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靜電的產生:

  靜電是一種客觀的自然現象,產生的方式多種,如接觸、摩擦等。靜電的特點是高電壓、低電量、小電流和作用時間短的特點。
  人體自身的動作或與其他物體的接觸,分離,摩擦或感應等因素,可以產生几千伏甚至上萬伏的靜電。
  靜電在多個領域造成嚴重危害。摩擦起電和人體經典是電子工業中的兩大危害。
  生產過程中靜電防護的主要措施為靜電洩露、耗散、中和、增濕,屏蔽與接地。
  人體靜電防護系統主要有防靜電手腕帶,腳腕帶,工作服、鞋襪、帽、手套或指套等組成,具有靜電洩露,中和與屏蔽等功能。
  靜電防護工作是一項長期的系統工程,任何環節的失誤或疏漏,都將導致靜電防護工作的失敗。

靜電的危害:

  靜電在我們的日常生活中可以說是無處不在,我們的身上和週圍就帶有很高的靜電電壓,几千伏甚至几萬伏。平時可能體會不到,人走過化纖的地毯靜電大約是35000伏,翻閱塑料說明書大約7000伏,對於一些敏感儀器來講,這個電壓可能會是致命的危害   靜電學主要研究靜電應用技術,如靜電除塵、靜電複印、靜電生物效應等。更主要的是靜電防護技術,如電子工業、石油工業、兵器工業、紡織工業、橡膠工業以及興航與軍事領域的靜電危害,尋求減少靜電造成的損失   近年來隨著科學技術的飛速發展、微電子技術的廣氾應用及電磁環境越來越複雜,靜電放電的電磁場效應如電磁干擾(EMI)及電磁兼容性(EMC)問題,已經成為一個迫切需要解決的問題。  一方面,一些電阻率很高的高分子材料如塑料,橡膠等的制品的廣氾應用以及現代生產過程的高速化, 使得靜電能積累到很高的程度,

 

  另一方面,靜電敏感材料的生產和使用, 如輕質油品, 火藥, 固態電子器件等, 工礦企業部門受靜電的危害也越來越突出,

 

  靜電危害造成了相當嚴重的後果和損失。它可以在不經意間將昂貴的電子器件擊穿,造成電子工業年損失達上百億美元。在興航工業,靜電放電造成火箭和衛星發射失敗,干擾興航飛行器的運行。1967年7月29日,美國Forrestal航空母艦上發生嚴重事故,一家A4飛機上的導彈突然點火,造成了7200萬美元的損失,並損傷了134人,調查結果是導彈屏蔽接頭不合格,靜電引起了點火。1969年底在不到一個月的時間內荷蘭、挪威、英國三艘20萬噸超級油輪洗艙時產生的靜電引起相繼發生爆炸。

  我國近年來在石化企業曾發生30多起因靜電造成了嚴重火災爆炸事故。許多工業發達國家都建立了靜電研究機構,我國從60年代末開始開展了一些靜電研究工作,80年 始以來, 我國的靜電研究發展極為迅速。1981年成立了中國物理學會靜電專業委員會並召開了第一次全國靜電學朮會議,全國性的和各地方的靜電學朮會議不斷召開,靜電研究和應用的範圍也越來越廣,科研隊伍不斷壯大。

 無鉛知識與工藝

一、鉛的危害及實施無鉛化的必要性與可行性
二、無鉛焊料發展進程
三、軟釬焊行業對無鉛焊料的要求
四、無鉛化進程中所涉及的相關行業及其協作關係
1
、電子製造業廠商
2
、電子元器件廠商
3
、線路板製造廠商
4
、焊料生產廠商
5
、焊用設備製造商
6
、無鉛焊料的專業研發機構
五、目前所開發的無鉛焊料種類及其品質、成本之評估
        1
、無鉛焊料研發現狀
2
、無鉛焊料的種類及特性
        3
、無鉛焊料的成本評估
六、無鉛焊料的推廣應用過程中所需解決或應注意的相關問題
1
、無鉛錫絲的使用
七、建議電子行業無鉛化的導入製程
      
    
  
