1．环境立法背景
超生反应
2002年10月11日欧盟立法通过两大环境保护法案——废弃电子电机设备(Waste Electrical and Electronic Equipment，WEEE)以及有毒物质禁制令(Restriction of Hazardous Substances, RoHS)。这两个法案从2006年7月1日起开始在整个欧盟内施行，适时法案所规定的有害物质将全面受到限制。届时输欧的电子、电机产品皆必须符合该标准。WEEE 法案
ⒶWEEE是关于废弃电子、电机产品的回收再利用
Ⓑ规定范围包括电子产品和部件（印刷电路板、电池、含汞组件、阴极射线管等等） RoHS 法案
Ⓐ限制铅、汞、镉、六价铬的使用，以及
Ⓑ限制多溴联苯(PBB)或多溴连苯醚(PBDE)成分阻燃剂的使用。
WEEE和RoHS法案关注两方面的问题：一是产品当寿命终了时是否可回收，二是对一些有害元素及化合物的限制。对半导体封装来讲，最主要的还是对有害成分的控制。
虽然，这些法案还没有对现时的产品产生作用，但在日本，很多公司已经提前执行这两个法案的要求。根据日本电器产品再生条例，铅成分必须是可以回收的。此外，在废物处置和公共卫生法案、废水处理法案中，对于铅和其他有害物质都有了非常严格的规定。与此同时，很多日本的整机制造商投入相当大的力度发展环保产品，并将此作为重要的市场战略。这些公司的行动已经不再停留在环保政策和产品计划层面。松下电器MINI DISC PLAYER的成功就已经说明了环保产品是可以成为一个强有力的市场武器，同时更可以创造新的市场。此外，Sony， Fujitsu，NEC 和 HITACHI早在2002年以前都起草了公司内部的环保产品发展路线图。最近，这些公司联合起来成立了一个协会组织，GPSSI (Japan Green Procurement Survey Standardization Initiative)，该组织成立的目的就是统一“绿”电子电器产品的标准并提供相应的评价工具。日东电工也将成为该组织的成员。
2．什么是“绿”半导体器件（GREEN PACKAGE）?
作为一个green package, 必须同时满足两个条件：一是器件封装内部的有害物质含量符合环保标准，二是半导体器件必须可以满足装配流程环保的要求。 2．1 对封装内部有害物质的限制 根据上面提到的法案，“绿”半导体器件在制造的过程中，主要对铅、溴、氯、锑四种物质成分的使用进行限制。虽然，对于无铅化、无卤素、无锑化，至今行业内部还没有形成一致的定量标准。但大多数的半导体器件制造商都比较认同如下的规范。 环保要求 有害物质 含量控制 所涉及的半导体封装内部组件
无铅化 Pb <1000ppm 引脚表面镀层、锡球 无卤素 Cl 和Br <900ppm 塑封料、层压基板、阻焊剂 无锑化
Sb 2O 3
<900ppm
塑封料、层压基板、阻焊剂
2．2 装配流程环保对器件的要求 除了器件内部物质成分的改变，回流焊温度将由于使用无铅焊锡而大大提高。温度提高无疑将挑战器件的可靠性和MSL（耐潮气性）。 3.半导体组件无锑化
锑一般以其化合物形式Sb 2O 3广泛存在于目前大多数的塑封料以及印制板的层压基板中，其用途是同溴化树脂一同构成高效阻燃剂。其燃烧生成物SbBr 3被国际癌症研究会列为致癌物质。
从1993年开始，日东电工就开始着手研究替代溴-锑体系的绿阻燃剂，并将其作为公司最重要的科研项目。经过多年的研究，最终选定Mg(OH)2作为我们主要的阻燃剂。在前一个环保产品阶段，日东电工采用Mg(OH)2作为阻燃剂，同时添加少量的助剂。在第二阶段，我们完全采用全新技术，不再使用助剂，并将其命名为GE 系列。 Mg(OH)2阻燃剂作用的机理如下：
Ｍｇ/X（ＯＨ）2⇒ＭｇＯ/XＯ＋Ｈ2Ｏ
反应生成的水气具有降温的效果，同时加速碳化。同时反应吸收大量的热，降低温度，从而阻止了燃烧的继续。
4. 半导体组件无铅化
半导体器件组分无铅化所包含的内容有：引脚镀层无铅化、锡球无铅化、锡膏无铅化等等。而其中最主要的课题是引脚镀层无铅化。
今天，一般半导体器件外引脚所采用的表面处理方式是90Sn10Pb 合金镀层。由于这种合金镀层良好的焊接性能以及可靠性，很多年以来，这种表面处理方式一直作为外引脚表面处理
Br
O
o CH 2 CH CH 2 CH Br O O CH 2 CH CH 2 CH Br O o CH 2 CH CH 2 CH ( )
n +
Sb 2O 3
的主流技术。在上面的部分，我们已经说过，无铅化意味着铅的含量需要从现在的10%(100，000ppm)降低到1000ppm以下。热收缩管
几年来，困扰业界的问题是一直不到可以为半导体行业和整机行业同时认可的替代材料。曾经对很多的材料进行评价，其中包括: 100% Matte Sn, Sn/Bi, Sn/Zn/Bi, Sn/Zn/Al, Sn/Ag, Sn/Ag/Cu, Sn/Ag/Zn, 等等。应该说，所有的这些替代材料都各有其长处，但各方的评价结果并不能达成一致。更何况，对于装配厂家而言，尽管对于相同的产品，不同的供应商所采用的不同替代镀层材料而导致的材料熔点的差异，很容易造成焊接流程的混乱。 尽管大家都在力争寻到一种可以为大多数厂家所普遍认可的镀层材料，来替代目前的铅锡合金，但现实的情况并不如愿。不过，已经有若干的技术正在成为主流。其中包括：
