【正文】 要根據(jù)產(chǎn)品的無鉛合金的選擇要根據(jù)產(chǎn)品的 應(yīng)用環(huán)境、可靠應(yīng)用環(huán)境、可靠性要求、成本、工藝性要求、成本、工藝 等方面因素等方面因素 綜合考慮綜合考慮 。 其熔點(diǎn)為其熔點(diǎn)為 227℃ 。左右。? 這兩種合金體系開發(fā)和應(yīng)用較少。優(yōu)點(diǎn)：降低了熔點(diǎn)，與 Sn/Pb共晶焊料相近；蠕變特性好，增大了合金的拉伸強(qiáng)度。通常添加通常添加 3% 左右左右 Bi來改善潤濕性，來改善潤濕性， 但不能添加過多的 Bi優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 相對(duì)較低的熔點(diǎn)，機(jī)械性能好，拉伸強(qiáng)度比 Sn/Pb共晶焊料好，可拉制成絲材使用；具有良好的蠕變特性。熔點(diǎn)隨成分變化而變化熔點(diǎn)隨成分變化而變化波峰焊時(shí)隨著波峰焊時(shí)隨著 Cu不斷增加，不斷增加，熔點(diǎn)也不斷提高。② 添加微量 Ni可增加流動(dòng)性，減少殘?jiān)俊? 優(yōu)點(diǎn)： SnCu潤濕性、殘?jiān)男纬珊涂煽啃源斡?SnAgCu，而成本比 SnAgCu低得多。SnAgCu三元合金相圖三元合金相圖液態(tài)時(shí)的成分：液態(tài)時(shí)的成分：L→Sn+Cu6Sn5+Ag3Sn在平衡狀態(tài)凝固的結(jié)晶是在平衡狀態(tài)凝固的結(jié)晶是很規(guī)則的形狀很規(guī)則的形狀（冷卻速度無限慢時(shí)）（冷卻速度無限慢時(shí)）實(shí)際生產(chǎn)條件下是實(shí)際生產(chǎn)條件下是非平衡狀態(tài)凝固的結(jié)晶非平衡狀態(tài)凝固的結(jié)晶SAC合金凝固特性導(dǎo)致無鉛焊點(diǎn)顆粒狀外觀合金凝固特性導(dǎo)致無鉛焊點(diǎn)顆粒狀外觀非平衡狀態(tài)凝固：非平衡狀態(tài)凝固： Sn先結(jié)晶，以枝晶狀（先結(jié)晶，以枝晶狀（樹狀）出現(xiàn)，中間夾樹狀）出現(xiàn)，中間夾Cu6Sn5和和 Ag3Sn。? 在在 SnAg合金里添加合金里添加 Cu，能夠在維持，能夠在維持 SnAg合金合金良好性能的同時(shí)稍微降低熔點(diǎn)，而且添加良好性能的同時(shí)稍微降低熔點(diǎn)，而且添加 Cu Cu的焊接界面結(jié)構(gòu)的焊接界面結(jié)構(gòu)SnAgCu三元合金三元合金? SnAgCu三元合金（熔點(diǎn) 216~222℃ ）是目前被大家公認(rèn)的適用于再流焊的合金組分。械性能有很大貢獻(xiàn)。二元共晶組織。上固溶對(duì)方的元素。在 Ag3Sn左側(cè)低 Ag成分處與 SnPb共晶 相圖相似。延展性比 SnPb稍差。SnAg共晶合金共晶合金 ，共晶點(diǎn) 221℃ 。全球范圍內(nèi)共無鉛焊料。? 焊接過程中生成的殘?jiān)佟? 具有良好的化學(xué)性能，如耐腐蝕、氧化性，殘?jiān)纬?、電遷移等。對(duì)無鉛焊料合金的要求對(duì)無鉛焊料合金的要求 ? 合金成份中不含鉛或其它對(duì)環(huán)境造成污染的元素。 ? 第一，要慎重選擇第一，要慎重選擇 PCB加工廠；加工廠；? 