【正文】 隨成分變化而變化熔點(diǎn)隨成分變化而變化波峰焊時隨著波峰焊時隨著 Cu不斷增加，不斷增加，熔點(diǎn)也不斷提高。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 相對較低的熔點(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。左右。無鉛焊料合金的選擇無鉛焊料合金的選擇 合金組分決定：合金組分決定：? 焊料的熔點(diǎn)（焊接溫度）焊料的熔點(diǎn)（焊接溫度）? 焊點(diǎn)的電氣性能和機(jī)械強(qiáng)度焊點(diǎn)的電氣性能和機(jī)械強(qiáng)度? 焊料的成本焊料的成本? 無鉛合金的選擇要根據(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 。域廣泛接受。因此盡當(dāng)高，尤其是無鉛波峰焊用的焊錫條成本更高。無鉛工藝對助焊劑的要求無鉛工藝對助焊劑的要求(a)焊后殘留物少，并且無腐蝕性，滿足 ICT探針能力和電遷移。因此無鉛焊劑必須專門配制。：無鉛焊盤設(shè)計(jì)應(yīng)比有鉛大一些。BGA、 CSPBGA、 CSP)，增加通，增加通孔直徑有利于助焊劑滲入通孔孔直徑有利于助焊劑滲入通孔 無鉛焊膏的選擇、評估、與管理無鉛焊膏的選擇、評估、與管理（（ a）無鉛焊膏與有鉛焊膏一樣，生產(chǎn)廠家、規(guī)格很多。（（ b）） 應(yīng) 多選擇幾家公司的焊膏做工藝試驗(yàn)多選擇幾家公司的焊膏做工藝試驗(yàn) ，對印刷性、脫膜性、觸變性、粘結(jié)性、潤濕性以及焊點(diǎn)缺陷、殘留物等做比較和評估比較和評估 ， 有條件的企業(yè)可對焊膏進(jìn)行認(rèn)證和測試有條件的企業(yè)可對焊膏進(jìn)行認(rèn)證和測試 。鍵參數(shù)。焊膏；? 無鉛焊膏的助焊劑含量通常要高于有鉛焊膏，無鉛合金的比重較低；? 由于缺少鉛的潤滑作用，焊膏印刷時填充性和脫膜性較差。做 1:1G 16mil()備注 四角倒 3mil()圓設(shè)計(jì)值X ≤22mil BGA Chip ()以上時，選擇化學(xué)腐蝕以上時，選擇化學(xué)腐蝕(chemetched)模板；當(dāng)引腳間距在模板；當(dāng)引腳間距在 模板加工方法：模板加工方法：? 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 (chemetch)：遞減：遞減 (substractive)工藝工藝? 激光切割激光切割 (lasercut)：機(jī)械加工：機(jī)械加工? 混合式混合式 (hybrid)：腐蝕：腐蝕 +激光激光? 電鑄電鑄 (electroformed)：遞增的工藝：遞增的工藝金屬模板加工一般金屬模板加工一般 要求要求(1)模板表面平坦模板表面平坦 (2)模板厚度誤差＜模板厚度誤差＜ 177。（ d）由于粘性和流變性變化，每次印刷后會有些無鉛焊膏粘附在刮刀上，因此印刷周期可能需要放慢。回流時自校正（ Selfalign）作用非常小，因此，貼片精度比有鉛時要求）作用非常小，因此，貼片精度比有鉛時要求更高。無鉛回流焊接技術(shù)無鉛回流焊接技術(shù)? 無鉛焊料高熔點(diǎn)、潤濕性差給回流焊帶來了焊接溫?zé)o鉛焊料高熔點(diǎn)、潤濕性差給回流焊帶來了焊接溫度高、工藝窗口小的工藝難題，使回流焊度高、工藝窗口小的工藝難題，使回流焊 容易產(chǎn)生容易產(chǎn)生虛焊、氣孔、立碑等缺陷，還 容易引起損壞元器容易引起損壞元器件、件、 PCB等可靠性問題等可靠性問題 。設(shè)置再流焊溫度曲線的依據(jù)：設(shè)置再流焊溫度曲線的依據(jù)： （與有鉛工藝相同）（與有鉛工藝相同）(a) 不同金屬含量的焊膏有不同的溫度曲線，應(yīng)按照焊膏加工廠提供的溫度曲線進(jìn)行設(shè)置（ 主要控制各溫區(qū)的升溫速率、峰值溫度和回流時間 ）。為了使深顏色器件周圍的焊點(diǎn)和大體積元器件達(dá)到焊接溫度，必須提高焊接溫度。