无铅产品工艺控制及PCB设计.ppt

4- 无铅产品工艺控制及PCB设计 顾霭云 1. 无铅产品组装方式与工艺设计 首先要确定组装方式及工艺流程 组装方式与工艺流程设计原则： 选择最简单、质量最优秀的工艺 选择自动化程度最高、劳动强度最小的工艺 工艺流程路线最短 工艺材料的种类最少 选择加工成本最低的工艺 无铅工艺流程设计 尽量采用再流焊方式 （不采用或少采用波峰焊、手工焊工艺） 通孔元件再流焊工艺 （适用于少量通孔插装元件（THC）时） 选择性波峰焊机是无铅波峰焊的良好选择 （适用于高可靠、及无铅） 一些单面板以及通孔元件非常多的情况，还是需要采用传统波峰焊工艺。（适用于消费类产品） 通孔元件再流焊工艺 选择性波峰焊机是无铅波峰焊的良好选择 三种选择性波峰焊工艺 1、掩膜板波峰焊，为每种PCB设计专用掩膜板，保护已焊好的表面贴装器件（此方式不需要买专用设备） 2、拖焊工艺：在单个小焊嘴焊锡波上拖焊。适用于少量焊点及单排引脚 。 3、浸焊工艺：机械臂携带待焊PCB浸入固定位置焊嘴组的焊锡波上（多焊锡波）。浸入选择焊系统有多个焊锡嘴，与PCB待焊点是一对一设计的 。因而对不同的PCB需制作专用的焊锡嘴 。 掩膜板选择性波峰焊工艺 掩膜板波峰焊，为每种SMA设计专用掩膜板，保护已焊好的表面贴装元器件。 （此方式避免了对SMC/SMD的波峰焊） 选择性波峰焊机 2. 无铅产品PCB设计 ⑴ 选择无铅元器件 ⑵ 选择无铅PCB材料及焊盘涂镀层 ⑶ 无铅焊接材料的选择 ⑷ 无铅产品PCB设计 ⑴ 选择无铅元器件 ① 必须考虑元件的耐热性问题 （避免高温－损伤元器件的封装与内部连接） ② 必须考虑焊料和元器件表面镀层材料的相容性 （材料不相容会影响焊点连接强度） ③ 对湿度敏感器件(MSD)的管理和控制措施 （高温损伤湿敏器件） ① 无铅元件耐热性要求 IPC/JEDEC J-STD-020C对于薄型小体积元器件而言，新标准要求其耐热温度要高达260℃ ② 焊料和元器件表面镀层材料的相容性 无铅元器件焊端镀层材料的种类最多最复杂 可能会存在某些失配现象，造成可靠性问题 ③ 对湿度敏感器件(MSD)的管理和控制措施 无铅焊接温度高，潮湿敏感元器件由于高温而失效的几率非常高，因此在无铅工艺中要特别注意对湿度敏感器件(MSD)的管理并采取有效措施。 ⑵ 选择无铅PCB材料及焊盘涂镀层 无铅对PCB材料的要求 如何选择无铅PCB材料 如何选择无铅PCB焊盘涂镀层 ① 无铅对PCB材料的要求 ② 如何选择无铅PCB材料 根据产品的功能、性能指标以及产品的档次选择PCB； 对于一般的无铅电子产品采用FR4环氧玻璃纤维基板； 复杂的无铅电子产品可选择高Tg（150～170℃）的FR-4； 高可靠及厚板采用FR-5； 考虑低成本的无铅电子产品可选择CEM-1和 CEM-3； 对于使用环境温度较高或挠性电路板采用聚酰亚胺玻璃纤维基板； 对于散热要求高的高可靠电路板采用金属基板； 对于高频电路则需要采用聚四氟乙烯玻璃纤维基板。 ③ 如何选择无铅PCB焊盘涂镀层 主要考虑因素： PCB焊盘涂镀层与焊料的相容性 PCB焊盘涂镀层与工艺的相容性 (a) 用非铅金属或无铅焊料合金取代Sn/Pb热风整平（HASL） 热风整平需要热熔，通过热风整平涂覆在焊盘上，保护焊盘，可焊性好，镀层厚度为7～11μm； HASL焊料的厚度和焊盘的平整度（园顶形）很难控制，很难贴装窄间距元件 。 无铅HASL：即用非铅金属或无铅焊料合金取代Pb-Sn 。 (b) 化学镀Ni和浸镀金（ENIG） 化学镀Ni和浸镀金（ENIG）具有良好的可焊性，用于印制插头（金手指）、触摸屏开关处。 Ni作为隔离层和可焊的镀层，要求厚度≥3um ； Au是Ni的保护层 ，Au能与焊料中的Sn形成金锡间共价化合物（AuSn4），在焊点中金的含量超过3%会使焊点变脆，过多的Au原子替代Ni原子，因为太多的Au溶解到焊点里（无论是Sn-Pb还是Sn-Ag-Cu）都将引起“金脆”。所以一定要限定Au层的厚度，用于焊接的Au层厚度≤1μm (ENIG ：0.05～0.3μm)； 如果镀镍工艺控制不稳定，会造成“黑焊盘”现象。 “黑焊盘”问题Black Pads in ENIG finishes 黑焊盘处手指一推，元件就会掉下来 黑焊盘是PCB制造厂的问题 黑盘的显微观察 “黑焊盘”现象的产生原因 （1）PCB焊盘金镀层和镍镀层结构不够致密，表面存在裂缝，空气中的水份容易进入，以及浸金工艺中的酸液容易残留在镍镀层中。 （2）镍镀层磷含量偏高或偏低，导致镀层耐酸腐蚀性能差，易发生腐蚀变色，出现“黑盘”现象，使可焊性变差。（PH为3～4较好） （3）镀镍后没有将酸性镀液清洗干净,长时间 Ni被酸腐蚀