第二，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)焊接；第二，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)焊接；? 第三，從工藝上要控制第一次與第二次焊接的時(shí)間間隔第三，從工藝上要控制第一次與第二次焊接的時(shí)間間隔，一般控制在，一般控制在 4小時(shí)（或小時(shí)（或 2小時(shí)）以內(nèi)，有的采用兩條生小時(shí)）以內(nèi)，有的采用兩條生產(chǎn)線分別進(jìn)行兩面加工；產(chǎn)線分別進(jìn)行兩面加工；? 第四，還可以選擇活性高、可焊性好的助焊劑來配合第四，還可以選擇活性高、可焊性好的助焊劑來配合 。（目前手機(jī)板大多采用（目前手機(jī)板大多采用 OSP涂層）涂層）? 由于無鉛焊接溫度下涂覆層容易失效，因此傳統(tǒng)的由于無鉛焊接溫度下涂覆層容易失效，因此傳統(tǒng)的 OSP材材料不適于無鉛，需要應(yīng)用適合無鉛料不適于無鉛，需要應(yīng)用適合無鉛 OSP材料。? 缺點(diǎn)：不能回流很多次，缺點(diǎn)：不能回流很多次， OSP高溫失效后引起高溫失效后引起 Cu表面氧化表面氧化，因此，因此 雙面板回流工藝要注意。銅鍍層與 OSP配合使用，可焊配合使用，可焊性、導(dǎo)電性，金屬化孔內(nèi)鍍銅層厚度大于性、導(dǎo)電性，金屬化孔內(nèi)鍍銅層厚度大于 25181。? 一般可應(yīng)用在一次焊接工藝的消費(fèi)類電子產(chǎn)品。 ? I－－ Sn比較便宜。? I－ Ag的厚度約 ～ ，其 可焊性、 ICT可探測(cè)性、以及接觸 /開關(guān)焊盤的性能不如 NiAu，但對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用卻已足夠。（ 4）作為可焊性保護(hù)性涂覆層的 Au層在焊接時(shí)會(huì)完全溶融到焊料中，而被氧化或腐蝕的 Ni鍍層由于可焊性差不能與焊料形成良好的金屬間合金層，最終導(dǎo)致虛焊、或焊點(diǎn)強(qiáng)度不足使元件從 PCB上脫落。finishes黑焊盤處黑焊盤處 手指一推，元件就會(huì)掉下來手指一推，元件就會(huì)掉下來黑焊盤是黑焊盤是 PCB制造廠的問題制造廠的問題黑盤的顯微觀察黑盤的顯微觀察黑盤失效的焊盤表面黑盤失效的焊盤表面（放大（放大 5000倍）倍） ““ 黑焊盤黑焊盤 ”” 問題問題Black所以。(b)如何選擇無鉛如何選擇無鉛 PCB焊盤涂鍍層焊盤涂鍍層主要考慮因素：主要考慮因素：? PCB焊盤涂鍍層與焊料的相容性焊盤涂鍍層與焊料的相容性? PCB焊盤涂鍍層與工藝的相容性焊盤涂鍍層與工藝的相容性(a) 無鉛焊料合金熱風(fēng)整平（ HASL）(b) ENIG（ Ni/Au）(c) 浸銀工藝（ I－ Ag）(d) 浸錫（ I－ Sn）(e) OSP無鉛無鉛 PCB焊盤涂鍍層種類：焊盤涂鍍層種類：(a)⑵ 選擇無鉛選擇無鉛 PCB材料及焊盤涂鍍層材料及焊盤涂鍍層 ? 無鉛對(duì) PCB材料的要求 ? 如何選擇無鉛 PCB材料 ? 如何選擇無鉛 PCB焊盤涂鍍層 ①① ? SnAgCu? SnCu? SnBi等等③ 對(duì)濕度敏感器件對(duì)濕度敏感器件 (MSD)的管理和控制措施的管理和控制措施(在在 ““ 無鉛生產(chǎn)物料管理無鉛生產(chǎn)物料管理 ”中詳細(xì)介紹中詳細(xì)介紹 )? 