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RoHS & Lead Free对PCB之冲击于2006年7月1日起欧盟开始实施之RoHS立法，虽然欧洲与j本PCB厂商已展开各项Lead Free制程与材料切换，并如火如荼的进行测试。
但若干本土的PCB厂因主要订单在美商，基于成本的考量，仍采取观望的态度。
但如果不正视此问题，一旦美系OEM、EMS大厂决定跟进，必将措手不及衍生出诸多问题，可能的冲击不可等闲视之。
▲FR-4树脂、铜箔、焊料与背动元件彼此存在热胀系数之差异，其中树脂Z方向的热胀系数高达60ppm/℃，与其它三者差异甚大。
由于锡铅焊接之组装方式已沿用40年以上，不但可靠度佳且上至材料下至制程参数与设备均十分成熟，且过去发生的信赖性问题与因应对策已建立完整的资料库，故发生客诉时，可迅速厘清责任归属。
但进入Lead Free时代，从上游材料、PCB表面处理、组装之焊料、设备等与以往大相迳庭，且大家均无使用的经验值，一旦产生问题，除责任不易归属外，后续衍生丢失订单、天价索赔的问题可能层出不穷，故不可不慎。
Lead Free组装通用的焊料锡银铜合金（SAC），其熔点、熔焊（Reflow）温度、波焊（Wave Soldering）温度分别较锡铅合金高15℃35℃以上，几乎是目前 FR-4板材耐热的极限。
再加上重工的考量，以现有板材因应无铅制程存在相当的风险。
有监于此，美国电路板协会（IPC）乃成立基板材料之委员会，针对无铅制程的要求订定新规范。
然而，无铅时代面临产业上、下游供应链的重新洗牌，委员会各成员基于其所代表公司利益的考量，不得不作若干妥协。
最后协调出的版本，似乎尽能达到最低标准。
因此，即使通过 IPC规范，并不代表实务面不会发生问题，使用者仍需根据自身的需求仔细研判。
以新版IPC-4101B而言，有几个重要参数：Tg（板材玻璃转化温度）：可分一般Tg（110℃150℃），中等Tg（150℃170℃），High Tg（＞170℃）以上三大类。
SMT车间RoHS制程规定一、目的：鉴于世界上大部分的国家，出于环境保护的目的，出台的一系列限制在电子电气设备中使用有害物质的法规，将于2006年7月1日起执行以及客户的要求。
公司决定引入无铅制程，为规范无铅制程的管理，严格控制生产流程，防止在生产过程中的铅污染，本车间特出台此规定。
二、范围：本规定适用于SMT车间无铅生产流程。
三、生产过程切换确认：;在切换工作完成后，当班管理人、IPQC必须跟据《SMT无铅制程检查表》的内容对各岗位进行检查、确认，待确认合格后方可开始生产；2、在生产过程中，禁止使用没有RoHS标示的工具、物料等一切物品，特殊情况下必须经当班管理人确认后才能使用。
四、无铅制程中各岗位要求：。
为防止在生产过程中由于人员的原因造成铅污染，所有人员在做生产无铅产品的准备工作前，都应用清水清洗双手；准备工作完成后，用酒精擦拭双手，戴上无铅专用手套，方可进行生产。
生产过程中，所有人员都应随时保持双手的清洁，而且只负责在无铅生产中各自的岗位，不得随意接触标示不明确的PCB板和工具、物品、物料等，反之负责有铅生产的操作员，必须用清水清洗双手，并用酒精擦拭双手，戴上无铅专用手套，经管理人员许可后，方可接触无铅物料、专用工具或上岗，否则不得接近无铅线体。
连班时除了由班长指定暂替的人员外，其它人员不得替班，替班人员应做好双手的清洁工作，如未指定替代人员，经管理人员同意后，可停线连班。
1、物料：物料员在将配料单送往仓库时，应讲明所需元件数量，同时应特别提醒仓管员所有元件，都必须标有无铅标示。
如“RoHS、PB-FREE、LEAD FREE、Pb”等。
接料时，需核对物料是否有无铅标示；无误后，方可将物料放于无铅物料区，并进行标示，标示除需写明该物料的规格、型号等外，还须在物料架贴上无铅标示，并写明责任人，且备料时应用专用的箱子装并标明。
无铅锡膏来料时，应确认该批次是否为无铅锡膏，无误后，方可将锡膏存放于无铅专用的冰箱中。
•壓合目的利用膠片(Prepreg)的特性使內層基板(Thin core).膠片和銅箔(Copper Foil)透過壓合機使其結合在一起，達到多層化的效果！•壓合原理:1.基板(內層板inner layer)須經過表面的氧化還原((Black/Brown Oxide Treatment)反應以增加合prepreg的鍵結能力氧化反應: A. 增加與樹脂接觸的表面積，加強二者之間的附著力(Adhesion). B. 增加銅面對流動樹脂之潤濕性，使樹脂能流入各死角而在硬化後有更強的抓地力。
C. 在裸銅表面產生一層緻密的鈍化層(Passivation)以阻絕高溫下液態樹脂中胺類 (Amine)對銅面的影響。
2Cu+2ClO2 Cu2O+ClO3+ClCu2+2ClO2 CuO+ClO3+ClCu2O+H2O Cu(OH)2+CuCu(OH)2 CuO+H2O還原反應:在增加氣化層之抗酸性，並剪短絨毛高度至恰當水準以使樹脂易於填充並能減少粉紅圈( pink ring ) 的發生。
製程觀察重點:•結晶重量(weight gain)•微蝕量(Etch amount)•剝離強度(peel strength)•露銅•顏色不均•藥水殘留2.銅箔(copper foil)銅箔有分兩面(亮面及毛面) ，壓合時亮面朝外毛面朝內。
