RoHS已然到來。與設備供應商、焊料等廠商相比,半導體供應商的反映似乎有些沉默,實際上,雖然無鉛化運動給他們帶來了各種挑戰(zhàn),但各大廠商如高通、IDT、Spansion、安森美及Broadcom等,已然早已行動,從半導體供應商的角度迎接無鉛化時代的到來。
積極行動
憑借其CDMA(碼分多址)數(shù)字技術等,高通通過授權向業(yè)界授權以促進創(chuàng)新與市場競爭。高通CDMA技術集團采購部門副總裁V.K.Raman指出,自1999年以來,高通CDMA技術集團一直在努力探索,以期把CDMA技術集團產(chǎn)品可能對環(huán)境造成的負面影響降至最低。
IDT也在幾年前就啟動了環(huán)保承諾規(guī)范計劃,但相對于其他廠商,IDT的目的不僅是為了響應歐盟RoHS指令,同時也是為了制定一個限制新出現(xiàn)有害物質的計劃,以避免為滿足各種即將出臺的指令而出現(xiàn)的多種型號產(chǎn)品的管理難題。1999年,IDT也啟動了“綠色環(huán)境規(guī)范計劃”,以滿足即將出現(xiàn)的環(huán)境規(guī)范。該綠色計劃除了限制鉛(Pb)的使用,還限制汞、鎘、六價鉻、聚溴化聯(lián)苯和聚溴化二苯醚的使用,而且所有產(chǎn)品也不能使用任何紅磷。
IDT公司全球裝配和測試部副總裁Anne Katz說,通過早期與客戶的互動,IDT建立了一個超越RoHS要求的環(huán)境規(guī)范計劃,并實現(xiàn)99%的產(chǎn)品都以“綠色”封裝供貨。
RoHS雖然只是針對歐盟的一項法令,但Spansion公司全球副總裁兼亞太區(qū)總經(jīng)理王光偉認為,RoHS是為了保護環(huán)境并減少有害物質的使用的一項政治性法案,每個產(chǎn)業(yè)鏈上的廠商都應該從自身開始做到無鉛化。對于那些能夠提供一個可替代的、與競爭對手相比更出色的解決方案的供應商將獲得更多的市場機會。
安森美半導體亞太區(qū)傳訊總監(jiān)沈美娟指出,無鉛化已成為半導體行業(yè)勢不可擋的發(fā)展趨勢,無鉛半導體產(chǎn)品日益受到廣大客戶的青睞,這會進一步促進業(yè)界的技術創(chuàng)新。到目前為止,安森美接受客戶全部無鉛產(chǎn)品的訂單已接近一年。
作為Broadcom公司首席質量保證工程師,Tim Chaudry另有看法,他認為“綠色環(huán)?!笔且粋€針對電子元件材料的一般性定義名詞,它常常與“無鉛”及“RoHS”一起使用。但是,在業(yè)界中,對“綠色環(huán)?!辈]有固定的定義或標準。雖然Broadcom目前的“無鉛”產(chǎn)品,都是“符合RoHS”標準”的產(chǎn)品。但Broadcom也積極地跟Broadcom的制造伙伴就業(yè)界法規(guī)做準備,以對“綠色環(huán)?!鳖A期一個更為正式的定義,并承諾提供符合此種標準的產(chǎn)品。
遭遇挑戰(zhàn)
在另一個于2005年8月13日開始執(zhí)行的環(huán)保法令WEEE(廢舊電子電機設備指令)執(zhí)行過程中,英國貿(mào)工部(DTI)透露這項法令至少要到2006年1月才能成為法律規(guī)定的時間,英國貿(mào)工部稱,由于遇到“重大的實際困難”,他們無法滿足2005年8月13日這一執(zhí)行此法令的截止日期??梢姯h(huán)保法令實施起來并非易事,RoHS的實施也同樣面臨挑戰(zhàn)。
Anne Katz認為,RoHS帶來的挑戰(zhàn)具有正、負兩方面。負的方面是,IDT需要重新檢查和修改設計、工藝和制造工藝,以滿足所有的需求,同時也要與客戶一起討論和合作,以便盡早地開始實施轉移計劃。正的方面是,哪些半導體供應商更早地開始執(zhí)行這個計劃,需要遵守WEEE和RoHS指令的客戶就會更信賴他們。
