【正文】 焊接工藝要求選擇設(shè)備及相關(guān)的工藝控制和工藝檢查儀器，或進(jìn)行升級(jí)。另外，還要注意的是，無鉛焊接的整個(gè)過程比含鉛焊料的要長(zhǎng)，而且所需的焊接溫度要高，這是由于無鉛焊料的熔點(diǎn)比含鉛焊料的高，而它的浸潤(rùn)性又要差一些的緣故。浸焊更適合于整塊板 (小型 )上或板上局部區(qū)域通孔插裝元件的焊接 。對(duì)于通孔插裝元件，可根據(jù)情況選擇波峰焊、浸焊或噴焊法來進(jìn)行焊接。板上元件的多少及分布情況等。 對(duì)于焊接方法，要根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，如元件類型：表面安裝元件、通孔插裝元件 。選擇的這些材料應(yīng)北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15 該是在自己的研究中證明了的，或是權(quán)威機(jī)構(gòu) 或文獻(xiàn)推薦的，或是已有使用的經(jīng)驗(yàn)。因?yàn)閷?duì)于無鉛焊接工藝來說，無鉛焊料、焊膏、助焊劑等材料的選擇是最關(guān)鍵的，也是最困難的。另外，助焊劑的殘留量可以減少 5%。 無鉛焊接的工藝過程，實(shí)際上是液態(tài)錫合金對(duì)被焊金屬表面的潤(rùn)濕過程，其潤(rùn)濕力的提高、潤(rùn)濕 時(shí)間變短、潤(rùn)濕角的提高，均說明可焊性的提高。 氮?dú)庠诤附又械墓に噾?yīng)用 (1)氮?dú)饩哂腥缦碌钠叽髢?yōu)點(diǎn) 氮?dú)獾奈锢硇阅芗?； 在大多數(shù)液體中的等低溶性 ； 高順時(shí)流量 ； 正常條件下的化學(xué)惰性 ； 膨脹性能好，安全，適用于高壓工藝 ； 儲(chǔ)存及使用方便 。 錫渣主要是錫在高溫環(huán)境下和氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的氧化物，通過物理高溫?cái)嚢杩梢詫⒋蟛糠值腻a氧分離 (即錫渣還原 )，將分離的錫重新使用，也可利用化學(xué)置換還原反應(yīng)將錫渣中的氧分子置換后還原成純錫而重復(fù)使用。在生產(chǎn)加工過程中，其錫渣的產(chǎn)生量比原來普通焊料的產(chǎn)生量也有很大幅度的提高。 (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。 (A)無鉛焊料和無鉛焊端 ―― 效果最好。同時(shí)返修過程中一定要小心，將任何潛在的對(duì)元件和 PCB 的可靠性產(chǎn)生不利影響的因素降至最低。 (D)正確設(shè)置焊接參數(shù)。 (B)正確作用返修設(shè)備和工具。 (C)工藝窗口小。 (8) 關(guān)于無鉛返修 ① 無鉛焊料的返修相當(dāng)困難，主要原因： (A)無鉛焊料合金潤(rùn)濕性差。如果有電遷移和枝狀結(jié)晶 (錫須 )生長(zhǎng)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)。 解決措施是盡量降低峰值溫度，一般簡(jiǎn)單的消費(fèi)類產(chǎn)品可以采用 FR4 基材，厚板和復(fù)雜產(chǎn)品需要采用耐高溫的 FR5 或 CEMn 來替代 FR4 基材。對(duì)潮濕敏感元件進(jìn)行去潮烘烤處理。主要是分層、爆米花、變形等、粗略統(tǒng)計(jì)，溫度每提高 10℃，潮濕敏感元件 (MSL)的可靠性降 1 級(jí)。 鋁電解電容對(duì)清晰度極其敏感。無鉛焊膏和波峰焊的水溶性焊劑對(duì)某些產(chǎn)品也是需要的。高溫下助焊劑對(duì) PCB 的焊盤，元器件端頭和引腳表面的氧化層起到清洗作用，同時(shí) 對(duì)金屬表面產(chǎn)生活化作用?？傊x擇適合自己產(chǎn)品和工藝的焊膏。 確定了無鉛合金后，關(guān)鍵在于助焊劑。 (D)焊后殘留物少，并且無腐蝕性，滿足 ICT 探針能力和電遷移。 (B)由于無鉛合金的浸潤(rùn)性差，要 求助焊劑活性高。 無鉛焊點(diǎn)外觀粗糙、氣孔多、潤(rùn)濕角大、沒有半月形，由于無鉛焊點(diǎn)外觀與有鉛焊點(diǎn)有較明顯的不同，如果有原來有鉛的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)衡量，甚至可以認(rèn)為是不合格的，隨著無鉛技術(shù)的深入和發(fā)展，由于助焊劑的改進(jìn)以及工藝的進(jìn)步，無鉛焊點(diǎn)的粗糙外觀已經(jīng)有了一些改觀。