0SMT无铅焊接与问题分析解决培训6无铅焊接的特点、无铅产品设计.pptx

2-4 无铅焊接的特点、无铅产品设计、模板设计及工艺控制（参考： [工艺] 第18章； [基础与DFM]第5章）顾霭云内容一．无铅工艺与有铅工艺比较二．无铅焊接的特点 ⑴ 从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点 ⑵ 无铅波峰焊特点及对策三．无铅焊接对焊接设备的要求四．无铅产品设计及工艺控制 ⑴无铅工艺设计 ⑵无铅PCB设计 ⑶印刷及模板设计 ⑷贴装 ⑸再流焊 ⑹波峰焊 ⑺检测 ⑻无铅返修 ⑼清洗一．无铅工艺与有铅工艺比较有铅技术无铅技术设备方面印、贴、焊、检只有焊接设备有特殊要求焊接原理 相同工艺流程工艺方法元器件有铅无铅PCB焊接材料温度曲线工艺窗口大温度高、工艺窗口小焊点润湿性好润湿性差检测标准IPC-A-610CIPC-A-610D管理要求更严格通过无铅、有铅比较，正确认识无铅技术（a）无铅工艺技术并不是高不可攀的技术 因为基本原理、工艺方法与有铅技术是相同的 。（b）但由于无铅的焊接材料、元器件、PCB都发生了变化，因此工艺参数必须随之改变。主要变化是温度高、工艺窗口小、润湿性差、工艺难度大，容易产生可靠性问题，因此要求比有铅时更加重视理论学习、工艺技术研究、工艺实践，尤其要掌握关键技术：印、焊。（c）进行设备改造或添置必要的焊接设备（d）提高管理水平。 二．无铅焊接的特点高温工艺窗口小润湿性差 ⑴ 从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点及对策 峰值温度 液相时间 IMC厚度无铅：SAC305 235~245℃ 50~60s 不容易控制有铅：Sn-37Pb 210~230℃ 60~90s 容易控制 从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点及对策① 熔点高，要求无铅焊接设备耐高温，抗腐蚀。要求助焊剂耐高温。② 从温度曲线可以看出：无铅工艺窗口小。 无铅焊接的工艺窗口比铅锡焊膏小，要求PCB表面温度更均匀。要求焊接设备横向温度均匀。a 25~110 ℃/100~200 sec，110~150℃/40~70 sec，要求缓慢升温，使整个PCB温度均匀，减小PCB及大小元器件△t，因此要求焊接设备升温、预热区长度要加长。b 150~217℃/50~70sec快速升温区（助焊剂浸润区）。有铅焊接从150℃升到183℃，升温33℃，可允许在30~60 sec之间完成，其升温速率为0.55~1℃/sec；而无铅焊接从150℃升到217℃，升温67℃，只允许在50~70sec之间完成，其升温速率为0.96~1.34℃/sec，要求升温速率比有铅高30%左右，另外由于无铅比有铅的熔点高34℃，温度越高升温越困难， 如果升温速率提不上去，长时间处在高温下会使焊膏中助焊剂提前结束活化反应，严重时会使PCB焊盘，元件引脚和焊膏中的焊料合金在高温下重新氧化而造成焊接不良，因此要求助焊剂浸润区有更高的升温斜率。c 回流区峰值温度235℃与FR-4基材PCB的极限温度（240 0C ）差（工艺窗口）仅为5 ℃。如果PCB表面温度是均匀的， 那么实际工艺允许有5 ℃的误差。假若PCB表面有温度误差Δt ＞5 ℃ ，那么PCB某处已超过FR-4基材PCB的极限温度240℃，会损坏PCB。 对于简单的产品，峰值温度235~240℃可以满足要求；但是对于复杂产品，可能需要260℃才能焊好。因此FR-4基材PCB就不能满足要求了。在实际回流焊中，如果最小峰值温度为235℃，最大峰值温度取决于板面的温差△t，它取决于板的尺寸、厚度、层数、元件布局、Cu的分布以及元件尺寸和热容量。拥有大而复杂元件（如CBGA、CCGA等）的大、厚印制板，典型△t高达20~25℃。为了减小△t，满足小的无铅工艺窗口。炉子的热容量也是很重要的因素。要求再流焊炉横向温差＜2℃，同时要求有两个回流加热区。d 由于焊接温度高，为了防止由于焊点冷却凝固时间过长，造成焊点结晶颗粒长大；另外，加速冷却可以防止产生偏析，避免枝状结晶的形成，因此要求焊接设备增加冷却装置，使焊点快速降温。e 由于高温，PCB容易变形，特别是拼板，因此对于大尺寸的PCB需要增加中间支撑。f N2保护能够改善润湿性，提高焊点质量g 为了减小炉子横向温差△t，采取措施：带加热器的导轨、选用散热性小的材料、定轨向炉内缩进等技术。③ 浸润性差 应对措施：改良助焊剂活性修改模板开口设计提高印刷、贴装精度N2保护焊盘暴露铜 ⑵ 无铅波峰焊特点及对策 无铅波峰焊接的主要特点也是： 高温、润湿性差、工艺窗口小。与再流焊相比，波峰焊从有铅转向无铅焊接的工艺难度要大得多。过渡阶段铅污染问题：如果混入有铅元件，引脚表面微量的铅还会引起Lift-off（焊点剥离）现象等焊接缺陷，将严重影响焊点可靠性。高温氧化问题Sn3Ag0.5