PCB表面溫差表面溫差 Δt 較小的較小的 產(chǎn)品可以使用產(chǎn)品可以使用 三角形溫度曲線三角形溫度曲線 。~2450C ），避免損壞元器件和），避免損壞元器件和 FR4基材基材 PCB。 因此，因此， 要求有一要求有一個個 受控的受控的 冷卻過程。以防損壞元器件。小元件小元件℃℃t（（ d）） 對于復(fù)雜產(chǎn)品，可能需要對于復(fù)雜產(chǎn)品，可能需要 260℃ 才能焊好才能焊好 。以防損壞元器件。例如，陶瓷片狀電容的最大冷卻速度為片狀電容的最大冷卻速度為 2~40C/秒。能量成本較低。(g) 環(huán)境溫度對爐溫也有影響，特別是加熱溫區(qū)短、爐體寬度窄的再流焊爐，在爐子進(jìn)出口處要避免對流風(fēng)。其缺點(diǎn)是溫度不均勻。爐溫均勻，增加冷卻區(qū)助 焊劑 耐高溫； PCB耐高溫；元器件耐高溫； 增加中間支撐；工藝窗口小預(yù)熱 區(qū) 緩 慢升溫， 給導(dǎo)軌加熱 ， 減小 PCB及大小元器 △ t；提高浸 潤 區(qū)升溫斜率，避免助 焊劑 提前 結(jié) 束活化反 應(yīng) ；盡量降低峰 值 溫度，避免 損 害 PCB及元器件；加速冷卻，防止 焊 點(diǎn) 結(jié) 晶 顆 粒 長 大，避免枝狀 結(jié) 晶的形成；對 濕敏器件 進(jìn) 行去潮 處 理。5.（（ b）因?yàn)闊o鉛的低浸潤力問題。因此有時需要調(diào)整印刷工藝參數(shù)。裝密度來選擇加工方法。 () () () 通常采用通常采用 1:1開口，為防止元件底部錫絲、墓碑、回流時旋開口，為防止元件底部錫絲、墓碑、回流時旋轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，可轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，可 將焊盤開口內(nèi)側(cè)修改成弓形或圓弧形將焊盤開口內(nèi)側(cè)修改成弓形或圓弧形 ；；印焊膏模板開口特殊修改方案印焊膏模板開口特殊修改方案Chip元件開口修改方案元件開口修改方案 IC開口修改方案開口修改方案 舉例舉例 1：： 0402 CHIP C、 R、 L設(shè)計(jì)值X 1:1Y ≤20mil②② 對于對于 Pitch≤①① 對于對于 Pitch開口設(shè)計(jì)比有鉛大，焊膏盡可能完全覆蓋焊盤開口設(shè)計(jì)比有鉛大，焊膏盡可能完全覆蓋焊盤弧形的邊角更容易解決焊膏粘連的問題。以下厚度。確認(rèn)、模板清洗、和模板壽命等內(nèi)容。擇。+點(diǎn)剝離現(xiàn)象。）橢圓形焊盤可減少焊后焊盤露銅現(xiàn)象。盤設(shè)計(jì)可以比有鉛小一些。早期無鉛焊膏的做法是簡單地將 PbSn焊料免清洗焊劑和無鉛合金混合，結(jié)果很糟糕。提高助焊劑的活化溫度，要適應(yīng)無鉛高焊接溫度，適應(yīng)無 VOC，一般采用 “水基 ”溶劑助焊劑 。焊料。以上。二元共晶合金。焊料。焊料。不僅會降低液相線溫度，還會使合金變硬。斜率大斜率大(比 Sn/Pb大十幾倍 )，液相溫度對成分很敏感。的元素的元素SnCu系焊料合金系焊料合金? ? 是共晶合金，是共晶合金，但并不是一下子凝固的，而但并不是一下子凝固的，而是先形成樹枝狀是先形成樹枝狀 βSn初晶，然后在其間隙中發(fā)生共晶反應(yīng)最終凝固，形成纖維狀A(yù)g3Sn在 SnPb二元合金的情況下，二元合金的情況下， ? 成本合理、資源豐富、便于回收。? 凝固時間要短，有利于形成良好的焊點(diǎn)。例如：? 單面 SMT或單面波峰焊，可使用 OSP或浸錫；? 雙面貼裝和混裝（ SMD與通孔插裝）的印制電路板使用浸銀；如果使用的是 OSP，在再流焊和波峰焊時使用氮?dú)饣蛘吒g性很小的助焊劑，可以根據(jù)產(chǎn)品靈活掌握，如果使用 ENIG就不需要使用氮?dú)?。另外保存期短?3個月）。(e) Cu表面涂覆表面涂覆 OSP? OSP是有機(jī)防氧化保護(hù)劑。