一、鉛的危害及實施無鉛化的必要性與可行性
在焊料的發展過程中,錫鉛合金一直是最優質的、廉價的焊接材料,無論是焊接質量還是焊后的可靠性都能夠達到使用要求;但是,隨著人類環保意識的加強,“鉛”及其化合物對人體的危害及對環境的污染,越來越被人類所重視。                  
美國環境保護署(EPA)將鉛及其化合物定性為17種嚴重危害人類壽命與自然環境的化學物質之一,鉛右通過滲入地下水系統而進入動物或人類的食物鏈;在日常工作中,人體可通過皮膚吸收、呼吸、進食等吸收鉛或其化合物,當這些物質在人體內達到一定量時,會影響體內蛋白質的正常合成,破坏中樞神經,造成神經和再生系統紊亂、呆滯、貧血、智力下降、高血壓甚至不孕等症狀;鉛中毒屬重金屬中毒,在人體內它還有不可排泄、並且會逐漸積累的問題。美國職業安全與健康管理署(OSHA)標準:成人血液中鉛含量應低於50mg/dl,儿童血液中鉛含量應低於30mg/dl
中國已加入WTO,中國市場已經逐步與國際市場接軌;為了提高自身產品的適應能力,及出口時避免上述不必要的麻煩,國內廠商應加強產品無鉛化的意識,儘快地適應國際市場的要求,不要走在別人的後面,否則產品將失去一定的競爭力,在日趨激烈的國際競爭中處於下風;在我國沿海開放地區的外資廠居多,其中上規模的國際大公司也不少,這些外資公司已經注意到了無鉛化的必要性,有些公司已將無鉛化提入公司改進日程。
綠色環保產品是新世紀的主流,但是無鉛化是否可行呢?這個問題要從技術、成本以及無鉛焊料與目前軟釬焊設備的兼容性等多個角度去解答。首先從技術上來講,無鉛化已得到了多個國家的重視,好多國家設有無鉛焊料研發的專門機構,這些研發機構以及焊料生產廠商,都已經研發出多種無鉛焊料,且有相當一部分被實驗証明是可以替代錫鉛焊料的產品,(具體的無鉛焊料種類及其特性本文第五要點有詳細介紹);從成本角度考慮,目前所開發出的無鉛焊料成本一般的在錫鉛合金價格的2~3倍左右,據粗略統計,所用焊料的費用不超過產品總成本的0.1%左右,所以不會對產品的總體成本造成太大的影響;就設備而言,目前也有適應無鉛焊料的波峰焊及再流焊設備出廠,但是,眾多無鉛焊料研發機構及生產商仍在不斷努力改進無鉛焊料本身的質量參數,以適應客戶目前的現有設備。
二、無鉛焊料發展進程
1991
1993年:美國參議院提出將電子焊料中鉛含量控制在0.1%以下的要求,遭到美國工業界強烈反對而夭折;
1991
年起NEMI,  NCMS,  NIST,  DIT,  NPL,  PCIF,  ITRI,  JIEP等組織相繼開展無鉛焊料的專題研究,耗資超過  2000萬美元,目前仍在繼續;
1998
年日本修訂家用電子產品再生法,驅使企業界開發無鉛電子產品;
1998
10月日本松夏公司第一款批量生產的無鉛電子產品問世;
2000
6月:美國IPC    Lead-Free  Roadmap  4版發表,建議美國企業界于2001年推出無鉛化電子產品,2004年實現全面無鉛化;
2000
8月:日本  JEITA    Lead-Free  Roadmap  1.3  版發表,建議日本企業界于2003年實現標準化無鉛電子組裝;
2002
1月歐盟  Lead-Free    Roadmap1.0  版發表,根據問卷調查結果向業界提供關於無鉛化的重要統計資料;
歐盟議會和歐盟理事會2003123日發布了第2002/95/EC號《關於在電氣電子設備中限制使用某些有害物質的指令》,在這個指令中,歐盟明確規定了六種有害物質為:“汞(Hg)、鎘(Cd)、六價鉻(Cr)、鉛(Pb)、聚溴聯苯(PBB)、聚溴二苯醚(PBDE)”;並強制要求自200671日起,在歐洲市場上銷售的電子產品必須為無鉛的電子產品;(個別類型電子產品暫時除外)
2003
3月,中國信息產業部擬定《電子信息產品生產污染防治管理辦法》,提議自200671日起投放市場的國家重點監管目錄內的電子信息產品不能含有Pb
三、焊接行業對無鉛焊料的要求
無鉛焊料首先要能夠真正滿足環保要求,不能把鉛去除了,又添加了新的有毒或有害的物質;要確保無鉛焊料的可焊性及焊后的可靠性,並要考慮到客戶所承受的成本等眾多問題。概括起來講,無鉛焊料應儘量滿足以下這些要求:
1
、無鉛焊料的熔點要低,盡可能地接近63/37錫鉛合金的共晶溫度1830C,如果新產品的共晶溫度只高出1830C几度應該不是很大問題,但目前尚沒有能夠真正推廣的,並符合焊接要求的此類無鉛焊料;另外,在開發出有較低共晶溫度的無鉛焊料以前,應儘量把無鉛焊料的熔融間隔溫差降下來,即儘量減小其固相線與液相線之間的溫度區間,固相線溫度最小為1500C,液相線溫度視具體應用而定(波峰焊用錫條:2650C以下;錫絲:3750C以下;SMT用焊錫膏:2500C以下,通常要求回流焊溫度應該低於225~2300C)
2
、無鉛焊料要有良好的潤濕性;一般情況下,再流焊時焊料在液相線以上停留的時間為30~90秒,波峰焊時被焊接組件管腳及線路板基板面與錫液波峰接觸的時間為4秒左右,使用無鉛焊料以後,要保証在以上時間範圍內焊料能表現出良好的潤濕性能,以保証優質的焊接效果;
3
、焊接后的導電及導熱率都要與63/37錫鉛合金焊料相接近;
4
、焊點的抗拉強度、韌性、延展性及抗蠕變性能都要與錫鉛合金的性能相差不多;
5
、成本盡可能的降低;目前,能控制在錫鉛合金的1.5~2倍,是比較理想的價位;
6
、所開發的無鉛焊料在使用過程中,與線路板的銅基、或線路板所鍍的無鉛焊料、以及元器件管腳或其表面的無鉛焊料及其它金屬鍍層間,有良好的釬合性能;
7
、新開發的無鉛焊料儘量與各類助焊劑相匹配,並且兼容性要盡可能的強;既能夠在活性松香樹脂型助焊劑(RA)的支持下工作,也能夠適用溫和型、弱活性松香焊劑(RMA)或不含松香樹脂的免清洗助焊劑纔是以後的發展趨勢;
8
、焊接后對焊點的檢驗、返修要容易;
9
、所選用原材料能夠滿足長期的充分供應;
10
、與目前所用的設備工藝相兼容,在不更換設備的狀況下可以工作。
四、略

