化学镀—绿色电子封装逐渐成为潮流

    最近几年，随着我国IC产业的发展，IC封装业也得到了前所未有的发展。据报道，2004年我国封装产业规模达到282.56亿元，形成了以长江三角洲地区、京津环渤海湾地区、珠江三角洲地区为封装测试基地的产业格局。在当前封装产业加速发展的大好形势下，环保和可持续发展成为业内普遍关注的话题。因此，应大力发展绿色电子封装技术，以此推动封装产业的持续、快速、健康发展。

　　电子材料及其制造工艺环境评估

　　材料

　　电子元器件由多种成分材料经复杂工艺制造而成，如手机中PCB的化学成分就包括：SiO2、Epoxy(FR)、CuZn15、Cu、SnPb20、FeNi42、Al2O3、PA(FR)、Si、BaTiO3、Sn、Au、AgPd44、Ni、Ag、PbO等。

　　电子产品几乎含有元素周期表中的所有元素。就PCB生产来说，特别是不同金属涂层或有机基板的非金属层，有害的化学物质常被采用。例如，甲醛作为还原剂用在化学镀铜过程中，还作为络合物用在化学镀Sn或镀Au中；氰化物作为络合物也用在化学镀Au中。

　　环境评估方法

　　评估电子产品对环境影响的方法很多，国外常采用环境工程手册(简称EEToolbox)介绍的方法进行评估，其中，最主要的评估参数是毒性指示值TPI，通过对产品中含有的材料毒性进行大致的筛选，确定毒性等级。不同材料的环境性能由法定分类来确定，法定分类提供了材料安全系数表，法定值是工作场地的最大允许值。

　　水污染等级(WGK)和危险等级值也是评估对环境影响的重要参数，其他评估参数还有回收等级(RPI)、能源消耗等级和封装制造过程中的毒性等。

　　不同络合剂和还原剂的评估

　　在化学镀/电镀铜或金过程中，采用不同的络合剂和还原剂，其环境性能评估值参见表1和表2。

　　铅与无铅互连系统的评估

　　铅的危害性

　　众所周知，电子行业中的铅是有害物质，这就是国际上致力于研发无铅焊料的原因所在。电子领域铅应用最多的是焊料，主要用的焊料是Sn/Pb合金，比例一般在6：4左右。焊料以焊条、焊丝和焊膏形式存在，主要应用在各种电子、电器产品印制电路板的组装中，包括通孔插装和表面贴装。

　　尽管电子工业使用的铅量较少(不到世界每年消耗量的1%)，但暴露的铅的危险性仍不能忽视。铅在人体内若大量积聚，对血液系统、神经系统及再生系统都有损害，特别对于儿童的危害性更大。

　　电子系统中的铅危害人类和环境，特别是电子垃圾中暴露的残余物以及来自焊剂清洗后的污染水。

　　通常在焊接温度下的生产，铅的蒸气压很低，以致于人们忽略了吸入蒸气对人身体的危害(但有可能存在汽化的焊剂)。然而，在波烽焊中，有可能吸入铅蒸气和由焊料氧化后渣子产生的含铅灰尘。

　　无铅互连系统

　　如果采用无铅焊料替代Pb-Sn焊料，必须考虑包括(基板)表面和元器件引脚的整个互连系统。

　　目前研发的焊料有：锡-银系、铜系、锡-银-铜系，PCB表层常固化Ni/Au、有机焊料保护剂。

　　元器件引脚的表面采用Sn(含Cu、Bi)、Pd或Au，Sn应用最广。

　　焊料和金属层的每一个连接点都要进行测试以保证互连质量和可靠性。

　　不同焊料的环境评估

　　新研制的无铅焊料不应对环境产生破坏。为此，在选用新技术时，必须充分考虑这点。因为不同焊料合金对印制板表面和元器件引脚有影响，不同封装工艺对环境也有影响。所以，必须综合权衡：无铅焊料是否比锡-铅焊料更有利于环保。

　　不同焊料在整个寿命期内对环境都产生影响，参见表3。

　　TPI用来给出对焊料总的评价。所有无铅焊料的TPI值都比Sn63Pb37好。尽管银系焊料TPI值较差，但银还是比较合适的，因为银的用量很少。

　　现将焊料对人及动物产生的严重毒性总结如下：

　　生态毒性指对环境的影响，例如特定的有机物(植物、细菌)或特定的物质(水、油、空气)。与铅相比，所有的替代品都具有优势，特别是锡-铜和锡-锌焊料具有较好的性能。

　　金属生产对环境的影响可用Eco-Indicator95方法测量。为了评估金属材料的可生产性，对其采矿、运输和冶炼进行了分析。无铅焊料的评估值较好，只有铋(Bi)的评估值较差，原因是Bi主要和有害的铅同时生产。SnBi58的评估值比SnPb37要好。

　　根据消耗的能源和辅助材料(焊剂、清洗剂、惰性气体)情况对生产过程进行量化评估。当然，SnAg、SnAgCu和SnCu焊料较高的熔点意味着消耗较多的能源。对SnZn系，所要求的焊剂和清洗剂对环境保护不利。

　　材料回收性能是以焊料和铜冶炼时的相容性以及电子垃圾回收时冶炼性能好坏来评估的。依据铜冶炼专家的观点，Bi的评估值很小，这意味着即使Bi含量很低，也残留在铜中。

　　美国已将焊料的清理性能公布在毒性清除方法(TCLP)中。SnPb焊料的清除性能比所有替代焊料都差。对铜来说，焊点处的清除相对PCB导体层而言，可以忽略不计。锌的清除性能到目前尚未测出。

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世界各国在电子封装方面的环保情况

　　由电子产品导致的环保问题日益受到公众、相关人员和制造商的关注。世界各国加强了在电子封装方面的环保立法工作。

　　美国早在1993年6月就发布了铅税法案。1998年11月，EPA(美国环境保护局)推出了防治PBT(聚丁烯对苯二甲酸酯)污染物的战略。EPA的有毒物质清单(TRI)在1998年提出了新规则，增加了一些PBT到TRI中，并且降低了TRI中已有PBT的报告标准。

　　在日本，已制定并发布了电子材料和特殊产品回收的法律，如1998年通过的"家用电子产品回收法"，规定必须回收家用电子产品中所含的铅。日本许多公司正致力于替代有害环境的材料和工艺的研究，如铅和溴化处理、回收和环境管理等。

　　欧洲议会和欧盟理事会与日本同时提出了关于废弃电气电子设备(WEEE)的指令和关于在电气设备中限制使用危险物质(RoHS)的指令，并最终于2003年2月公布了清除铅的使用的指令，自2006年7月1日起生效。

　　欧洲许多国家，如荷兰、瑞士、瑞典、丹麦、挪威等，也已制定了有关回收和再生电子垃圾的规定。

　　我国也已制定了《电子信息产品污染防治管理办法》。办法中明确我国将从2006年7月禁止或限制六种有害物质(铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯或者聚合溴化联苯乙醚)在中国生产或进口。