00149-smt無鉛焊接深圳研討會(huì)資料-5-無鉛焊接的特點(diǎn)及工藝控制及過渡階段應(yīng)注意的問題(文件)

　

【正文】 ? 由于 PCB的質(zhì)量、層數(shù)、組裝密度、進(jìn)入爐內(nèi)的 PCB數(shù)量、傳送速度、氣流等的不同，進(jìn)入爐子的 PCB的溫度曲線也是不同的，因此，再流焊工序的過程控制不只是監(jiān)控機(jī)器的控制數(shù)據(jù)，而是 對制造的每塊 PCB的溫度曲線進(jìn)行監(jiān)控 。 ? 在實(shí)施過程控制之前，必須了解再流焊的焊接機(jī)理， 具有明確的技術(shù)規(guī)范 。因此 如果產(chǎn)生的實(shí)時(shí)溫度曲線接接近于上限值或下限值，這種工藝過程就不穩(wěn)定 。 （ d） 必須正確測試再流焊實(shí)時(shí)溫度曲線 確保測試數(shù)據(jù)的精確性 需要考慮以下因素： ? 熱電偶本身必須是有效的：定期檢查和 校驗(yàn) ? 必須 正確選擇測試點(diǎn) ：能如實(shí)反映 PCB高、中、低溫度 ? 熱電偶 接點(diǎn) 正確的固定方法 并 必須牢固 ? 還要考 慮 熱電偶的精度 、 測溫的延遲現(xiàn)象等因素 最簡單的驗(yàn)證方法： 將多條熱電偶用不同方法固定在同一個(gè)焊盤上進(jìn)行比較 將熱電偶交換并重新測試 （ e）通過監(jiān)控工藝變量， 預(yù)防缺陷的產(chǎn)生 ? 當(dāng)工藝開始偏移失控時(shí)，工程技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、進(jìn)行 分析、判斷 （是 熱電偶本身的問題、接點(diǎn) 固定的問題、還是爐子溫度失控、傳送速度、風(fēng)量發(fā)生變化 …… ），然后根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行 處理 。該信息可用于決定制造過程的系統(tǒng)缺陷。 線性圖顯示與 Pareto條形圖有聯(lián)系的缺陷的累積百分率。 ? 左圖顯示 焊錫短路缺陷發(fā)生在哪里。 AOI的放置位置 主要有三個(gè)放置位置： （ 1）錫膏印刷之后 （ 2）回流焊前 （ 3）回流焊后 多品種、小批量生產(chǎn)時(shí)可以不連線。 ? 焊膏圖形之間的粘連。 充 N2可以減少焊渣的形成。 （ 7） 關(guān)于無鉛返修和手工焊 ? 無鉛返修相當(dāng)困難，主要原因： ①無鉛焊料合金潤濕性差。 返修溫度曲線 理想的 手工錫焊溫度 – 時(shí)間曲線 : （ SnPb ） 盡量縮短加熱過程時(shí)間 升溫 速度 : 愈快愈好 ， 但 不要超出元件 、 PCB承受能力 降溫 速度 : 愈快愈好 , 但 不要超出元件、 PCB承受能力。 。 ：剪腿、元件不平、導(dǎo)線之間的連接、熱縮管。 ? 烙鐵頭長度要適當(dāng)短一些。 ? 每天早上用清潔劑將海綿清洗干凈 ，沾在海棉上的焊錫附著在烙鐵頭上，會(huì)導(dǎo)致助焊劑不足，同時(shí)海棉上的 殘?jiān)矔?huì)造成二次污染烙鐵頭。 五 .過渡階段有鉛、無鉛混用應(yīng)注意的問題 1. 目前國內(nèi)無鉛進(jìn)展情況大致如下 : ? 只有極少數(shù)獨(dú)資、合資企業(yè)完全實(shí)現(xiàn)了無鉛； ? 大約有 1/3企業(yè)有了不同程度和規(guī)模的無鉛（個(gè)別產(chǎn)品或 1~2條生產(chǎn)線 ）； ? 有的正處在實(shí)驗(yàn)室做試驗(yàn)，準(zhǔn)備上無鉛； ? 大部分國企還在觀望或正在考慮； ? 還有些軍工口單位在等待 政策，等待豁免 …… 2. 目前無鉛焊接技術(shù)處于過渡和起步階段 ? 雖然國際國內(nèi)都在不同程度的應(yīng)用無鉛技術(shù)，但目前還處于過渡和起步階段，從理論到應(yīng)用都還不成熟。 