就是通過化學(xué)方法在裸銅表面沉積一層錫薄膜。m (ENIG ：： ～～ )；；? 如果鍍鎳工藝控制不穩(wěn)定，會造成如果鍍鎳工藝控制不穩(wěn)定，會造成 ““ 黑焊盤黑焊盤 ”” 現(xiàn)象。m；? HASL焊料的厚度和焊盤的 平整度（園頂形）很難控制平整度（園頂形）很難控制 ，很難貼裝窄間距元件 例如：例如：? 設(shè)計(jì)在明細(xì)表中應(yīng)注明元件潮濕敏感度；設(shè)計(jì)在明細(xì)表中應(yīng)注明元件潮濕敏感度；? 工藝要對濕敏元件做時間控制標(biāo)簽，做到工藝要對濕敏元件做時間控制標(biāo)簽，做到 受控管理受控管理 ；；? 對已受潮元件進(jìn)行去潮處理。適用于少量焊點(diǎn)及單排引腳焊點(diǎn)及單排引腳 。④ （（ 3）無鉛焊接對返修設(shè)備的要求）無鉛焊接對返修設(shè)備的要求① PCB變形。2℃ 。④ ℃ 以上高溫，抗腐蝕。Surface表面粗糙表面粗糙Leaded浸潤性差，要求助焊劑活性高。無鉛焊點(diǎn)外觀粗糙。⒀ ? 因此 少量成分變化，就少量成分變化，就會使熔點(diǎn)偏移會使熔點(diǎn)偏移 ，造成焊接溫度的變化。 過量 Cu會在焊料內(nèi)出現(xiàn)粗化結(jié)晶物，造成熔融焊料的黏度增加，影響潤濕性和焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度。⑥⑥ 增加冷卻裝置增加冷卻裝置 ，使焊點(diǎn)，使焊點(diǎn) 快速降溫。由于工藝窗口小， 要求要求 Sn鍋溫鍋溫度均勻，度均勻， 177。? 高高 可靠的產(chǎn)品可采用可靠的產(chǎn)品可采用 Sn/Ag/Cu焊料，但焊料，但 不推薦不推薦 ， ? 與再流焊相比，波峰焊從有鉛轉(zhuǎn)向無鉛焊接的工藝與再流焊相比，波峰焊從有鉛轉(zhuǎn)向無鉛焊接的工藝難度要大得多難度要大得多 。爐子的熱容量也是很重要的因素。＞ 5? csec， 110~150℃/ 40~70無鉛焊接的工藝窗口比鉛錫焊膏小，要求 PCB表面溫度更均勻。⑴⑴ 相同相同工藝流程工藝流程工藝方法工藝方法元器件元器件有鉛有鉛 無鉛無鉛PCB焊接材料焊接材料溫度曲線溫度曲線 工藝窗口大工藝窗口大 溫度高、工藝窗口小溫度高、工藝窗口小焊點(diǎn)焊點(diǎn) 潤濕性好潤濕性好 潤濕性差潤濕性差檢測標(biāo)準(zhǔn)檢測標(biāo)準(zhǔn) IPCA610C IPCA610D管理管理 要求更嚴(yán)格要求更嚴(yán)格通過無鉛通過無鉛 、有鉛比較，正確認(rèn)識無鉛技術(shù)、有鉛比較，正確認(rèn)識無鉛技術(shù)（（ a）無鉛工藝技術(shù)并不是高不可攀的技術(shù)）無鉛工藝技術(shù)并不是高不可攀的技術(shù) 因?yàn)榛驹?、工藝方法與有鉛技術(shù)是相同的因?yàn)榛驹怼⒐に嚪椒ㄅc有鉛技術(shù)是相同的 。[工藝工藝 ]主要變化是溫度高、工藝窗口小、潤濕性差、工藝難度大，藝窗口小、潤濕性差、工藝難度大， 容易產(chǎn)生可靠性問容易產(chǎn)生可靠性問題題 ，因此要求比有鉛時更加重視理論學(xué)習(xí)、工藝技術(shù)研，因此要求比有鉛時更加重視理論學(xué)習(xí)、工藝技術(shù)研究、工藝實(shí)踐，尤其要掌握關(guān)鍵技術(shù)：印、焊。從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點(diǎn)及對策從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點(diǎn)及對策? ① ）差（工藝窗口）僅為 5 ℃ 。? 對于簡單的產(chǎn)品，峰值溫度 235~240℃ 可以滿足要求；但是 對于復(fù)雜產(chǎn)品，可能需要 260℃ 才能焊好 。③③ ? 高溫氧化問題高溫氧化問題⑵⑵ ? 對對 不銹鋼腐蝕率：不銹鋼腐蝕率： 特別注意特別注意 ：（由于：（由于 浸析現(xiàn)象浸析現(xiàn)象 ））? 