銅箔的種類:•輾軋法(Rolled-or Wrought Method)A. 優點.a. 延展性Ductility高,對FPC使用於動態環境下,信賴度極佳. b. 低的表面稜線Low-profile Surface,對於一些Microwave電子應用是一利基.B. 缺點a. 和基材的附著力不好. b. 成本較高. c. 因技術問題,寬度受限.•電鍍法(Electrodeposited Method)A. 優點a. 價格便宜. b. 可有各種尺寸與厚度.B. 缺點. a. 延展性差, b. 應力極高無法撓曲又很容易折斷.厚度單位1.0 (oz)的定義是一平方呎面積單面覆蓋銅箔重量1 oz (28.35g)的銅層厚度經單位換算 35 微米 (micron)或1.35 mil.常用銅箔規格:>4.5>4.5>6.0>10伸縮率(%)>15>15>30>30抗張力Klb/in 212183672厚度(um)1/3 oz1/2 oz 1 oz 2 oz Type3.膠片(Prepreg)膠片是由環氧樹脂 Epoxy Resin 和玻璃纖維布 Glass fiber 所組而成在液態時稱為清漆或稱凡立水（Varnish) 或稱為 A-stage ， 玻璃布在浸膠半乾成膠片後再經高溫軟化液化而呈現黏著性用於雙面基板製作或多層板之壓合用稱 B-stage B-stage prepreprepre g ，經此壓合再硬化而無法回復之最終狀態稱為 C-stage 。
The comparison of Tin / Lead and Lead / FreeW.S270 ℃----------------------Reflow:225 ℃183℃----------------------------------Tin/Lead Soldering Lead -Free Soldering有鉛與無鉛之優劣比較¾SAC305液化熔點高出34 ℃，操作時間延長20秒，熱量大增¾Sn63之reflow峰溫平均225 ℃，波焊峰溫平均250 ℃；SAC305reflow reflow峰溫245 ℃，僅提高20 ℃，波焊峰溫平均270 ℃。
¾無鉛wetting time : 2秒，Sn63 : 0.6秒¾SnCu熔點227 ℃，會對板材與綠漆造成軟化與傷害，易氧化、短路或空銲。
¾無鉛強熱快速溶銅之污染，每增加0.1% wt則熔點上昇3℃，流動性不足，粘度增加，焊錫性變差¾無鉛表面張力大，散錫性及上錫性差¾無鉛插腳之波焊可能改錫膏填孔再插腳熔焊¾無鉛操作溫度距熔點之落差變小，造成液錫的移動性及流動性變慢表面處理之性質比較項目/ 種類OSP I-Ag I-Sn ENIG1. 平坦度良好良好良好良好2. Shelf Life 6月 6 月6月1年3. 3次250 ℃熔焊很差很差尚好佳60sec後之焊錫性4. 是否需N2環境需要需要可免用5. 可重工性容易困難容易困難6. S/M匹配性無無必需必需7.反應時間60秒60秒12分鐘10~25分鐘8.反應溫度45℃50℃70℃85℃註: HASL逐漸淘汰，波焊逐漸減少，錫膏主流Sn /Ag /CuPCB Surface Finished ComparisonPCB Surface FinishPros ConsPb-free HASL Good solderability Lack of consistency and flatness OSP Low cost ；flatness Solder ability degradation@ elevatedtemperatures for multiple heat cycles ENIG Excellent solderability；flatness；Al-wireBondability；low contact resistance“Black pad” concernElectrolytic Ni/Au Excellent solderability；flatness；Wirebondability；low contact resistanceHigh cost；Au embrittlement if toothickI-Ag Good solderability；flatness；Al - wirebondability；low contact resistanceTarnish (cosmetic)I-Sn Flatness；Excellent solderability withfresh board Solderability degradation @ elevated temperatures for multiple heat cycles表面處理研討化金1.IMC:Ni3Sn4，金愈厚發生金脆，純鎳易鈍化，薄金保護免生鏽及鈍化‧2.鎳液老化易生黑墊(Black pad)，因金水活性太猛，氧化鎳未全數水解前即被金披覆，鎳與金界面出現很多疏孔，Ni表面鈍化、氧化不易和Sn 結合，造成SMT後之元件脫落，分析異常之磷含量10%↑。
Lead-Free Manufacturing Engineering Training module for TechniciansChinese RevTranslated By: HUA-ME Lead Free teamOct, 2004A dvanced M anufacturing E ngineeringLead (Pb) Free’s Background, why to apply Lead free (推行无铅化的背景, 为什么要推行无铅化)Pb is harmful for Human’s health and environment(铅对环境及人体健康是有害的)Marketing and Legislative require to apply Lead (Pb) free, Especially in Electronic and Equipment.