3-2-有铅、无铅混装工艺的质量控制 顾霭云.pptVIP

3-2 有铅、无铅混装工艺的质量控制  （参考： [工艺] 第20章） 顾霭云 内容 1.有铅/无铅混合制程分析 ⑴ 再流焊工艺中无铅焊料与有铅元件混用 ⑵ 再流焊工艺中有铅焊料与无铅元件混用 2.有铅、无铅混装工艺的质量控制 ⑴ 有铅/无铅混用必须考虑相容性 ⑵ 严格物料管理 ⑶ 采用有铅工艺（用有铅焊料焊接有铅和无铅元器件）的质量控制原则 一．有铅/无铅混合制程分析 由于再流焊与波峰焊工艺不同； 无引线或有引脚元件的焊端镀层和引脚表面镀层中的Pb含量（或无铅材料的含量）与BGA焊球中Pb含量（或无铅材料的含量）的不同； 对焊点可靠性的影响也是不一样的。 因此需要对各种具体情况分别讨论。 (一） 无铅焊料与有铅元件混用 1. 无铅焊料与有铅镀层元件（无引线或有引脚元件）混用 2. 无铅焊料与有铅PBGA、CSP混用 无铅焊料与有铅元件混用（无引线或有引脚元件） 有铅元件引脚和焊端镀层只有几微米厚，焊端或引脚镀层中微量Pb在无铅焊料与焊端界面容易发生Pb偏析现象，形成Sn-Ag-Pb的174℃的低熔点层，可能发生焊缝起翘（ Lift-off ）现象，影响焊点长期可靠性。 Lift-off（焊点剥离）现象的机理——锡釺焊时的凝固收缩现象 63Sn37Pb合金的CTE是24.5×10-6，从室温升到183℃，体积会增大1.2%，而从183℃降到室温，体积的收缩却为4%，故锡铅焊料焊点冷却后有时有缩小现象。因此有铅焊接时也存在Lift-off，尤其在PCB受潮时。 A面回流焊＋B面波峰焊复合工艺中的问题 完成了A面回流焊，进行B面波峰焊时，在A面大的QFP和PLCC等元件的引脚镀层为Sn-Pb合金时，虽然焊点本身熔点在217 ℃，不会熔化，但在焊锡与焊盘界面容易形成Pb偏析——形成Sn-Ag-Pb的174℃的低熔点层，使界面发生熔化，在热应力的作用下造成焊点从焊盘上剥离。类似Lift-off（焊点剥离）。 2. 无铅焊料与有铅PBGA、CSP混用 “气孔多” 再流焊时，焊球上的有铅焊料先熔，覆盖焊盘与元件焊端，助焊剂排不出去，造成气孔。 (二) 有铅焊料与无铅元件混用 1. 有铅焊料与无铅镀层元件（无引线或有引脚元件）混用 2. 有铅焊料与无铅PBGA、CSP混用 有铅焊料与无铅元件混用（无引线或有引脚元件） 一般情况没有问题。因为焊端镀层非常薄， 例如应用最多的镀Sn层厚度在 3～7μm，Sn熔点为232℃，与Sn-37Pb合金焊接时，一般情况下峰值温度比焊接有铅元件略微高5℃左右即可以。 但是有一点要特别警惕！镀Sn-Bi元件只能应用在无铅工艺中，不能用到有铅工艺中。这是由于有铅焊料中的Pb与Sn-Bi镀层的在引脚或焊端界面形成Sn-Pb-Bi（熔点93℃）的三元共晶低熔点层、容易引起焊接界面剥离、空洞等问题，导致焊接强度劣化。 2. 有铅焊料与无铅PBGA、CSP混用 如果采用有铅焊料的温度曲线，焊点连接 可靠性是最差的。这是由于有铅焊料与无铅焊球的熔点不相同，有铅焊料熔点低先熔，而无铅焊球不能完全熔化，容易造成PBGA、CSP一侧焊点失效的缘故。 在元件一侧的界面失效 二. 有铅、无铅混装工艺的质量控制 1. 有铅/无铅混用必须考虑相容性 2. 严格物料管理 3. 采用有铅工艺（用有铅焊料焊接有铅和无铅元器件）的质量控制原则 1. 有铅/无铅混用必须考虑相容性 （1）材料相容性 焊料合金和助焊剂 焊料和元器件 焊料和PCB焊盘涂镀层 （2）工艺相容性（再流焊、波峰焊和返修工艺） （3）设计相容性 高可靠领域暂时不建议采用无铅工艺建议采用有铅焊料焊接有铅和无铅元器件工艺 无铅焊料是“高锡”焊料。高锡带来的是高温、表面张力大、黏度大、浸润性差、工艺窗口小等问题，高温又会带来工艺上的难度，可能会导致的元件和电路板降级甚至损坏。另外，焊接温度越高金属间化合物生长速度越快，界面微孔、空洞多，金属间化合物是脆性的，无铅焊点比Sn-Pb焊点更硬也传递了更大的应力，这些问题都会影响无铅产品的长期可靠性。 目前，如果采用无铅焊接，可以买到所有的无铅元件。对于大多数民用、通信等领域，由于使用环境应力小、不恶劣，应用无铅焊接是没有问题的。 对于军工等高可靠领域，无铅产品的长期可靠性是有风险的。 混装焊接机理（用有铅焊料焊接有铅和无铅元器件） 混装焊接过程、原理与63Sn-37Pb是相同的 金属间结合层（IMC）的主要成分是Cu6Sn5和Cu3Sn 由于混装工艺中无铅元件的焊端镀层和焊球的熔点高于锡铅焊料的熔点，因此，焊接温度略高于有铅焊接，有无铅PBGA时焊接温度接近无铅焊接。 有铅/无铅混装焊接，尽量