無鉛焊接溫度高，潮濕敏感元器件由于高溫而失效的無鉛焊接溫度高，潮濕敏感元器件由于高溫而失效的幾率非常高，因此在無鉛工藝中要特別注意對(duì)濕度敏幾率非常高，因此在無鉛工藝中要特別注意對(duì)濕度敏感器件感器件 (MSD)的管理并采取有效措施。選擇無鉛元器件選擇無鉛元器件① 必須考慮元件的 耐熱性問題耐熱性問題 （避免（避免 高溫－損傷元器件的封裝與內(nèi)部連接高溫－損傷元器件的封裝與內(nèi)部連接 ））② 必須考慮焊料和元器件表面鍍層 材料的相容性材料的相容性 （材料不相容會(huì)（材料不相容會(huì) 影響焊點(diǎn)連接強(qiáng)度影響焊點(diǎn)連接強(qiáng)度 ））③ 對(duì) 濕度敏感器件濕度敏感器件 (MSD)的管理和控制措施 （（ 高溫高溫 損傷損傷 濕敏器件濕敏器件 ））選擇無鉛元器件考慮因素：選擇無鉛元器件考慮因素：對(duì)無鉛元件的要求：耐高溫和無鉛化對(duì)無鉛元件的要求：耐高溫和無鉛化① 無鉛元件耐熱性要求無鉛元件耐熱性要求? IPC/JEDEC JSTD020C對(duì)于薄型小體積元器件而言，對(duì)于薄型小體積元器件而言，新標(biāo)準(zhǔn)要求其耐熱溫度要高達(dá)新標(biāo)準(zhǔn)要求其耐熱溫度要高達(dá) 260℃ ② 焊料和元器件表面鍍層材料的相容性焊料和元器件表面鍍層材料的相容性? 無鉛元器件焊端鍍層材料的種類最多最復(fù)雜無鉛元器件焊端鍍層材料的種類最多最復(fù)雜? 可能會(huì)存在某些失配現(xiàn)象，造成可靠性問題可能會(huì)存在某些失配現(xiàn)象，造成可靠性問題 ? 例如：例如： Bi在凝固過程中會(huì)發(fā)生偏析在凝固過程中會(huì)發(fā)生偏析，在焊區(qū)底部形成低溶點(diǎn)相。保護(hù)已焊好的表面貼裝元器件。浸入選擇焊系統(tǒng)有多個(gè)焊錫嘴焊錫波上（多焊錫波）。 （適用于消費(fèi)類產(chǎn)品）（適用于消費(fèi)類產(chǎn)品）通孔元件再流焊工藝通孔元件再流焊工藝? 三種選擇性波峰焊工藝三種選擇性波峰焊工藝掩膜板波峰焊，為每種、掩膜板波峰焊，為每種 PCB設(shè)計(jì)專用掩膜板，保護(hù)已焊設(shè)計(jì)專用掩膜板，保護(hù)已焊好的表面貼裝器件（此方式不需要買專用設(shè)備）好的表面貼裝器件（此方式不需要買專用設(shè)備）拖焊工藝：在單個(gè)小焊嘴焊錫波上拖焊。PCB變形。③ 耐高溫，抗腐蝕 。⑦ ⑤ ④ ④ ② 耐高溫，抗腐蝕， 采用鈦合金鋼采用鈦合金鋼 Sn鍋、或在鍋內(nèi)壁鍍鍋、或在鍋內(nèi)壁鍍防護(hù)層防護(hù)層 。對(duì)無鉛再流焊設(shè)備的主要要求：對(duì)無鉛再流焊設(shè)備的主要要求：? 緩慢升溫緩慢升溫? 助焊劑活化區(qū)快速升溫，要求回流區(qū)熱效率高，助焊劑活化區(qū)快速升溫，要求回流區(qū)熱效率高，能夠快速升到回流溫度。就可以使用。⑤ 增加冷卻裝置，使焊點(diǎn) 快速降溫。PasteSmoothSolder沒有半月形無鉛焊點(diǎn)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)無鉛焊點(diǎn)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)? IPCA610D潤濕角大外觀粗糙氣孔多缺陷多 —— 由于浸潤性差，使自定位效應(yīng)減弱。? ③ 浸潤性差，擴(kuò)展性差。 ⑿ 熔點(diǎn)也不斷提高。