【正文】 0 2 2 0oC R e f l o w Z o n e = A b o v e 2 2 0oCR a m p R a t e 0 . 5 100~200 sec 有鉛、無鉛再流焊溫度曲線比較 焊膏類型 鉛錫焊膏（ 63Sn37Pb） 無鉛焊膏 （ Sn Ag Cu） 升溫區(qū) 溫度 25~100 0C 25~110 0C 時(shí)間 60~90 sec 100~200 sec 工藝窗口 要求緩慢升溫 預(yù)熱區(qū) 溫度 100~150 0C 110~150 0C 時(shí)間 60~90 sec 40~70 sec 快速 升溫區(qū) 溫度 150~183 0C 150~217 0C 時(shí)間 30~60 sec 50~70 sec 工藝窗口 30 sec 20 sec 升溫斜率 ~1℃ /sec ~℃ /sec 回流 （焊接區(qū)） 峰值溫度 210~230 0C 235~245 0C PCB極限溫度（ FR4） 240 0C 240 0C 工藝窗口 240210= 300C 240235= 5 0C 回流時(shí)間 60~90 sec 50~60 sec 工藝窗口 30 sec 10 sec 從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點(diǎn)及對(duì)策 ? ① 熔點(diǎn)高，要求無鉛焊接設(shè)備耐高溫，抗腐蝕。 ? c 回流區(qū)峰值溫度 235℃ 與 FR4基材 PCB的極限溫度（ 240 0C ）差（工藝窗口）僅為 5 ℃ 。爐子的熱容量也是很重要的因素。 ? 對(duì) 不銹鋼腐蝕率： ? 對(duì) Cu 腐蝕率： Sn37Pb 特別注意 ：（由于 浸析現(xiàn)象 ） ? 采用 PCB的 Cu布線有腐蝕作用，將 Cu比例從 %提高到 %，使 焊料中 Cu處于飽和狀態(tài)，可以減輕或避免對(duì) Cu布線的腐蝕。但對(duì) Sn鍋 吹風(fēng)會(huì)影響焊接溫度 ，另外 降溫速度過快 容易造成元件開裂 （尤其陶瓷電容） 。 SnCu焊料中 Cu比例 %為共晶點(diǎn)，此時(shí)的Liftoff（ 焊點(diǎn)剝離）的幾率最小， 離開 %越遠(yuǎn)越容易發(fā)生。 ? ② 無鉛焊點(diǎn)外觀粗糙。 Shiny Surface 表面光滑、光亮 Wetting is Reduced with Lead Free Standard Eutectic Solder Joint Lead Free Solder Joint Typical Good Wetting Visible Fillet 潤濕好 Reduced Wetting No Visible Fillet 潤濕減少 三．無鉛焊接對(duì)焊接設(shè)備的要求 （ 1）無鉛焊接對(duì)再流焊設(shè)備的要求 （ 2）無鉛焊接對(duì)波峰焊設(shè)備的要求 （ 3）無鉛焊接對(duì)返修設(shè)備的要求 （ 1）無鉛焊接對(duì)再流焊設(shè)備的要求 ① 耐 350 ℃ 以上高溫，抗腐蝕。 無鉛再流焊設(shè)備是否一定要求 8溫區(qū)、 10溫區(qū)？ ? 要對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行分析， ? 做工藝試驗(yàn)、可靠性分析或 認(rèn)證 ， ? 只要溫度曲線和可靠性滿足無鉛要求、就可以使用。 ⑤ 增加冷卻裝置，使焊點(diǎn) 快速降溫。 ? 有一種說法 值得討論 ：由于浸潤性（鋪展性）差，無鉛焊盤設(shè)計(jì)可以比有鉛小一些。 （ 2）印刷工藝 ? 無鉛焊膏的選擇、評(píng)估、與管理 ? 模板設(shè)計(jì) ? 印刷工藝參數(shù) 無鉛焊膏的選擇、評(píng)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。 無鉛模板開口設(shè)計(jì) 開口設(shè)計(jì)比有鉛大，焊膏盡可能完全覆蓋焊盤 ①對(duì)于 Pitch 一般采取 1: ~ 1:，并且適當(dāng)增大模板厚度。 （ d）由于粘性和流變性變化，每次印刷后會(huì)有些無鉛焊膏粘附在刮刀上，因此印刷周期可能需要放慢。 潤 濕 性 差 提高助焊劑活性；增加焊膏中助焊劑含量； 增大模板開口尺寸，焊膏盡可能完全覆蓋焊盤； 提高印刷與貼裝精度； 充 N2可以減少高溫氧化，提高潤濕性。 在同一塊 PCB上由于器件的顏色和大小不同 、 其溫度就不同 。 三角形回流溫度曲線 對(duì)于 PCB相對(duì)容易加熱、元件與板材料有彼此接近溫度、 PCB表面溫差 Δ t較小的 產(chǎn)品可以使用 三角形溫度曲線 。例如，陶瓷片狀電容的最大冷卻速度為 2~40C/秒。因此FR4基材 PCB就不能滿足要求了。 ? 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 。 （ d） 必須正確測(cè)試再流焊實(shí)時(shí)溫度曲線 確保測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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 。 線性圖顯示與 Pareto條形圖有聯(lián)系的缺陷的累積百分率。 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。 充 N2可以減少焊渣的形成。 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。 ? 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。 美國 IPC沒有標(biāo)準(zhǔn)（ 04年 11月推出 IPC –A610D草案）。這種狀態(tài)對(duì) 無鉛焊接產(chǎn)品的 可靠性 非常不利。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。 QFP 焊盤處 Liftoff 防止 Liftoff（焊點(diǎn)剝離）的方法 （ a） 采用單面板。 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(duì)長期可靠性的影響是一個(gè)課題，需要更進(jìn)一步研究。 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。 FR4的極限溫度為 240℃ 左右。 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。 （ 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(píng)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(píng)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(cè)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。 ? 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。 ? 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。 在元件一側(cè)的界面失效 ⑥ 高溫對(duì)元件的不利影響 ? 陶瓷電阻和特殊的電容對(duì)溫度曲線的斜率（溫度的變化速率）非常敏感，但對(duì)實(shí)際的溫度并不敏感。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。 （ c） 無鉛工藝不使用 SnPb鍍層元件。因此 有鉛焊接時(shí)也存在 Liftoff，尤其在 PCB受潮時(shí)。 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。 ③對(duì)無鉛焊接的焊點(diǎn)可靠性還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí) 對(duì)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。但由于高熔點(diǎn)，增加了清洗難度。 如果采用普通烙鐵，烙鐵的瓦數(shù)比有鉛提高一倍左右。 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(duì)熱傳導(dǎo)未有任何幫助（氧化的烙鐵），凹痕、焊盤翹起。 ? 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) ： IPCA610D（下面專門介紹） ? AOI的檢測(cè)軟件需要升級(jí)。 ? 焊膏量過多。 如果這些缺陷被消除，那么可得到重大的過程改進(jìn)。 ?