(市场及立法机构要求推行无铅化, 尤其是在电子电气设备中.EU (European Union) requires to meet Rohs requirement from Jul.1,2006. Including Pb Free requirement(欧盟要求从2006年7月1日起在电子电气设备中禁止使用包括铅在内的六种有害物质)Industry standard for Lead Free is Less than 0.1% Pb by weight in a products.(无铅的现有工业判定标准是产品中铅含量必须小于产品重量的0.1%.Lead Free’s impact and affect to Electronics industry(无铅化对电子电气工业的冲击与影响)Solder material (焊接材料)Solder material have to change from Sn/Pb alloy to Sn/Ag/Cu or Sn/Cu alloy mainly.(焊接材料不得不从以锡铅合金为主转向以锡银铜合金或锡铜合金为主.)Solder material changing lead to the overall changing and impact in Electronics Industry, due to high solderingtemperature of SAC alloy.(因为锡银铜合金的高焊接温度导致电子工业的全面转变与影响)From Component manufacturing and PCB assembly process, it has to do compatible changing for Lead Free(从元件制造到PCB组装制程, 不得不作出同无铅化相一致与兼容的变更) Viewpoint from different aspect, we can say the root impact and change is sourced from the High soldering temperature(从某种不同的角度看, 我们可以说根本性的冲击与变更来源于焊接高温)EMS PCB Assembly production(电子制造服务PCB组装生产)Conception of PCB Assembly production(PCB组装生产的概念)To solder Component on PCB with solder material at high temperature.(在高温条件下, 用焊接材料将元件焊接到印制电路板上)PCB (print circuit board) (印制电路板)Component (元件)Solder material (焊料)Conception of PCB Assembly production(PCB组装生产的概念)Component (元件)SMD Component(表面贴装元件)THT Component(通孔元件)Conception of PCB Assembly production (PCB组装生产的概念)Solder paste on PCB (印制电路板的焊接材料--锡膏)Conception of PCB Assembly production (PCB组装生产的概念)Soldering (焊接)Conception of PCB Assembly production (PCB组装生产的概念)PCBA (印制电路板组装件)Lead Free’s soldering temperature profile (无铅回流焊接的温度曲线)Lead Free’s reflow soldering temperature profile(无铅回流焊接的温度曲线)Reflow soldering requirement for Sn3~4Ag0.5Cu:(锡银铜类无铅合金锡膏的回流焊接要求)SAC Alloy’s melting point:217C~220C(锡银铜合金的熔点: 217C~220C)Reflow Time above Melting point to peak temperature 235~245C: 45s~120s(高于熔点温度到峰值235C~245C的回流焊接时间: 45~120秒)Reflow Time above 230C for solder joint: Minimum 10s(高于230度的焊点回流焊接时间: 最少维护持10秒)Sn/Pb’s reflow soldering temperature profile (锡铅合金回流焊接的温度曲线)Sn/Pb’s reflow soldering temperature profile(锡铅合金回流焊接的温度曲线)Reflow soldering requirement for Sn63/Pb37 orSn62/36Pb/Ag2:(锡铅类有铅合金锡膏的回流焊接要求)Sn/Pb Alloy’s melting point:183C(锡铅合金的熔点: 183C)Reflow Time above Melting point to peak temperature 210~225C: 30s~90s(高于熔点温度到峰值210C~225C的回流焊接时间: 30~90秒)Compare reflow soldering temperature between Sn/Pb and Sn/Ag/Cu:(比较锡铅合金与锡银铜合金回流焊接的温度曲线)45~120s30~90sReflow timeabove Meltpoint(高于熔的回流焊接时间)Increase 25C (增加25度)235~245C210~225CPeaktemperature(峰值温度)Increase 37C (增加37度)220C183CAlloy melt point(合金熔点)Result(结果)Sn/Ag/Cu(锡银铜合金)Sn/Pb(锡铅合金)Item(项目)Lead