采用采用 PCB的的 Cu布線有布線有腐蝕作用，將腐蝕作用，將 Cu比例從比例從 % 提高到提高到 % ，使焊料中，使焊料中 Cu處于飽和狀態(tài)，可以減輕或避免對處于飽和狀態(tài)，可以減輕或避免對 Cu布線的腐蝕。④ 由于由于 助焊劑涂覆量多，同時由于助焊劑涂覆量多，同時由于 水基溶劑助焊劑需要充水基溶劑助焊劑需要充分地將水分揮發(fā)掉，另外分地將水分揮發(fā)掉，另外 由于由于 高熔點(diǎn)，為了使高熔點(diǎn)，為了使 PCB內(nèi)外內(nèi)外溫度均勻，促進(jìn)溫度均勻，促進(jìn) 潤濕和通孔內(nèi)的爬升高度，主要措施：潤濕和通孔內(nèi)的爬升高度，主要措施：? 預(yù)熱區(qū)要加長預(yù)熱區(qū)要加長 ， 提高提高 PCB預(yù)熱溫度到預(yù)熱溫度到 100~130℃ 。⑦⑦ 在預(yù)熱區(qū)末端、兩個波之間插入加熱元件在預(yù)熱區(qū)末端、兩個波之間插入加熱元件? 在預(yù)熱區(qū)末端與波峰之間插入加熱元件在預(yù)熱區(qū)末端與波峰之間插入加熱元件 ，防止 PCB降溫。焊料時添加純錫，但很難控制合金的比例。液態(tài)固態(tài)最佳焊接溫度線SnPb系焊料金相圖SnCu系焊料合金系焊料合金⑨ 無鉛波峰焊中的無鉛波峰焊中的 Pb是有害的是有害的 雜質(zhì)雜質(zhì) ， 經(jīng)經(jīng) 常常 監(jiān)測焊監(jiān)測焊 料中料中Pb的比例，要的比例，要 控制控制 焊焊 點(diǎn)中點(diǎn)中 Pb含量＜含量＜ % 。⑶⑶ 無鉛焊點(diǎn)中氣孔較多，尤其有鉛焊端與無鉛焊料混用時，焊端（球）上的有鉛焊料先熔，覆蓋焊盤，助焊劑排不出去，造成氣孔。設(shè)備橫向溫度均勻，橫向溫差＜ 177。⑥ 對于大尺寸的 PCB需要增加中間支撐。能夠快速升到回流溫度。預(yù)熱區(qū)長度要加長，滿足緩慢升溫的要求。增加冷卻裝置，使焊點(diǎn) 快速降溫。 變形。浸入選擇焊系統(tǒng)有多個焊錫嘴，與，與 PCB待焊點(diǎn)是一對一設(shè)計(jì)的待焊點(diǎn)是一對一設(shè)計(jì)的 。導(dǎo)致，在焊區(qū)底部形成低溶點(diǎn)相。無鉛對無鉛對 PCB材料的要求材料的要求? 無鉛工藝要求高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Ｔ無鉛工藝要求高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Ｔ g（（ 150～～ 170℃ ）） ? 要求低熱膨脹系數(shù)要求低熱膨脹系數(shù) CTE(徑向、緯向尺寸變化）穩(wěn)定性好徑向、緯向尺寸變化）穩(wěn)定性好? 要求高的要求高的 PCB分解溫度Ｔ分解溫度Ｔ d（（ 340℃ ））? 高耐熱性：高耐熱性： T288（耐（耐 288℃ 的高溫剝離強(qiáng)度，不分層）的高溫剝離強(qiáng)度，不分層）? PCB吸水率?。ㄎ市。?PCB吸潮也會造成焊接缺陷）吸潮也會造成焊接缺陷）? 低成本低成本②② 化學(xué)鍍化學(xué)鍍 Ni和浸鍍金（和浸鍍金（ ENIG）? 化學(xué)鍍化學(xué)鍍 Ni和浸鍍金（和浸鍍金（ ENIG）具有良好的可焊性，用于印制）具有良好的可焊性，用于印制插頭（金手指）、觸摸屏開關(guān)處。Pads““ 黑焊盤黑焊盤 ”” 現(xiàn)象的產(chǎn)生原因現(xiàn)象的產(chǎn)生原因（ 1） PCB焊盤金鍍層和鎳鍍層結(jié)構(gòu)不夠致密，表面存在裂縫，空氣中的水份容易進(jìn)入，以及浸金工藝中的酸液容易殘留在鎳鍍層中。? 對于 I－ Ag精確的化學(xué)配方、厚度、表面平整度、以及銀層內(nèi)有機(jī)元素的分布，都必須仔細(xì)選擇和規(guī)定，所有的替代工藝都必須適用于有鉛和無鉛兩種工藝。比較便宜。m。材料。? 總之，選擇無鉛 PCB焊盤涂鍍層必須考慮焊料、工藝與 PCB焊盤涂