SnCu合金二元相圖合金二元相圖? SnCu的液相線的液相線 由于Cu隨工作時(shí)間不斷增多， 因此一般選擇低因此一般選擇低 Cu合金，補(bǔ)充合金，補(bǔ)充焊料時(shí)添加純錫，但很難控制合金的比例。要密切關(guān)注 SnCu焊料中 Cu比例， Cu的成分改變 %，液相溫度改變多達(dá) 6℃ 。但對(duì) Sn鍋鍋 吹風(fēng)會(huì)影響吹風(fēng)會(huì)影響焊接溫度焊接溫度 ，另外，另外 降溫速度過快降溫速度過快 容易造成元件開裂容易造成元件開裂 （尤其（尤其陶瓷電容）陶瓷電容） 。PCB變形。③③ 由于潤濕性差，需要改良助焊劑，并 增加一些涂增加一些涂覆量覆量 。Sn在高溫在高溫下有溶蝕下有溶蝕 Sn鍋的現(xiàn)象，鍋的現(xiàn)象， 采用鈦合金鋼采用鈦合金鋼 Sn鍋、或在鍋、或在鍋內(nèi)壁鍍防護(hù)層。腐蝕率：腐蝕率： 鍋。少量。焊接缺陷，將嚴(yán)重影響焊點(diǎn)可靠性。為了減小爐子橫向溫差 △ t，采取措施：帶加熱器的導(dǎo)軌、選用散熱性小的材料、定軌向爐內(nèi)縮進(jìn)等技術(shù)。由于高溫， PCB容易變形，特別是拼板，因此對(duì)于大尺寸的 PCB需要增加中間支撐。? d擁有大而復(fù)雜元件（如 CBGA、 CCGA等）的大、厚印制板，典型 △ t高達(dá) 20~25℃ 。那么 PCB某處已超過 FR4基材 PCB的極限溫度 240℃ ，會(huì)損壞 PCB?！?的誤差。0Csec之間完成，其升溫速率為 ~1℃ /sec；而無鉛焊接從 150℃ 升到 217℃ ，升溫 67℃ ，只允許在 50~70sec之間完成，其升溫速率為 ~℃ /sec，要求升溫速率比有鉛高 30% 左右，另外由于無鉛比有鉛的熔點(diǎn)高34℃ ，溫度越高升溫越困難， ? b ? ② ）提高管理水平。主要變化是溫度高、工，因此工藝參數(shù)必須隨之改變。⑷⑷ 貼裝貼裝 ⑸ 再流焊再流焊 ⑹ 波峰焊波峰焊 ⑺ 檢測(cè)檢測(cè) ⑻ 無鉛返修無鉛返修 ⑼ 清洗清洗一．無鉛工藝與有鉛工藝比較一．無鉛工藝與有鉛工藝比較有鉛技術(shù)有鉛技術(shù) 無鉛技術(shù)無鉛技術(shù)設(shè)備方面設(shè)備方面 印、貼、焊、檢印、貼、焊、檢 只有焊接設(shè)備有特殊要求只有焊接設(shè)備有特殊要求焊接原理焊接原理[基礎(chǔ)與基礎(chǔ)與 DFM]第第 5章章 ））顧靄云顧靄云內(nèi)容內(nèi)容一．無鉛工藝與有鉛工藝比較一．無鉛工藝與有鉛工藝比較二．無鉛焊接的特點(diǎn)二．無鉛焊接的特點(diǎn) ⑴ 從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點(diǎn)從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點(diǎn) ⑵ 無鉛波峰焊特點(diǎn)及對(duì)策無鉛波峰焊特點(diǎn)及對(duì)策三．無鉛焊接對(duì)焊接設(shè)備的要求三．無鉛焊接對(duì)焊接設(shè)備的要求四．四． 無鉛產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝控制無鉛產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝控制 ⑴ 無鉛工藝設(shè)計(jì)無鉛工藝設(shè)計(jì) ⑵ 無鉛無鉛 PCB設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) ⑶ 印刷及印刷及 模板設(shè)計(jì)模板設(shè)計(jì)24第第 18章；章； （（ b）但由于無鉛的焊接材料、元器件、）但由于無鉛的焊接材料、元器件、 PCB都發(fā)生了變化都發(fā)生了變化，因此工藝參數(shù)必須隨之改變。