半导体供应商积极迎接无铅化时代到来

RoHs已然到来。与设备供应商、焊料等厂商相比，半导体供应商的反映似乎有些沉默，实际上，虽然无铅化运动给他们带来了各种挑战，但各大厂商如高通、IDT、Spansion、安森美及Broadcom等，已然早已行动，从半导体供应商的角度迎接无铅化时代的到来。

积极行动

凭借其CDMA(码分多址)数字技术等，高通通过授权向业界授权以促进创新与市场竞争。高通CDMA技术集团采购部门副总裁V.K.Raman指出，自1999年以来，高通CDMA技术集团一直在努力探索，以期把CDMA技术集团产品可能对环境造成的负面影响降至最低。

IDT也在几年前就启动了环保承诺规范计划，但相对于其他厂商，IDT的目的不仅是为了响应欧盟RoHS指令，同时也是为了制定一个限制新出现有害物质的计划，以避免为满足各种即将出台的指令而出现的多种型号产品的管理难题。1999年，IDT也启动了“绿色环境规范计划”，以满足即将出现的环境规范。该绿色计划除了限制铅(Pb)的使用，还限制汞、镉、六价铬、聚溴化联苯和聚溴化二苯醚的使用，而且所有产品也不能使用任何红磷。

IDT公司全球装配和测试部副总裁Anne Katz说，通过早期与客户的互动，IDT建立了一个超越RoHS要求的环境规范计划，并实现99%的产品都以“绿色”封装供货。

RoHS虽然只是针对欧盟的一项法令，但Spansion公司全球副总裁兼亚太区总经理王光伟认为，RoHS是为了保护环境并减少有害物质的使用的一项政治性法案，每个产业链上的厂商都应该从自身开始做到无铅化。对于那些能够提供一个可替代的、与竞争对手相比更出色的解决方案的供应商将获得更多的市场机会。

安森美半导体亚太区传讯总监沈美娟指出，无铅化已成为半导体行业势不可挡的发展趋势，无铅半导体产品日益受到广大客户的青睐，这会进一步促进业界的技术创新。到目前为止，安森美接受客户全部无铅产品的订单已接近一年。

作为Broadcom公司首席质量保证工程师，Tim Chaudry另有看法，他认为“绿色环保”是一个针对电子元件材料的一般性定义名词，它常常与“无铅”及“RoHS”一起使用。但是，在业界中，对“绿色环保”并没有固定的定义或标准。虽然Broadcom目前的“无铅”产品，都是“符合RoHS”标准”的产品。但Broadcom也积极地跟Broadcom的制造伙伴就业界法规做准备，以对“绿色环保”预期一个更为正式的定义，并承诺提供符合此种标准的产品。

遭遇挑战

在另一个于2005年8月13日开始执行的环保法令WEEE(废旧电子电机设备指令)执行过程中，英国贸工部(DTI)透露这项法令至少要到2006年1月才能成为法律规定的时间，英国贸工部称，由于遇到“重大的实际困难”，他们无法满足2005年8月13日这一执行此法令的截止日期。可见环保法令实施起来并非易事，RoHS的实施也同样面临挑战。

Anne Katz认为，RoHS带来的挑战具有正、负两方面。负的方面是，IDT需要重新检查和修改设计、工艺和制造工艺，以满足所有的需求，同时也要与客户一起讨论和合作，以便尽早地开始实施转移计划。正的方面是，哪些半导体供应商更早地开始执行这个计划，需要遵守WEEE和RoHS指令的客户就会更信赖他们。

而王光伟指出，铅是被主要的元件和设备供应商广泛使用的元素，在过去，锡—铅焊料被用于大多数的电子焊接中，因此对于电子设备供应商而言，不再使用铅的要求确实让他们为难，因为他们必须为锡—铅焊料找到合适的代替品。在开发无铅焊料的过程中，又有诸多因素需要考虑，包括可用性、安全性、质量与稳定性以及向前向后兼容性，这些都对半导体厂商提出了更高的要求。

他补充说，开发一个全球都能接受的解决方案是很重要的，那些不能被广泛接受的无铅焊料解决方案可能会成本高昂，无法与其他供应商的解决方案兼容，很难得到支持，因此这样的解决方案只能使供应商在小范围内获得市场，并且可能给客户带来一些问题。从这个角度上说，RoHS带来的挑战是多方面的。

沈美娟则从技术、工艺和物流两方面指出了RoHS给半导体厂商带来的麻烦。技术方面，在向无铅工艺转变的过程中，需要把所有芯片封装用环保材料替代电镀材料重新通过认证。工艺控制方面，需要在镀层操作中实施更加严格的工艺控制程序。而在克服物流挑战方面，需要通过将无铅产品与含铅产品用不同的标识进行标记，这也比以前的操作要繁杂很多。

V.K.Raman指出，实施RoHS第一是要能确保使焊接点(不论是无引申接脚，或有引申接脚)的芯片在“无铅”的表层点焊作业上的成效；第二是确保芯片能承受在“无铅”的表层点焊作业上产生的高温，这些都需要半导体厂商付出更多的成本。

攻克难关

针对实现无铅化的目标，高通CDMA技术集团发起了“去铅计划”运动。1999年和2003年高通分别推出了“减溴计划”和“去除控制物质计划”，通过对集成电路封装密封材料中溴化阻燃剂的用量进行严格审查，并在可行的情况下采用替代品，明确了不准在集成电路封装和塑料集成电路底板系统中有意使用的14种危险物质。