Ⓐ亚光纯锡镀层（Matte Pure Tin）
Ⓑ锡铋合金 (Sn-Bi)
Ⓒ镍钯合金 (Ni-Pd)
我们必须看到，即使这三种主流或者正在成为主流的技术，仍然存在着缺陷。对于纯锡方案而言，广为人知的缺陷就是锡须（tin whisker，也称鲸须），这会造成可靠性的一定隐患。锡须是镀层内部应力所导致单晶锡沉积而成。现在，通过设备改善、制程控制，这个问题正在逐步得到解决。 同时由NEMI牵头的一个课题组正在完成锡须工业标准及测量方法的制定。对于锡铋合金，虽然通过添加铋，减小表面张力，从而提高了焊锡的润湿性能，但这种镀层材料的延展性并不能令人满意，而且，一些实验也显示焊接区域的镀层非常容易剥离。镍钯镀层的优势在于其一般采用预电镀，从而省去了封装后的电镀工序。但由于其只适用于铜框架，而对于42合金则无能为力，加上相对较弱的延展性以及较高的成本，都使得其适用范围受到一定的限制。
5.装配过程无铅化所带来的挑战
在装配过程中无铅焊锡的采用对半导体器件行业产生巨大的影响，因为意味着器件要经受更高的焊接温度。
大整机制造商所采用的无
铅焊锡有很多种，但所有
夜间守门人的材料熔点要高于目前所
采用的铅锡合金焊料，
220°C ~230°C 为最为普
遍的范围。在回流焊时，
为达到较好的焊接效果，
回流温度曲线峰值要高于
材料熔点30 °C，也就意
味着，采用无铅焊锡的回
流焊温度范围需要提高到
250-260°C，以达成最佳
的焊接效果。这就意味着
生产测井无铅焊锡的回流焊温度比
传统的Sn-Pb回流焊高出20-40°C。现有封装没有办法适应如此高高的回流焊温度，这就需要采用新的封装材料，同
永磁电机设计时在更高的温度下对封装的耐潮气性MSL进行重新分级。
5.1 更高的耐潮气性要求
回流焊温度的提高会明显的造成器件MSL 的降低。首先，我们来分析一下影响器件MSL 的主要因素。 Ⓐ潮气
对于塑封器件，存储、操作以及封装过程都可能引入潮气。潮气可以透过所有的塑封料，而塑封料的厚度、种类会影响潮气的透过率。回流焊的高温会导致塑封料中的湿气迅速汽化，产生很大的压力，并破坏封装。可能导致的后果是：塑封料与芯片之间分层，塑封料与引线框架之间分层，内部或外部开裂，或者对金线造成破坏。严重的时候，出现封装外壳的拱起，甚至爆裂（爆米花现象）
显而易见，由于采用无铅焊锡，更高的回流焊温度将加剧潮气的汽化速度，也将提高蒸汽压力。
Ⓑ应力
在表面贴装过程中，不仅引脚，封装体本身也是受热的。受热会导致器件在封装过程中所没有的额外应力。塑封半导体器件的不同组件彼此之间紧密啮合，而不同组件（塑封料、引线框架或基板、芯片）之间的热膨胀系数CTE 存在差异，就导致了内部应力的产生。应力在不同组件的接触界面上累计，最终导致器件的失效。由于应力过大而导致的失效有：分层、金线断开、硅片破裂、载片台变形
、封装开裂。
以金属框架封装为例，下图所标示的是不同材料/组件的热膨胀系数CTE。基本上，硅和金属的膨胀同温度呈线性关系。然而，塑封料的膨胀率玻璃化转变温度以上会大幅度提高，因而，我们看到塑封料有两个热膨胀系数，α1和α2。一般而言，硅的CTE 为2.3~4.2 ppm/℃，42-合金的CTE 是4.0~4.7 ppm/℃，铜框架的CTE 为 16~18 ppm/℃，日东电工所生产的大多数非环保型塑封料CTE 为12~16ppm/℃ (α1) and 40~50ppm/ ℃ (α2)
下面这张TMA 曲线图所标示的是塑封料与其他材料在230°C 以及260°C 温度下的CTE 差异。我们可以清晰的看出，回流焊过程的无铅化所要求提高的30-40°C
温度显著的扩大了
不同材料热膨胀率的差异，也提高了塑封料同芯片、引线框架分层的几率。这种分层也会导致潮气相关的失效。
在一般的情况下，应力与潮气共同作用于器件影响半导体器件的耐潮气性。正如我们在上面提到的，温度的升高同时增大了两个因素的影响。我们来看一下两组相同的SOP 封装在分别通过230°C 峰值温度回流焊和260°C 峰值温度回流焊后的CSAM 图片。通过230°C 回流焊的一组器件，塑封料与载片台和芯片几乎没有分层。而通过 260°C 回流焊的器件，塑封料与载片台以及与芯片之间都出现了分层
a) after 230°C reflow
b) after 260°C reflow
5.2 提高器件耐潮气性的技术
为提高再无铅焊接高温下半导体器件的耐潮气性MSL，有很多种技术。 关键技术
可能的问题
1.憎水型环氧树脂体系
采用新材料所导致的成本上升 改善吸湿
2.提高填料含量
2-1. 低黏度树脂体系
看门狗芯片2-2. 填料形状及尺寸分布的改善
2.可能导致成模性的问题（金线冲弯、载片台倾斜、空洞） 2-1．低黏度树脂所导致的黏模 2-2．新的填料体系导致的成本上升
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