五、目前所開發的無鉛焊料種類及其品質、成本之評估
1
、無鉛焊料研發現狀:
美國國家生產科學研究所(NCMS)通過篩選得到了7種無鉛焊料並在此基礎上,進行了實用性和可靠性二次評審,最後推薦了三種合金供選擇。(見表一)
表一:美國用於表面安裝推薦的三種無鉛焊料合金
合金種類 熔融溫度 適用範圍
Sn-58Bi 1390C
家用電器、攜帶式電話
Sn-3.4Ag-4.8Bi 205~2100C
家用電器、攜帶式電話、宇宙航空、汽車
Sn-3.5Ag-0.5Cu-1In 2210C
家用電器、攜帶式電話、宇宙航空、汽車
        
在日本,日本電子工業振興協會(JEITA)組織評定了無鉛焊料。表二為JEIDA組織評定的過渡期可用的合金。
        
表二、JEIDA組織評定的可用的合金
                      
  
內容
系別   
  
       
再流焊(R
波峰焊(F
Sn-Ag Sn-3.5Ag-0.75Cu R      F
Sn-Ag-Cu Sn-3Ag-0.7Cu F
  
  
Sn-Ag-Bi
   Sn-2Ag-3Bi-0.75Cu R
Sn-2Ag-4Bi-0.5Cu-0.1Ge R
Sn-3.5Ag-5Bi-0.7Cu R
Sn-3.5Ag-6Bi R
Sn-Bi Sn-1Ag-57Bi R
2
、無鉛焊料的種類及特性
從各國相關組織推薦的各種無鉛焊料及各大公司試用的狀況總結,目前過渡期無鉛焊料可分為下述4類,見下表:
  
種類   
共晶比 共晶點
(0C)
      
     
  
Sn-Ag
     
Sn-3.5Ag
     
221
  
中高溫系,延展性/
潤溫性比Sn-Pb
  
較強的一致性和可重複製造性,並已在
電子業界應用多年,一直保持很好的可
靠性;用於回流焊/波峰焊/手工焊焊接;
Sn-Cu Sn-0.7Cu 227
抗拉強度延展性比
Sn-Pb
成本低/可應用於波峰焊/手工焊
Sn-Bi Sn-58Bi 138 Bi
資源有限,熔點太低,
機械強度較差,易虛焊 熔點低

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