而王光偉指出,鉛是被主要的元件和設備供應商廣泛使用的元素,在過去,錫—鉛焊料被用于大多數(shù)的電子焊接中,因此對于電子設備供應商而言,不再使用鉛的要求確實讓他們?yōu)殡y,因為他們必須為錫—鉛焊料找到合適的代替品。在開發(fā)無鉛焊料的過程中,又有諸多因素需要考慮,包括可用性、安全性、質量與穩(wěn)定性以及向前向后兼容性,這些都對半導體廠商提出了更高的要求。
他補充說,開發(fā)一個全球都能接受的解決方案是很重要的,那些不能被廣泛接受的無鉛焊料解決方案可能會成本高昂,無法與其他供應商的解決方案兼容,很難得到支持,因此這樣的解決方案只能使供應商在小范圍內獲得市場,并且可能給客戶帶來一些問題。從這個角度上說,RoHS帶來的挑戰(zhàn)是多方面的。
沈美娟則從技術、工藝和物流兩方面指出了RoHS給半導體廠商帶來的麻煩。技術方面,在向無鉛工藝轉變的過程中,需要把所有芯片封裝用環(huán)保材料替代電鍍材料重新通過認證。工藝控制方面,需要在鍍層操作中實施更加嚴格的工藝控制程序。而在克服物流挑戰(zhàn)方面,需要通過將無鉛產(chǎn)品與含鉛產(chǎn)品用不同的標識進行標記,這也比以前的操作要繁雜很多。
V.K.Raman指出,實施RoHS第一是要能確保使焊接點(不論是無引申接腳,或有引申接腳)的芯片在“無鉛”的表層點焊作業(yè)上的成效;第二是確保芯片能承受在“無鉛”的表層點焊作業(yè)上產(chǎn)生的高溫,這些都需要半導體廠商付出更多的成本。
攻克難關
針對實現(xiàn)無鉛化的目標,高通CDMA技術集團發(fā)起了“去鉛計劃”運動。1999年和2003年高通分別推出了“減溴計劃”和“去除控制物質計劃”,通過對集成電路封裝密封材料中溴化阻燃劑的用量進行嚴格審查,并在可行的情況下采用替代品,明確了不準在集成電路封裝和塑料集成電路底板系統(tǒng)中有意使用的14種危險物質。
從時間上講,歐盟于2003年頒布了《限制使用某些有害物質指令》(RoHS),旨在限制電子產(chǎn)品中鉛和其它5種有害物質的使用,高通CDMA技術集團75%的產(chǎn)品在此之前已經(jīng)實現(xiàn)了“無鉛化”。到2004年,所有封裝都采用了無溴塑封材料,全部RF產(chǎn)品實現(xiàn)無溴封裝,在MSM產(chǎn)品中,溴使用量減少了70%。2004年12月,高通CDMA技術集團所有產(chǎn)品系列中有超過85%的產(chǎn)品均實現(xiàn)了“無鉛化”。此外,在供應商的全力配合下,高通CDMA技術集團所提供的產(chǎn)品已經(jīng)可以完全避免采用“RoHS”中所限制的物質。
逐個擊破找到解決辦法是IDT從封裝材料到引線框產(chǎn)品綠色化的應對之策。為了滿足綠色封裝要求,半導體廠商必須實現(xiàn)無鉛電鍍工藝和使用無鉛焊球,封裝端點必須將鉛鍍層限制在百萬分之一千(1000ppm)以下。這些綠色封裝也需要限制傳統(tǒng)的溴和銻阻燃劑的使用,因為阻燃劑不僅危害環(huán)境,也會腐蝕產(chǎn)品,并縮短產(chǎn)品壽命。通過使用純錫電鍍工藝和無鉛焊球,IDT開發(fā)了一種始終可應用于公司裝配轉包商及公司內部應用的工藝。 [!--empirenews.page--]
對引線框產(chǎn)品,IDT現(xiàn)在都使用鍍純錫的端點,綠色BGA產(chǎn)品使用由錫/銀/銅組成的焊球。此外,所有綠色產(chǎn)品都滿足溴+氯<900 ppm和銻<750 ppm的封裝材料要求。驗證表明,所有綠色產(chǎn)品中的鉛含量均小于1,000 ppm。
