的进程如果抑制的是这种过强竞争力,对中国的环境和发展未必是坏事。

         无铅化的难点在哪里

         无铅立法不容易,实施起来难度更大。

         首先,业内大多数人对实施无铅化的难度估计不足。人们往往被材料和设备供应商出于商业目的的宣传,以及一些世界级跨国公司为了炫耀实力而发表的信息所误导,这些信息令人产生盲目的乐观情绪,人们往往认为现在已经有了成熟的无铅焊料,又有了系列的无铅设备,同时还有大企业成功实施无铅的经验,就等2006年7月1日正式转向无铅制造。其实,真正在第一线从事技术和生产的人员对供应商的宣传从来不抱多少奢望;至于大企业的经验,先不管实验室研究、小批量试验得到的经验同大批量生产完全是两码事这一问题,就未来企业间经验是否能实现共享,谁又能说得准呢。

         其次,绿色指令只提出了原则要求,而对如何实现却没有做细致的规定。实际上,作为法令,绿色指令也不可能做详细规定,但真正实施是需要许多具体的规定、标准以及方法的。例如,RoHS规定电子产品中铅不能超过同质材料重量的0.1%,但是,同质材料如何认定,取样标准及方法等一系列问题都有待细化。其他相关不确定或难认定的问题还有很多,这些都不是短时间内能解决的。

         第三是实施无铅的具体技术问题,这也是最困难的。就狭义的无铅而言,迄今为止,业内认定的无铅焊料在物理化学性能、工艺性能以及可靠性等综合方面,还无法与传统的焊料相比。铅锡焊料已经经过几千年的发展,各种技术研究论文数以万计,而无铅材料仅仅是近几年的新生事物,有价值的技术研究论文不过几百篇,人们对无铅技
术的了解和研究还处于探索和实验阶段,离技术成熟还有相当长的路要走。

         最后,我们不得不面对无铅技术可靠性的问题。尽管有文章宣称无铅焊接可靠性可以与有铅焊接相比,甚至有报道说,无铅焊接的可靠性超过了有铅焊接。但是我们看到的资料大多数是实验室检测和理化试验结果,真正在产品生产环境中经过长时间考验,而且具有重复性的报告还很少见到。也许,只有当未来在恶劣气候中高速飞奔的汽车由于一个无铅焊点的失效造成车毁人亡悲剧的时候,或者一个基站中一块无铅电路板出问题而导致亿万人通信瘫痪的时候,人们才会回头来反思当初下的轻率结论。

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