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第1章 电子产品的环境发展1

1.1 历史回顾1

1.2 绿色设计开发与制造的竞争力3

1.3 绿色设计和新产品的寿命周期4

1.4 不恰当地采用绿色材料和工艺对设计带来的不利影响5

1.5 应用质量工具和质量技术成功实现产品的绿色设计与制造6

1.6 本书其余章节的设置10

第2章 绿色电子产品的统计分析13

2.1 样本和总体工艺均值和标准差的计算13

2.1.1 其他统计工具：误差、样本规模以及点估计和区间估计15

2.1.2 均值的置信区间估计16

2.1.3 样本和总体的标准差16

2.2 确定工艺能力17

2.2.1 大规模生产的工艺能力18

2.2.2 确定工艺能力的标准差18

2.2.3 计算σ的方法举例18

2.2.4 少量生产的工艺能力19

2.3 新绿色部件原型的工艺能力20

2.4 统计方法结论22

2.5 实验设计22

2.5.1 实验设计的定义和期望值23

2.5.2 实验设计技术23

2.5.3 实验设计分析工具集29

2.5.4 在绿色材料和工艺选择的不同阶段应用实验设计35

2.5.5 实验设计选择的结论38

参考文献38

第3章 绿色电子系统的可靠性41

3.1 引言41

3.1.1 什么是可靠性41

3.1.2 可靠性的测度41

3.1.3 威布尔分布的实例42

3.1.4 绿色电子背景下的可靠性45

3.2 无铅焊料互连45

3.2.1 无铅焊料与锡／铅焊料基准45

3.2.2 无铅焊料及其影响可靠性的特性46

3.2.3 最受关注的试验环境48

3.2.4 锡／铅合金和SAC合金的温度循环疲劳寿命行为50

3.2.5 温度驻留时间和最大温度应力松弛或蠕变的影响53

3.2.6 根据温度循环试验数据计算温度循环现场寿命55

3.2.7 机械冲击与振动56

3.2.8 其他方面的考虑：新的故障模式58

3.3 返工和维修对可靠性的挑战58

3.3.1 返工导致的损伤以及和印制电路板相关的故障模式59

3.3.2 返工对元件造成的损伤60

3.3.3 对维修的特殊考虑62

3.4 无铅可焊镀层63

3.4.1 纯锡镀层和锡晶须63

3.4.2 锡／铋合金与锡／铅合金的相互作用73

3.4.3 浸银的香槟空洞74

3.5 印制电路板的可靠性问题74

3.6 航空航天和高性能电子工业标准76

3.6.1 航空和高性能电子工业领域已发布的标准文件76

3.6.2 尚在开发的标准文件77

3.7 连接件问题78

3.7.1 连接件中镉的使用78

3.7.2 连接件中锡的使用78

3.8 结论79

致谢79

参考文献79

第4章 环境适应性策略与实现83

4.1 引言83

4.2 需求描述84

4.3 构建团队85

4.4 策略的开发过程86

4.5 策略的获批87

4.6 启动开发过程87

4.7 驱动项目89

4.7.1 制造技术渠道89

4.7.2 供应链渠道92

4.7.3 产品设计（环境设计）渠道93

4.7.4 市场与环境监管渠道93

4.8 对132环境符合性策略的反应94

4.9 结论94

致谢95

参考文献95

第5章 按照绿色设计和制造的理念管理全球设计团队97

5.1 利用全球化团队实施电子产品绿色设计简介97

5.2 理解欧盟环境指令的适用范围98

5.2.1 RoHS指令98

5.2.2 受RoHS指令影响的电子产品种类98

5.2.3 目前为RoHS指令豁免的电子产品种类99

5.2.4 中国RoHS法规99

5.2.5 EMC指令99

5.2.6 WEEE100

5.3 绿色产品的全球性立法100

5.4 全球性RoHS执行组织100

5.5 区域性RoHS执行团队102

5.6 产品工业化团队102

5.7 全球化团队之间的交流104

5.8 理解投资组合中哪些产品需要重新设计104

5.9 用于本地控制的项目目录106

5.10 绿色过渡导致的元件废弃问题107

5.11 质量与可靠性108

5.12 无铅组装工艺109

5.13 与本地和海外制造机构间的交流与资质鉴定109

5.14 产品是否符合相应法规的信息决策110

5.15 商标管理111

5.16 数据和文件方面的要求111

5.17 风险管理112

5.18 结论112

参考文献113

第6章 向无铅组件的成功转变115

6.1 引言115

6.1.1 转变规划概述&115

6.1.2 无铅合金的选择116

6.1.3 SAC305对装配工艺的影响117

6.1.4 转变的目标117

6.1.5 产品组合118

6.1.6 无铅装配和焊剂的要求118

6.1.7 1号试验机（SMT装配试验机）121

6.1.8 2号试验机（插入式装配试验机）121

6.1.9 无铅焊膏鉴定122

6.1.10 免清洗焊膏实验室分析123

6.1.11 评定的阶段划分123

6.1.12 焊接接头的机械验证125

6.1.13 锡／铅装配和无铅装配的可靠性比较126

6.1.14 无铅波峰焊接焊剂评定127

6.1.15 基准电子TV3127

6.1.16 TURI TV3128

6.1.17 TURI TV3概述129

6.1.18 无铅试验的因子和等级129

6.1.19 TRUI TV3元件129

6.1.20 TURI TV3温度循环试验和HALT129

6.1.21 TURI TV3试验结果与结论130

6.1.22 TURI TV4130

6.2 与设计团队和材料供应链的联系131