美國 IPC沒有標(biāo)準(zhǔn)（ 04年 11月推出 IPC –A610D草案）。日本大多使用 \\。這種狀態(tài)對 無鉛焊接產(chǎn)品的 可靠性 非常不利。 （ 2） 有鉛工藝也遇到 純 Sn熱風(fēng)整平的 PCB （ 3） 波峰焊問題比較多 ① 遇到無鉛元器件 ； ②插裝孔、導(dǎo)通孔不上錫； ③分層 Liftoff現(xiàn)象較嚴(yán)重； ④橋接、漏焊等缺陷多； ⑤錫鍋表面氧化物多 …… （ 4） 分層 Liftoff（焊點(diǎn)剝離、裂紋）現(xiàn)象 ? 無 Pb和有 Pb混用時(shí)，焊接后在焊點(diǎn)與焊端交界處會(huì)加劇分層 Liftoff（剝離、裂紋）現(xiàn)象。當(dāng)焊料、元件、 PCB全部無 Pb化后是否不會(huì)產(chǎn)生 Liftoff現(xiàn)象了，也要繼續(xù)研究。由于無鉛熔點(diǎn)高、與 PCB的 CTE不匹配更嚴(yán)重、出現(xiàn) 偏析現(xiàn)象，因此當(dāng)存在 PCB受熱變形等應(yīng)力時(shí)，很容易發(fā)生 Liftoff，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐?焊盤剝落 。 QFP 焊盤處 Liftoff 防止 Liftoff（焊點(diǎn)剝離）的方法 （ a） 采用單面板。 （ e） 添加微量元素，消除偏析。 ⑤ 無鉛和有鉛混用時(shí)可靠性討論 ? (a)無鉛焊料與有鉛焊端混用的問題 ? 無鉛焊料中的 Pb對長期可靠性的影響是一個(gè)課題，需要更進(jìn)一步研究。在“無鉛”焊點(diǎn)中，鉛的含量可能來源于元件的焊端、引腳或 BGA的焊球。 氣孔 (b)有鉛焊料與無鉛焊端混用的質(zhì)量最差 ? 有鉛焊料與無鉛焊球混用時(shí)，如果采用 有鉛焊料的溫度曲線，有鉛焊料先熔，而 無鉛焊端（球）不能完全熔化，使元件一側(cè)的界面不能生成金屬間合金層，BGA、 CSP一側(cè)原來的結(jié)構(gòu)被破壞而造成失效，因此有鉛焊料與無鉛焊端混用時(shí)質(zhì)量最差。 ? 連接器和其他塑料封裝元件（如 QFP、 PBGA）在高溫時(shí)失效明顯增加（如分層、苞米花、變形等）。 FR4的極限溫度為 240℃ 左右。 ? 措施： 控制溫度曲線；對焊接設(shè)備進(jìn)行改造；大、厚、復(fù)雜和高可靠的板采用耐高溫的 PCB材料；用含 N酚醛樹脂取代雙氰胺作固化劑，通過 N和 P作用提高阻燃性。 電遷移和枝狀結(jié)晶造成導(dǎo)線間的短路 無鉛和有鉛混用情況總結(jié) ? a 無鉛焊料和無鉛焊端 ——效果最好。 （ 2） 有鉛工藝遇到 無鉛元器件 ,必須提高焊接溫度到 235℃ 左右。 （ 6） 復(fù)雜和高可靠產(chǎn)品采用耐高溫的 PCB材料（ FR5或其它 ） 4. 解決措施 無鉛工藝總結(jié)： ? 根據(jù)具體產(chǎn)品選擇材料，并進(jìn)行系統(tǒng)評估 ? 錫膏（合金和焊劑） ? 器件（焊端和本體材料） ? 基板（基材、焊盤表層和阻焊層） ?評估現(xiàn)有爐子是否滿足無鉛要求 ? 檢查并修改 PCB焊盤設(shè)計(jì)（散熱、布局），鋼網(wǎng)設(shè)計(jì) ? 嚴(yán)格物料管理 采購、包裝保護(hù)、庫存條件 /管理、使用 ? 正確設(shè)置、仔細(xì)優(yōu)化溫度曲線 正確選擇測試點(diǎn)和連接熱耦、溫度 /時(shí)間控制 ? 采用無鉛質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn) 把工藝做得更細(xì) ? 目前無鉛焊接還處于過渡和起步階段，從理論到應(yīng)用都還不夠成熟。 。 ? 過渡階段無鉛焊接的可靠性問題值得警惕和研究。 （ 4） 無鉛印刷 —— 加大模板開口尺寸： 寬厚比＞ ，面積比＞ ；提高印刷精度。 ? c 有鉛焊料和無鉛焊端 ——效果最差， BGA、 CSP無鉛焊球是不能用到有鉛工藝中的， 不建議采用。如果有電遷移和枝狀結(jié)晶生長的出現(xiàn)，將發(fā)生導(dǎo)線間的短路，造成電遷移（俗稱“漏電”）的風(fēng)險(xiǎn)。 ? b 使 PCB材料中聚合物老化、變質(zhì)，使 PCB的機(jī)械強(qiáng)度和電性能下降。 ? 措施： 盡量降低峰值溫度；對潮濕敏感元件進(jìn)行去潮烘烤 。 在元件一側(cè)的界面失效 ⑥ 高溫對元件的不利影響 ? 陶瓷電阻和特殊的電容對溫度曲線的斜率（溫度的變化速率）非常敏感，但對實(shí)際的溫度并不敏感。 ? Pb在 1%左右的微量時(shí)發(fā)生焊點(diǎn)剝離的概率最高。例如： 2％ ~5％的 Pb可以決定無鉛焊料的疲勞壽命，但與 SnPb焊料相比，可靠性相差不大。 （ g） 回流焊＋波峰焊復(fù)合工藝時(shí)，采用 SMD焊盤設(shè)計(jì)。 （ c） 無鉛工藝不使用 SnPb鍍層元件。 熱傳導(dǎo) 收縮 （ 5） A面回流焊＋ B面波峰焊復(fù)合工藝中的問題 ? 完成了 A面回流焊，進(jìn)行 B面波峰焊時(shí)，在 A面大的QFP和 PLCC等元件的引腳鍍層為 SnPb合金時(shí) ，雖然焊點(diǎn)本身熔點(diǎn)在 217 ℃ ，不會(huì)熔化，但在焊錫與焊盤界面容易形成 Pb偏析 ——形成 SnAgPb的 174℃ 的低熔點(diǎn)層，使界面發(fā)生熔化，在熱應(yīng)力的作用下造成焊點(diǎn)從焊盤上剝離。因此 有鉛焊接時(shí)也存在 Liftoff，尤其在 PCB受潮時(shí)。 這意味著來自元件、 PCB鍍層的微量 Pb混入，將容易發(fā)生 Liftoff。 3. 問題舉例 （ 1） 有鉛工藝也遇到了 無鉛元器件 BGA\CSP LLP 特別警惕！ 有的日本元件鍍 SnBi，必須在無鉛焊料中使用。 ? 究竟哪一種無鉛焊料更好？ ? 哪一種 PCB焊盤鍍層對無鉛焊更有利？ ? 哪一種元器件焊端材料對無鉛焊接焊點(diǎn)可靠性更有利？ ? 什么樣的溫度曲線最合理？ ? 無鉛焊對印刷、焊接、檢測等設(shè)備究竟有什么要求 …… 都沒有明確的說法。 ③對無鉛焊接的焊點(diǎn)可靠性還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識 對無鉛焊接的焊點(diǎn)以及焊接界面合金層的結(jié)合強(qiáng)度研究還沒有研究清楚。 ? 對無鉛焊接機(jī)理研究、對不同 無鉛焊料合金與不同被焊接金屬表面（包括元器件端頭和 PCB焊盤）焊接后形成的 界面合金層的結(jié)構(gòu)等 認(rèn)識還 不成熟。但由于高熔點(diǎn)，增加了清洗難度。 無鉛手工焊接的要點(diǎn)（ 3） ——烙鐵頭的接觸方法有利于熱傳導(dǎo) 無鉛手工焊接的要點(diǎn)（ 4） ——烙鐵頭前端必須保持清潔 ? 烙鐵頭前端因助焊劑污染，易引起焦黑殘?jiān)恋K烙鐵頭前端的熱傳導(dǎo)。 如果采用普通烙鐵，烙鐵的瓦數(shù)比有鉛提高一倍左右。 焊料的傳輸不能有效傳遞熱量。 C) 無鉛工藝窗口小 SnPb SnAgCu 焊接五步法 ： 清潔烙鐵 ： 烙鐵頭放在被焊金屬的連接點(diǎn) ： 添加錫絲，錫絲放在烙鐵頭處 ： 撤離錫絲 ： 撤離烙鐵 （每個(gè)焊點(diǎn)焊接時(shí)間 2~3s） 手工焊接中的錯(cuò)誤操作 ：對熱傳導(dǎo)未有任何幫助（氧化的烙鐵），凹痕、焊盤翹起。 ? 造成 PCB和元件損壞的最高溫度沒有變化 (~ 290℃ ) 無鉛返修注意事項(xiàng) ? 選擇適當(dāng)?shù)姆敌拊O(shè)備和工具 ? 正確使用返修設(shè)備和工具 ? 正確選擇焊膏、焊劑、焊錫絲等材料 ? 正確設(shè)置焊接參數(shù) (溫度曲線 ) 適應(yīng)無鉛焊料的高熔點(diǎn)和低潤濕性。 ? 檢測標(biāo)準(zhǔn) ： IPCA