（（ c）進(jìn)行設(shè)備改造或添置必要的焊接設(shè)備）進(jìn)行設(shè)備改造或添置必要的焊接設(shè)備（（ d）提高管理水平。從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點(diǎn)及對(duì)策從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點(diǎn)及對(duì)策要求助焊劑耐高溫。要求焊接設(shè)備橫向溫度均勻。? asec， 要求緩慢升溫，使整個(gè) PCB溫度均勻， 減小 PCB及大小元器件△ t， 因此要求焊接設(shè)備升溫、預(yù)熱區(qū)長度要加長。有鉛焊接從 150℃ 升到 183℃ ，升溫 33℃ ，可允許在30~60 回流區(qū)峰值溫度 235℃ 與 FR4基材 PCB的極限溫度（240那么實(shí)際工藝允許有 5℃ ? 在實(shí)際回流焊中，如果最小峰值溫度為 235℃ ，最大峰值溫度取決于板面的溫差 △ t，它取決于板的尺寸、厚度、層數(shù)、元件布局、 Cu的分布以及元件尺寸和熱容量。要求再流焊爐橫向溫差＜ 2℃ ，同時(shí)要求有兩個(gè)回流加熱區(qū)。? eN2保護(hù)能夠改善潤濕性，提高焊點(diǎn)質(zhì)量? g? 過渡階段鉛污染問題過渡階段鉛污染問題 ：如果混入有鉛元件，引腳表：如果混入有鉛元件，引腳表面微量的鉛還會(huì)引起面微量的鉛還會(huì)引起 Liftoff（焊點(diǎn)剝離）現(xiàn)象等（焊點(diǎn)剝離）現(xiàn)象等焊接缺陷，將嚴(yán)重影響焊點(diǎn)可靠性。SnCuNi，熔點(diǎn)，熔點(diǎn) 227℃ 。因?yàn)橐驗(yàn)?Ag的成本高，同時(shí)也會(huì)腐蝕的成本高，同時(shí)也會(huì)腐蝕 Sn鍋。? 對(duì)對(duì) Cu②② 根據(jù)所選合金，需要根據(jù)所選合金，需要 255~275℃℃ 爐溫，爐溫， 2℃ 。但提高高 預(yù)熱溫度會(huì)加快氧化預(yù)熱溫度會(huì)加快氧化 ；；⑤ 增加中間支撐增加中間支撐 ，預(yù)防高溫引起，預(yù)防高溫引起 但對(duì)快速降溫?！鎡雙波峰焊實(shí)時(shí)溫度曲線在預(yù)熱區(qū)末端、兩個(gè)波之間插入加熱元件在預(yù)熱區(qū)末端、兩個(gè)波之間插入加熱元件⑧ Cu比例超過 1%，必須換新焊料。越遠(yuǎn)越容易發(fā)生。熔點(diǎn)隨成分變化而變化熔點(diǎn)隨成分變化而變化波峰焊時(shí)隨著波峰焊時(shí)隨著 Cu不斷增加，不斷增加，熔點(diǎn)也不斷提高。⑾ 波峰焊后分層 Liftoff（剝離、裂紋）現(xiàn)象較嚴(yán)重。波峰焊接設(shè)備需要對(duì)波峰焊部件、加熱部件和焊劑管理系統(tǒng)進(jìn)行 特殊維護(hù)特殊維護(hù) 。無鉛焊點(diǎn)的特點(diǎn)無鉛焊點(diǎn)的特點(diǎn)? ① 傳統(tǒng)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與 AOI需要升級(jí)。? ④ 無鉛無