电子企业之 3-无铅焊接的特点及工艺控制.pptVIP

无铅焊接的特点及工艺控制 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 三．无铅焊接工艺控制 四．过渡阶段有铅、无铅混用应注意的问题 一．无铅工艺与有铅工艺比较 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 （1）从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点 无铅焊接再流焊温度曲线 有铅、无铅再流焊温度曲线比较 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）温度太高， 时间太长会使焊膏中助焊剂提前结束活化反应，当焊料合金熔融时造成活性下降。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，使焊接面的可焊性下降，浸润能力降低，而造成焊接不良。因此要求快速升温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℃。因此应尽量降低峰值温度（让小元件等着大元件）。 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 为了减小炉子横向温差△t，采用带加热器的导轨。 ③ 浸润性差 （2） 无铅波峰焊特点及对策 ① 用于波峰焊的焊料：Sn-Cu或 Sn-Cu-Ni，熔点227℃。少量的Ni可增加流动性和延伸率，减少残渣量。 高可靠的产品可采用Sn/Ag/Cu焊料，但不推荐， 因为Ag的成本高，同时也会腐蚀Sn锅。 对不锈钢腐蚀率：Sn3Ag0.5Cu Sn0.7Cu Sn0.7Cu0.05Ni 对Cu 腐蚀率：Sn3Ag.5Cu Sn37Pb Sn0.7Cu0.05Ni ② 根据所选合金，需要255~275℃炉温， Sn在高温下有溶蚀Sn锅的现象，采用钛合金钢Sn锅、或在锅内壁镀防护层。由于工艺窗口小，要求Sn锅温度均匀，±2℃。 ③ 增加中间支撑，预防高温引起 PCB变形。增加冷却装置，使焊点快速降温。但对Sn锅吹风会影响温度。 ④ 由于润湿性差，需要改良助焊剂，并增加一些涂覆量。 ⑤ 由于助焊剂涂覆量多，同时由于水基助焊剂需要充分地将水分挥发掉，另外由于高熔点，为了使PCB内外温度均匀，促进润湿和通孔内的爬升高度，主要措施： 预热区要加长，提高PCB预热温度到100~130℃。但提高预热温度会加快氧化； ⑥在预热区末端、两个波之间插入加热元件 在预热区末端与波峰之间插入加热元件，防止PCB降温。 两个波之间的距离要短一些，或在第一波与第二波之间插入加热元件，防止由于PCB降温造成焊锡凝固，焊接时间3~4s； 适当提高波峰高度，提高锡波向上的压力。 ⑦要密切关注Sn-Cu焊料中Cu比例， Cu的成分改变0.2%，液相温度改变多达6℃