Free’s wave soldering temperature profile (无铅波峰焊接的温度曲线)Lead Free’s wave soldering temperature profile(无铅波峰焊接的温度曲线)Wave soldering requirement for Sn3~4Ag0.5Cu:(锡银铜类无铅合金锡膏的回流焊接要求)SAC Alloy’s melting point:217C~220C(锡银铜合金的熔点: 217C~220C)Wave Time above Melting point to peak temperature 250~260C: 2s~4s(高于熔点温度到峰值250C~260C的波峰焊接时间: 2~4秒)Sn/Pb’s wave soldering temperature profile (有铅波峰焊接的温度曲线)Sn/Pb’s wave soldering temperature profile (有铅波峰焊接的温度曲线)Actual wave soldering temperature profile sample245C180s183CSn/Pb’s wave soldering temperature profile(有铅波峰焊接的温度曲线)Wave soldering requirement for Sn63Pb37:(锡铅类含铅合金锡巴的波峰焊接要求)SnPb Alloy’s melting point:183C(锡铅合金的熔点: 183C)Wave Time above Melting point to peak temperature 240~250C: 2s~4s(高于熔点温度到峰值240C~250C的波峰焊接时间: 2~4秒)Compare Wave soldering temperature between Sn/Pb and Sn/Ag/Cu:(比较锡铅合金与锡银铜合金波峰焊接的温度曲线)2~4s2~4sReflow timeabove Meltpoint(高于熔点的回流焊接时间)Increase 10C (增加10度)255~260C250CPeaktemperature(峰值温度)Increase 37C (增加37度)220C183CAlloy melt point(合金熔点)Result(结果)Sn/Ag/Cu(锡银铜合金)Sn/Pb(锡铅合金)Item(项目)Requirement for PCB (无铅化对PCB的要求)Print Circuit Board(印制电路板)surface finishes 可接受的PCB (金属)表面处理 Ni-Au (镍-金)OSP Cu(Organic Solderability Preservative)(铜表面涂有机可焊性保护膜)immersion Silver-Imm Ag (沉银) immersion Tin-Imm Sn (沉锡)Board laminate (PCB 板材)Most Board laminate construction materials are compatible (大部分PCB 的基材是兼容(无铅)制程要求的)Recommended board laminate material for use in “high-end”applications (I.E. severs) to have:(推荐满足高端应用要求的PCB 的基材具有下述性能☺High glass transition temperature (Tg)高玻璃转化温度(Tg))High decomposition temperature (高分解温度(Td))备注: PCB 板材及表面处理的选择是有其应用规范的.Requirement for PCB (无铅化对PCB 的要求)表面处理列表Component Considerations 对元件无铅化方面的考虑Terminal and Ball metallurgies (元件焊接终端与焊球金属要求)Terminal and Ball metallurgies(元件焊接终端与焊球金属要求)元件焊接终端与焊球金属Component package: JEDEC 020C MSL 元件封装要求: 湿度敏感元件级别建议的020C 封装级别相应的温度表4-1 针对锡铅共晶合金制程(Process)---含铅元件封装可耐受的回流焊接峰值温度225+0/-5 C225+0/-5 C>=2.5 mm225+0/-5 C 240+0/-5 C <2.5 mm 体积(mm^3) >=350体积(mm^3) <350元件封装厚度建议的020C 封装级别相应的温度表4-1 针对锡铅共晶合金制程(Process)---元件封装可耐受的回流焊接峰值温度JEDEC 020C 湿度敏感元件级别*公差: 元件制造商/提供商应该确保其元件达到其声明的湿度敏感元件耐高温级别.建议的020C 封装级别相应的温度表4-2 针对无铅合金制程(Process)---元件封装可耐受的回流焊接峰值温度245 C *245 C *250 C *>2.5 mm245 C *250 C *260 C *1.6mm~2.5mm 260 C *260 C *260 C *<1.6 mm 体积(mm^3) >2000体积(mm^3) 350~2000体积(mm^3) <350元件封装厚度不同元件封装的耐高温分类级别当维持最低230C的焊点(solder Joint)温度时, 一些关键重要的元件封装温度将在020C 封装级别相应的温度之上.