从时间上讲，欧盟于2003年颁布了《限制使用某些有害物质指令》(RoHS)，旨在限制电子产品中铅和其它5种有害物质的使用，高通CDMA技术集团75%的产品在此之前已经实现了“无铅化”。到2004年，所有封装都采用了无溴塑封材料，全部RF产品实现无溴封装，在MSM产品中，溴使用量减少了70%。2004年12月，高通CDMA技术集团所有产品系列中有超过85%的产品均实现了“无铅化”。此外，在供应商的全力配合下，高通CDMA技术集团所提供的产品已经可以完全避免采用“RoHS”中所限制的物质。

逐个击破找到解决办法是IDT从封装材料到引线框产品绿色化的应对之策。为了满足绿色封装要求，半导体厂商必须实现无铅电镀工艺和使用无铅焊球，封装端点必须将铅镀层限制在百万分之一千(1000ppm)以下。这些绿色封装也需要限制传统的溴和锑阻燃剂的使用，因为阻燃剂不仅危害环境，也会腐蚀产品，并缩短产品寿命。通过使用纯锡电镀工艺和无铅焊球，IDT开发了一种始终可应用于公司装配转包商及公司内部应用的工艺。

对引线框产品，IDT现在都使用镀纯锡的端点，绿色BGA产品使用由锡/银/铜组成的焊球。此外，所有绿色产品都满足溴+氯<900 ppm和锑<750 ppm的封装材料要求。验证表明，所有绿色产品中的铅含量均小于1,000 ppm。

Anne Katz承认，无铅化对制造工艺有很大的影响，首先表现在转向无铅镀的一个困难是潜在的晶须生长。为避免晶须生长，所有IDT绿色镀锡产品都是在150摄氏度下退火一小时。这种烘烤可保证铜锡在金属间的晶粒内而不是在晶界形成一致的生长，有助于降低电镀之间的压力。其次是因为无铅焊需要更高的熔点，使用这些焊料的元器件必须能够承受更高的回流焊温度。传统的系统是在240摄氏度或更低的温度下工作，而这些新型无铅封装必须能够承受峰值温度为260摄氏度的电路板安装回流焊，并仍能保持目前电子器件工程联合会(JEDEC)抗湿性级别。今天，IDT 已经将其整个产品线转向更高的260摄氏度回流焊温度要求，且所有的封装均满足目前JEDEC湿度等级要求。

对应RoHS带来的多方面挑战，Spansion选择那些被广泛接受的而不是仅在小范围内应用的符合RoHS标准的焊料工艺。王光伟指出，Spansion力求在导线框焊料、FBGA焊料和标签上做到无铅化。

在导线框焊料方面，Spansion提供了annealed matte-tin solder plating。使用这种材质的一个主要好处是，它可以向后兼容现有的用于电路板上的锡—铅焊料回流工艺，最大程度地减少对先前使用的其他材料进行转变所需要的时间和金钱。

在FBGA焊料方面，Spansion的FBGA产品使用SAC 305(96.5%锡，3.0%银，0.5%铜)焊球(solder spheres)作为锡—铅焊料球体的代替品，这种焊球成本低廉、有众多供应商可供货，并且具有耐久性。

“对那些不受RoHS指令影响的客户，我们将继续提供锡-铅产品。例如高可靠性设备如医疗设备。对于对可靠性有较高要求，并且需要更多的时间来选用新材料的客户，我们也将提供支持。”王光伟补充说。

绿色标签

标签可使用户直观地辨别出半导体产品的种类，在这方面，IDT、Spansion、安森美及Broadcomm都使用了字母"G"识别方法。这种元件编号方法符合JEDEC JESD97对无铅产品标志和出货标签的规定。IDT也制作出了独立的材料清单以支持没有转移到“绿色”方面的客户。

除了使用"G"标签之外，Spansoin也意识到了在欧盟的法规中列举了一些行业，它们需要对含铅产品进行长期的支持。对于这样的一些市场，Spansion还将继续提供标准封装产品，这些产品符合RoHS要求中的前五条。

为保证RoHS法令的实施，安森美除统一使用带"G"后缀的产品型号外，如器件太小而不能容纳后缀"G"，则该器件将用小点标识。

对于非无铅产品的供应还会延续多久，V.K.Raman表示此事项取决于包含市场需求在内的许多因素，但预期大多数产品在市场条件下会随着时间而转换成只有无铅的产品。

Anne Katz指出，电子产业向绿色制造转移是一个复杂而长期的过程，而不止是2006年7月1日这个界限，IC供应商在这个过程中扮演了一个非常重要的角色。绿色环保已经成为进入国际市场的基本要求，只有满足这些新规范的IC供应商才能更好地参与全球竞争。

根据Anne Katz的观点，IC设计和制造商应该以一种战略性的方式与供应商和客户密切合作，比如尽早制定符合绿色规范的策略和计划、与客户保持持续和开放的沟通、与供应商合作建立物流管理和开发合作计划，以便在转移阶段同时提供含铅和无铅元件，并制定计划对供货日期、编码和可靠性问题进行明确分类。整个过程是长期而无止境的，参与的各方应共同制定一个清晰的目标和长期的承诺，这样绿色行动才会取得成功。