但氣孔不影響機(jī)械強(qiáng)度。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與 AOI 需要升級(jí)。 (2) 無鉛焊點(diǎn)的特點(diǎn) (A)浸潤(rùn)性差，擴(kuò)展性差。 (B)表面張力大、潤(rùn)濕性差。沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)無鉛焊接的焊點(diǎn)可靠性還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，因此無論國(guó)際國(guó)內(nèi)無鉛應(yīng)用技術(shù)非?；靵y，因此目前迫切需要加快對(duì)無鉛焊接技術(shù)從理論到應(yīng)用的研究。目前無鉛標(biāo)準(zhǔn)還沒有完善，因此無鉛元器件焊端表面鍍層的種類很多。 (B)表面張力大、潤(rùn)濕性差。其熔點(diǎn)為 216220℃左右。 無鉛焊料合金 無鉛化的核心和首要任務(wù)是無鉛焊料。 無鉛焊接的現(xiàn)狀 無鉛焊料合金成分的標(biāo)準(zhǔn)化目前還沒有明確的規(guī)定。但由于鉛污染人類的生活環(huán)境，危害人類的健康。共晶焊料的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、抗蝕性、抗拉和抗疲勞、機(jī)械強(qiáng)度、工藝性都是非常優(yōu)秀的，而且資源豐富，價(jià)格便宜。 ， 導(dǎo)熱性好。能確保有良好的潤(rùn)濕性和安裝后的機(jī)械可靠性。不是所有建議的合金都可制成所有的形式 ， 例如鉍含量高將使合金太脆而不能拉成錫線。 。 環(huán)再生的 ， 如將三四種金屬加入到無鉛替代焊錫配方中可能使循環(huán)再生過程復(fù)雜化 ， 并且增加其成本。 ， 數(shù)量上滿足全球的需求。一些考慮中的替代金屬 ， 如鎘和銻 ， 是毒性的 ； 其它金屬 ，如銻、銦 ， 由于改變法規(guī)的結(jié)果可能落入毒性種類。因此 ， 大力發(fā)展無鉛環(huán)保焊料是當(dāng)前一項(xiàng)迫切和亟待解決的問題。受世界大環(huán)境的影響 ， 隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境和生態(tài)的高度重視 ， 使用無鉛焊料替代鉛錫焊料已提到議事日程。但國(guó)內(nèi)還未形成無鉛焊料的批量生產(chǎn) ， 這是由于我國(guó)沒有立法限制鉛的使用 ， 國(guó)內(nèi)一些大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè) ， 其產(chǎn)品主要是針對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng) ， 使用無鉛焊料的要求還遠(yuǎn)不是那么強(qiáng)烈。我國(guó)無鉛焊料發(fā)展的歷史不長(zhǎng) ， 起步較晚 ， 但發(fā)展速度很快。在有限度的改變焊接工藝的前提下 ， 無鉛焊料可以部分取代鉛錫焊料。對(duì)無鉛焊料的研究 ， 基本上是從以下三個(gè)方面進(jìn)行的 : (1)新型無鉛焊料合金的研制與設(shè)計(jì) ； (2)焊接頭疲勞研究及可靠性 設(shè)計(jì) ； (3)無鉛焊料工藝性能研究。Materials Society) 春、秋季年會(huì)均有論文報(bào)告無鉛焊料的研究成果。在這種情況下 ， 世界上用量最大的鉛錫焊料 ， 從生產(chǎn)到使用都受到了強(qiáng)烈的沖擊 ， ?無鉛錫基環(huán)保焊料?成為最熱門的研究課題。 無鉛焊料的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 在 20世紀(jì) 80年代后期 ， 美國(guó)首次頒布了限制鉛使用的法律 —— 減少鉛暴露條律(S1729)、鉛稅法 (H1R12479， S11347)。僅僅添加 ﹪ 的 Ag，即可使塑性提高 50﹪ 。因此 SnCu 系焊錫的高溫保持性能和熱疲勞等可靠性比 SnAg 系合金差。 該合金不含 Ag、價(jià)格低，現(xiàn)在主要在重視經(jīng)濟(jì)的單面基板波峰焊方面廣泛使用。因此含 Bi 的焊料一定要杜絕Pb 的存在。隨 Ag 量的增加，在 ﹪ Ag 出現(xiàn)延伸率的峰值。 