元件外包装标贴(Label)的考虑在创建回流焊接温度曲线(Profile)之前,确信检查过敏感元件的湿度敏感级别(MSL)元件或许是无铅的, 但是也许其湿度敏感级别(MSL)较低元件外包装标贴(Label)的考虑元件外包装标贴(Label)的考虑在元件外包装标贴上有明显的Pb free 标识元件外包装标贴(Label)的考虑在元件外包装标贴上有明显的Lead free 标识Lead Free identification/symbol in JABIL (JABIL 所采用的无铅识别标志)WI/ VA / PCP and process flow chart(WI/VA/PCP 及制程图表等文件用的无铅标识: )Lead Free identification/symbol in JABIL(JABIL 所采用的无铅识别标志)LF sticker/logo to display and show LF indirect material usage and rework tools: (无铅辅料, 维修工具等用的无铅标识:)Lead Free identification/symbol in JABIL(JABIL 所采用的无铅识别标志)LF logo paper to display on LF Bay area / machine equipment: (无铅生产线, 区域, 机器设备用的无铅标识☺PCB Assembly process requirementPCB 组装生产制程方面的要求Clear identification label/marking for Lead Free Component (清楚明晰的无铅元件标识)Clear identification label/marking for Lead Free process(清楚明晰的无铅生产制程标识)Clear identification label/marking for Lead Free Tooling(清楚明晰的无铅生产工具标识)Operator must have the Operating certification Card.(作业人员必须有上岗操作证)All Production operation must have WI (working instruction) support.(所有的生产运行作业必须有工作指支持)Summary of Lead Free (无铅化要点小结)Assembly/material doesn’t have Lead (Pb) substance, or Pb is Less than 0.1% weight of a products.(产品/物料不含铅,或含铅量小于产品/物料重量的0.1%.)It must have the capability to withstand the high soldering temperature condition, if the Lead Free material need to go through high temperature soldering process.(对于需经高温焊接的无铅物料,该物料必须能承受无铅焊接的高温环境条件)It should build a complete operation system to identify and trace the Lead free process, material, tools, equipments and assembly etc.(必须建立完善的无铅标识系统来区分,识别, 追踪无铅生产过程, 所用设备, 工具, 物料及最终的产品)All employees related to Lead Free project must pass the Lead free training.(所有涉及无铅项目的人员应该经过相关的无铅(Lead Free)知识培训)。
新员工入职培训心得[ROHS员工培训]无铅制程技术岗位培训起草: 彭志均日期: 2005.02.01核对:黄怡芳日期:2005.02.211. 无铅制程培训的目的目的: 能让所有工作人员认识到铅对人体的危害性.范围: 适用于所有制造有关到铅的行业2. 铅的用量及对人体的危害性1). 铅的用量:各种行业使用铅的历史已有千年以上,目前全球之年用量约在500万吨左右,其中81%是用于蓄电池,其次是氧化铅白色涂料与武器,两者用途也约在10%左右,是大家用铅的三种去处.其实真正用在电子产品之焊接工业者,也只不过是0.49%而已,但由于其散布范围太广,而且非常不易回收与再利用,是故所造成的污染危害则不能不算严重!2). 铅对人体及危害性铅是一种有毒的重金属，人体过量吸收铅会引起中毒，吸入低量的铅则可能对人的智力、神经系统和生殖系统造成影响，铅化合物很容易渗入地下水,将成为饮用水的潜在危机.以日本为例,其环保法规中即要求地下水的铅不可超过0.3ppm(0.3mg/l),至于美国更在其EPA (Environmental Protection Agency美国环保署) CFR(Center for Future Research 未来研究中心) 141中,规定饮用水的铅含量更严格到上限只有15 ppb(0.015mg/l)的微量.如再按美国环保署EPA40 CFR261中TCLP 毒物溶出之试验时,铅的最高溶出量只能分析到5mg/l,而一般电子产品各种焊点中的含铅,废弃后在自然界的流失量(Leaching out),即高出上述溶出试验的数百倍之多,如此危险能不令人戒慎恐惧小心翼翼.为什么有铅物料对社会造成影响?堆填区内被废弃的PCBs 不断增加3. 各地区对无铅焊锡的需求?欧洲- Electric and Electronic Equipment (WEEE) Draft Directive2006 年7 月，在欧洲地区禁止输入或制造含铅电子产品。