6.2.1 印制电路板材料的设计131

6.2.2 元件供应商准备方法132

6.2.3 元件供应商调查结果132

6.3 成功向无铅装配转变的推荐步骤（工艺及产品）133

6.3.1 制造现场工艺评定133

6.3.2 无铅装配产品的评定136

6.3.3 TV1实验室分析（SMT工艺评定）137

6.3.4 TV2实验室分析（通孔工艺评定）139

6.4 含铅和无铅混合元件表面镀层管理及处理方法139

6.4.1 材料工艺控制140

6.4.2 可视化管理技术140

6.4.3 尽职检验与XRF检验141

6.4.4 材料搬运过程中的XRF检测141

6.4.5 制造过程中的XRF检测142

6.4.6 XRF检验结论142

6.4.7 混装工艺142

6.4.8 混装案例1：无铅元件使用锡／铅焊膏进行装配143

6.4.9 混装案例2：锡／铅元件使用无铅焊膏进行装配143

6.5 装配人员和检查人员的培训144

6.5.1 RoHS指令培训要求144

6.5.2 禁用物质培训实例144

6.5.3 目视检验培训145

6.5.4 材料工艺控制培训145

6.5.5 制造工艺控制培训145

6.5.6 技术支持部门的工艺培训145

6.6 批量生产从锡／铅向无铅装配转变以及插入式和SMT返工的评定146

6.6.1 概述146

6.6.2 使用混装技术的装配过程和结果汇总146

6.6.3 Maverick电路板的温度循环可靠性试验结果147

6.6.4 1号试验板和2号试验板上进行插入式装配的强制返工148

6.6.5 Maverick电路板通孔返工150

6.6.6 BGA返工152

6.6.7 Maverick电路板和1号、2号试验板试验结论153

6.6.8 Alpha电路板上插入式元件的强制性返工153

6.7 无铅制造的成本154

6.7.1 原料和设备成本155

6.7.2 培训及工艺改良费用155

6.7.3 材料采购及与工艺有关的成本155

6.7.4 基础设施及总体成本156

6.8 WEEE、绿色回收及其他156

致谢157

参考文献157

第7章 为在新产品中使用绿色材料和工艺制定总体规划（产品开发“绿色化”）159

7.1 引言159

7.2 绿色电子设计基础综述159

7.2.1 功能性159

7.2.2 成本、尺寸和重量161

7.2.3 可制造性162

7.2.4 可靠性164

7.2.5 满足设计要求165

7.3 向绿色产品转变166

7.3.1 性能与特点166

7.3.2 产品使用167

7.3.3 向无六价铬产品的转变167

7.4 无铅和六价铬的自由替代规格168

7.5 新绿色产品设计的不利后果举例169

7.5.1 湿气影响费用举例169

7.5.2 腐蚀与用三价铬替代六价铬举例171

7.6 绿色布线和敷设线缆的计划与实施172

7.7 绿色要求的例外情况172

7.8 结论172

致射173

参考文献173

第8章 绿色印制线路板的制造175

8.1 引言175

8.1.1 驱动印制线路板制造的环境问题175

8.1.2 北美的环保法规175

8.2 装配工艺的影响177

8.2.1 适用于包括无卤材料在内的更高温度的材料177

8.2.2 符合RoHS指令的电路板镀层178

8.3 电子设计的影响179

8.3.1 绿色材料的选择与测试179

8.3.2 绿色制造工艺180

8.4 材料的筛选182

8.4.1 绿色材料的可加工性能182

8.4.2 与装配工艺的兼容性182

8.4.3 绿色材料及工艺的质量与可靠性183

8.5 应谨慎处理的事项189

8.5.1 含铅电路板与无铅电路板的设计控制189

8.5.2 工艺控制：污染物与湿度管理191

8.5.3 供应商控制192

8.5.4 记录与材料证明文件193

8.6 绿色基板的经济学问题193

8.7 结论193

致谢194

参考文献194

第9章 集成电路元件的环保镀层195

9.1 引言195

9.2 背景195

9.3 铅框架镀层的发展历程195

9.3.1 金（Au）镀层195

9.3.2 整体镀银196

9.3.3 点式镀银196

9.3.4 镍／钯（NiPd）及镍／钯／金（NiPdAu）镀层196

9.4 元件镀层要求197

9.5 用于集成电路元件的锡基镀层198

9.5.1 引线框架制造商处的电镀工艺流程图199

9.5.2 A/T电镀工艺流程图200

9.6 集成电路预镀层元件镀层202

9.7 集成电路预镀层与点式镀银／雾锡电镀的对比204

9.8 锡晶须205

9.9 湿度敏感等级206

9.10 结论207

致谢207

参考文献208

第10章 绿色电子产品中纳米技术的机遇209

10.1 引言209

10.2 纳米技术对绿色电子的重要性210

10.3 工厂中使用纳米电子的时间和地点210

10.4 纳米材料的制造212

10.5 在电子产品中的应用领域213

10.5.1 半导体213

10.5.2 电子封装213

10.5.3 电路板和衬底213

10.5.4 无源元件214

10.5.5 显示器214

10.5.6 装置屏蔽215

10.5.7 能量传送215

10.6 纳米应用实例215

10.6.1 导电性黏结剂215

10.6.2 纳米电子对诸如印制电子等加成工艺的作用216

10.6.3 纳米电子作为低温板装置和热介质的作用220

10.7 结论224

绿色电子——产品设计与制造225

致谢225

参考文献225

作者履历227

缩略语229