Anne Katz承認,無鉛化對制造工藝有很大的影響,首先表現(xiàn)在轉向無鉛鍍的一個困難是潛在的晶須生長。為避免晶須生長,所有IDT綠色鍍錫產(chǎn)品都是在150攝氏度下退火一小時。這種烘烤可保證銅錫在金屬間的晶粒內而不是在晶界形成一致的生長,有助于降低電鍍之間的壓力。其次是因為無鉛焊需要更高的熔點,使用這些焊料的元器件必須能夠承受更高的回流焊溫度。傳統(tǒng)的系統(tǒng)是在240攝氏度或更低的溫度下工作,而這些新型無鉛封裝必須能夠承受峰值溫度為260攝氏度的電路板安裝回流焊,并仍能保持目前電子器件工程聯(lián)合會(JEDEC)抗?jié)裥约墑e。今天,IDT 已經(jīng)將其整個產(chǎn)品線轉向更高的260攝氏度回流焊溫度要求,且所有的封裝均滿足目前JEDEC濕度等級要求。
對應RoHS帶來的多方面挑戰(zhàn),Spansion選擇那些被廣泛接受的而不是僅在小范圍內應用的符合RoHS標準的焊料工藝。王光偉指出,Spansion力求在導線框焊料、FBGA焊料和標簽上做到無鉛化。
在導線框焊料方面,Spansion提供了annealed matte-tin solder plating。使用這種材質的一個主要好處是,它可以向后兼容現(xiàn)有的用于電路板上的錫—鉛焊料回流工藝,最大程度地減少對先前使用的其他材料進行轉變所需要的時間和金錢。
在FBGA焊料方面,Spansion的FBGA產(chǎn)品使用SAC 305(96.5%錫,3.0%銀,0.5%銅)焊球(solder spheres)作為錫—鉛焊料球體的代替品,這種焊球成本低廉、有眾多供應商可供貨,并且具有耐久性。
“對那些不受RoHS指令影響的客戶,我們將繼續(xù)提供錫-鉛產(chǎn)品。例如高可靠性設備如醫(yī)療設備。對于對可靠性有較高要求,并且需要更多的時間來選用新材料的客戶,我們也將提供支持?!蓖豕鈧パa充說。
綠色標簽
標簽可使用戶直觀地辨別出半導體產(chǎn)品的種類,在這方面,IDT、Spansion、安森美及Broadcomm都使用了字母"G"識別方法。這種元件編號方法符合JEDEC JESD97對無鉛產(chǎn)品標志和出貨標簽的規(guī)定。IDT也制作出了獨立的材料清單以支持沒有轉移到“綠色”方面的客戶。
除了使用"G"標簽之外,Spansoin也意識到了在歐盟的法規(guī)中列舉了一些行業(yè),它們需要對含鉛產(chǎn)品進行長期的支持。對于這樣的一些市場,Spansion還將繼續(xù)提供標準封裝產(chǎn)品,這些產(chǎn)品符合RoHS要求中的前五條。
為保證RoHS法令的實施,安森美除統(tǒng)一使用帶"G"后綴的產(chǎn)品型號外,如器件太小而不能容納后綴"G",則該器件將用小點標識。
對于非無鉛產(chǎn)品的供應還會延續(xù)多久,V.K.Raman表示此事項取決于包含市場需求在內的許多因素,但預期大多數(shù)產(chǎn)品在市場條件下會隨著時間而轉換成只有無鉛的產(chǎn)品。
Anne Katz指出,電子產(chǎn)業(yè)向綠色制造轉移是一個復雜而長期的過程,而不止是2006年7月1日這個界限,IC供應商在這個過程中扮演了一個非常重要的角色。綠色環(huán)保已經(jīng)成為進入國際市場的基本要求,只有滿足這些新規(guī)范的IC供應商才能更好地參與全球競爭。
根據(jù)Anne Katz的觀點,IC設計和制造商應該以一種戰(zhàn)略性的方式與供應商和客戶密切合作,比如盡早制定符合綠色規(guī)范的策略和計劃、與客戶保持持續(xù)和開放的溝通、與供應商合作建立物流管理和開發(fā)合作計劃,以便在轉移階段同時提供含鉛和無鉛元件,并制定計劃對供貨日期、編碼和可靠性問題進行明確分類。整個過程是長期而無止境的,參與的各方應共同制定一個清晰的目標和長期的承諾,這樣綠色行動才會取得成功。