SnBi 合金的導(dǎo)電 /導(dǎo)熱性能不及 SnPb合金， Bi 與 Sn 有較好的互熔性，但 SnBi 合金硬度高，延伸性低，不能拉成絲，一句話SnBi 合金焊料不及 SnPb 合金焊料那樣好 。然而基體中固溶大量的 Bi 是別的合金所沒有得特色。 Bi 是除 Pb 以外離Sn 較近元素， Bi 是元素周期中排在第Ⅴ主族（氮族）元素的末位， Bi 的非金屬性明顯比Pb 強(qiáng)， Bi 是菱狀晶體（類似金屬晶體），具有脆性，在 Sn 合金里添加 Bi 的焊錫，可以形成從共晶點(diǎn)的 139℃到 232℃的熔化溫度范圍非常寬的 合金。但是還在進(jìn)一步的研究中。 Sn8Zn3Bi 合金是一 種典型的 Sn－ Zn 系無鉛焊料，其潤(rùn)濕性、熱學(xué)特性、力學(xué)性能等性能匹配良好。 Bi 是一種表面活性元素，在熔融狀態(tài)下，Bi 元素能夠向溶體表面富集，導(dǎo)致合金的表面張力減小。 但 由于存在潤(rùn)濕性和抗氧化性差等問題曾被認(rèn)為是一種并不理想的無鉛焊料。 Sn、 Zn 元素以固溶體的形式構(gòu)成合金，說明了 Sn－ Zn 有較好的互熔性。當(dāng) Cu 含量在 ~﹪ ， Ag 含量在 ~﹪ 時(shí)可以得到比較好的合金性能。這有助 于顆粒邊界的滑動(dòng)機(jī)制，因此延長(zhǎng)了提升溫度下的疲勞壽命。 Ag3Sn 和 Cu6Sn5 粒子的形成可分隔較細(xì)小的錫基質(zhì)顆粒。較硬的 Ag3Sn 和 Cu6Sn5 粒子在錫基質(zhì)的錫銀銅三重合金中，可通過建立一個(gè)長(zhǎng)期的內(nèi)部應(yīng)力，有效地強(qiáng)化合金。 Ag3Sn 細(xì)微結(jié)晶具有相當(dāng)長(zhǎng)的纖維狀組織。在這三元素之 間有三種可能的二元共晶反應(yīng)。典型的組成比例是，熔點(diǎn)為 216~217℃。 在 SnAg 合金里添加 Cu，能夠在維持 SnAg 合金良好性能的同時(shí)稍微降低熔點(diǎn)，而且添加 Cu 以后，能夠減少所焊材料中銅的浸析。這是因?yàn)槌宋⒓?xì)的 Ag3Sn 結(jié)晶以外，還形成了最大可達(dá)數(shù)十微米的板狀 Ag3Sn 初晶。從強(qiáng)度方面來說，添加 12％以上的 Ag 就能與 SnPb 共晶焊錫相同或者超過它。添加 Ag 所形成的 Ag3Sn 因?yàn)榫Я＜?xì)小，對(duì)改善機(jī)械性能有很大的貢獻(xiàn)。典型的組成比例是，其熔點(diǎn)為 221℃。下面就對(duì)現(xiàn)今主要的無鉛焊料合金組織結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行介紹。選擇這些金屬材料可在和錫組成合金時(shí)降低焊料的熔點(diǎn) ， 使其得到理想的物理特性。 （ 4）材料從制造到再生利用這期間的輻射情況。 （ 2）產(chǎn)品制造過程中使用的能量情況。 20 世紀(jì) 90 年代中期，日本和歐盟作出了相應(yīng)的立法 :日本規(guī)定 2020 年在電子工業(yè)中淘汰鉛焊料，在 2020 年禁止生產(chǎn)或銷售使用有鉛焊料焊接的電子生產(chǎn)設(shè)備；而歐美在 2020 年禁止生產(chǎn)或銷售使用有鉛材料 焊接的電子生產(chǎn)設(shè)備，但是由于無鉛焊料還存在技術(shù)上的原因，在 2020 年才能實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品無鉛化。 (2)無鉛焊料的發(fā)起階段從 1991 年起 NEMI、 NCMS、 NIST、 NPL、 PCIF、 ITRI、 JIEP等組織相繼開展無鉛焊料的專題研究，耗資超過 2020 萬美元，目前仍在繼續(xù)。 無鉛焊料的發(fā)展是由于人們認(rèn)識(shí)到生態(tài)環(huán)境的重要性以及人的身體健康而發(fā)展起來的，其大致可以分為以下幾個(gè)階段 : (1)無鉛焊料的提出階段 1991 年和 1993 年， 美國(guó)參議院提出? Reid Bill?，要求將電子焊料中鉛含量控制在 %以下。在世界范圍內(nèi)保護(hù)環(huán)境的大趨勢(shì)下，對(duì)含鉛產(chǎn)品的限制或禁止使用，終將以法律形式加以確定。日本貿(mào)易部也作出類似的法律規(guī)定。歐洲國(guó)家相繼提出有關(guān)法律草案，規(guī)定從 2020 年 1 月 1 日起在汽車上取消鉛、汞、鎘等有毒金屬 (鉛蓄電池除外 )的使用。歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家均以立法的形式禁止和限制使用含鉛制品，美國(guó)環(huán)保局將鉛列入對(duì)人類自身最有危害的17 種化學(xué)物質(zhì)之一。電子技術(shù)的發(fā)展，鉛錫焊料扮演了重要的角色，使其應(yīng)用領(lǐng)域和需求量得到大幅度增加。其中講到了焊接 ，母材，焊絲， SMT 等 . 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 第 2 章 無鉛焊料 無鉛焊料的提出與發(fā)展階段 鉛錫焊料的應(yīng)用已有悠久的歷史。但無鉛焊接工藝技術(shù)的到來，和以前的幾個(gè)技術(shù)相比之下，其難度和挑戰(zhàn)絕對(duì)是有過之而無不及。在 SMT 的發(fā)展過程中，我們已經(jīng)有經(jīng)歷過幾次影響較大的?發(fā)展?經(jīng)驗(yàn)，例如柵陣排列焊端技術(shù) (BGA)、 FlipChip 等等。 無鉛焊接工藝技術(shù)的定義 無鉛焊接工藝技術(shù)是從現(xiàn)有的含鉛 SMT 技術(shù)上發(fā)展而來的。不過，從有鉛產(chǎn)品轉(zhuǎn)到無鉛產(chǎn)品是個(gè)復(fù)雜的過程，影響到所有的電子器件供應(yīng)商，并帶來許多供應(yīng)鏈、無 鉛制程和可靠性方面的挑戰(zhàn)，它要求用基于無鉛的材料替代過去使用的富含鉛的焊料和裝配過程中用到的有鉛材料。同時(shí)，一個(gè)名為?電子信息產(chǎn)品污染防治標(biāo)準(zhǔn)工作組?的機(jī)構(gòu)也已經(jīng)開始籌備成立，該機(jī)構(gòu)的主要任務(wù)是研究和建立符合中國(guó)國(guó)情的電子信息產(chǎn)品污染防治標(biāo)準(zhǔn)，開北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 展與電子信息產(chǎn)品污染防治有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)研究和制定工作，特別是加快制定急需的材料、工藝、測(cè)試方法和實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。《電子信息產(chǎn)品污染防治管理辦法》規(guī)定，自 2020 年 7 月 1 日起，列入電子信息產(chǎn)品污染重點(diǎn)防治目錄中的電子信息產(chǎn)品中不得含有鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、聚合溴化聯(lián)苯乙醚和聚合溴化聯(lián)苯及其他有毒有害物質(zhì)。 中國(guó)政府一直在給以密切關(guān)注和研究對(duì)策，國(guó)務(wù)院專門責(zé)成信息產(chǎn)業(yè)部負(fù)責(zé)針對(duì)歐盟環(huán)保指令的研究和應(yīng)對(duì)工作。因此，在這種情況下，電子材料開始生產(chǎn)無鉛焊料。 綜上所述 ，世界大多數(shù)國(guó)家開始禁止在焊接材料中使用含鉛的成分。美國(guó)環(huán)保署研究發(fā)現(xiàn)，鉛及其化合物是 17 種嚴(yán)重危害人類壽命和自然環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)之一。在工業(yè)中與鉛接觸的行業(yè)主要有鉛礦開采，鉛燒繩索和精 練、蓄電池制造、電子產(chǎn)品的焊接 和電子元件的噴鉛作業(yè)等等。這些小焊點(diǎn)傳統(tǒng)上是用鉛的，然而 Pb 是一種有毒的金屬，對(duì)人體有害，并且對(duì)自然環(huán)境有很大的破壞性。 時(shí)間 安排 1 5 周 6 周 資料查閱 3 9 周 13 周 撰寫論文 2 7 周 8 周 方案設(shè)計(jì) 4 14 周 16 周 成果驗(yàn)收 指導(dǎo)教師 ： 教研室主任 ： 系主任 ： 指 導(dǎo) 教 師 情 況 姓 名 梁萬雷 技術(shù)職稱 實(shí)驗(yàn)師 工作單位 北華航天工業(yè)學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 語(yǔ) 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字 ： 年 月 日 答 辯 委 員 會(huì) 評(píng) 語(yǔ) 最終評(píng)定成績(jī)：