24无铅焊接的特点、无铅产品设计、模计及工艺控制

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1、 峰值温度 液相时间 IMC厚度无铅：SAC305 235245 5060s 不容易控制有铅：Sn-37Pb 210230 6090s 容易控制 熔点高，要求无铅焊接设备耐高温，抗腐蚀。要求助熔点高，要求无铅焊接设备耐高温，抗腐蚀。要求助焊剂耐高温。焊剂耐高温。 从温度曲线可以看出：无铅工艺窗口小。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，要求无铅焊接的工艺窗口比铅锡焊膏小，要求PCB表面温表面温度更均匀。要求焊接设备横向温度均匀。度更均匀。要求焊接设备横向温度均匀。 a 25110 /100200 sec，110150/4070 sec，要求缓要求缓慢升温，使整个

2、慢升温，使整个PCB温度均匀，温度均匀，减小减小PCB及大小元器件及大小元器件t，因此要求焊接设备升温、预热区长度要加长。因此要求焊接设备升温、预热区长度要加长。 b 150217/5070sec快速升温区（助焊剂浸润区）。快速升温区（助焊剂浸润区）。有铅焊接从有铅焊接从150升到升到183，升温，升温33，可允许在，可允许在3060 sec之间完成，其升温速率为之间完成，其升温速率为0.551/sec；而无；而无铅焊接从铅焊接从150升到升到217，升温，升温67，只允许在，只允许在5070sec之间完成，其升温速率为之间完成，其升温速率为0.961.34/sec，要，要求升温速率比有铅高求

3、升温速率比有铅高30%左右，另外由于无铅比有铅的左右，另外由于无铅比有铅的熔点高熔点高34，温度越高升温越困难，温度越高升温越困难， 如果如果升温速率提不升温速率提不上去，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，严重时会使化反应，严重时会使PCB焊盘，元件引脚和焊膏中的焊焊盘，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。焊剂浸润区有更高的升温斜率。 c 回流区峰值温度回流区峰值温度235与与FR-4基材基材PCB的极限温度的极限温度（24

4、0 0C ）差（工艺窗口）仅为）差（工艺窗口）仅为5 。如果。如果PCB表面温表面温度是均匀的，度是均匀的， 那么实际工艺允许有那么实际工艺允许有5 的误差。假若的误差。假若PCB表面有温度误差表面有温度误差t 5 ，那么，那么PCB某处已超过某处已超过FR-4基材基材PCB的极限温度的极限温度240，会损坏，会损坏PCB。 对于简单的产品，峰值温度对于简单的产品，峰值温度235240可以满足要可以满足要求；但是求；但是对于复杂产品，可能需要对于复杂产品，可能需要260260才能焊好才能焊好。因。因此此FR-4基材基材PCB就不能满足要求了。就不能满足要求了。 在实际回流焊中，如果最小峰值温度

5、为在实际回流焊中，如果最小峰值温度为235，最大峰，最大峰值温度取决于板面的温差值温度取决于板面的温差t，它取决于板的尺寸、厚，它取决于板的尺寸、厚度、层数、元件布局、度、层数、元件布局、Cu的分布以及元件尺寸和热容的分布以及元件尺寸和热容量。拥有大而复杂元件（如量。拥有大而复杂元件（如CBGA、CCGA等）的大、等）的大、厚印制板，典型厚印制板，典型t高达高达2025。 为了减小为了减小t，满足小的无铅工艺窗口。炉子的热容量，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也是很重要的因素。要求再流焊炉横向温差2，同，同时要求有两个回流加热区。时要求有两个回流加热区。

6、 d 由于焊接温度高，为了防止由于焊点冷却凝固时间过由于焊接温度高，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，因此要求产生偏析，避免枝状结晶的形成，因此要求焊接设备增焊接设备增加冷却装置，使焊点加冷却装置，使焊点快速降温。快速降温。 e 由于高温，由于高温，PCB容易变形，特别是拼板，因此对于大容易变形，特别是拼板，因此对于大尺寸的尺寸的PCB需要增加中间支撑。需要增加中间支撑。 f N2保护能够改善润湿性，提高焊点质量保护能够改善润湿性，提高焊点质量 g 为了减小炉子横向为了减小

7、炉子横向温差温差t，采取措施：带加热器的导，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。轨、选用散热性小的材料、定轨向炉内缩进等技术。 Sn3Ag0.5Cu双波峰焊实时温度曲线双波峰焊实时温度曲线 ，减少残渣量。，减少残渣量。由于润湿性差，需要改良助焊剂，并由于润湿性差，需要改良助焊剂，并，防止，防止PCB降温。降温。，防止由于，防止由于PCB降温造成焊锡凝固，降温造成焊锡凝固，焊接时间焊接时间3 34s； 适当提高波峰高度，适当提高波峰高度，。t双波峰焊实时温度曲线双波峰焊实时温度曲线 要密切关注要密切关注SnSn-Cu-Cu焊料中焊料中CuCu比例，比例， CuCu

8、的成分改变的成分改变0.2%0.2%，液相温度改变多达液相温度改变多达66。这样的改变可能导致动力学的。这样的改变可能导致动力学的改变以及焊接质量的改变改变以及焊接质量的改变 。过量过量Cu会在焊料内出现粗会在焊料内出现粗化结晶物，造成熔融焊料的黏度增加，影响润湿性和焊化结晶物，造成熔融焊料的黏度增加，影响润湿性和焊点机械强度。点机械强度。 CuCu比例超过比例超过1%1%，必须换新焊料。由于，必须换新焊料。由于CuCu随工作时间不断增多，随工作时间不断增多，Sn-Cu(比比Sn/Pb大十几倍大十几倍)，液相，液相温度对成分很敏感。温度对成分很敏感。 因此因此，造成焊，造成焊接温度的变化。接温

9、度的变化。液态液态固态固态最佳焊最佳焊接温度接温度线线Sn-Pb系焊料金相图系焊料金相图Sn-Cu 插装孔内上锡可能达不到插装孔内上锡可能达不到75%75%（传统（传统Sn/PbSn/Pb 75% 75%），）， PCBPCB设计适当设计适当， 可以改善。可以改善。 波峰焊后分层波峰焊后分层Lift-offLift-off（剥离、裂纹）现象较严重。（剥离、裂纹）现象较严重。 充充N N2 2可以减少焊渣的形成，可以不充氮气（可以减少焊渣的形成，可以不充氮气（N N2 2），），但但一定要比有铅焊接更一定要比有铅焊接更。 波峰焊接设备需要对波峰焊部件、加热部件和焊剂管波峰焊接设备需要对波峰焊部件

10、、加热部件和焊剂管理系统进行理系统进行。 浸润性差，扩展性差。浸润性差，扩展性差。 无铅焊点外观粗糙。传统的检验标准与无铅焊点外观粗糙。传统的检验标准与AOI需要升级。需要升级。 无铅焊点中气孔较多，尤其有铅焊端与无铅焊料混用时，无铅焊点中气孔较多，尤其有铅焊端与无铅焊料混用时，焊端（球）上的有铅焊料先熔，覆盖焊盘，助焊剂排不出焊端（球）上的有铅焊料先熔，覆盖焊盘，助焊剂排不出去，造成气孔。但气孔不影响机械强度。去，造成气孔。但气孔不影响机械强度。 缺陷多缺陷多由于浸润性差，使自定位效应减弱。由于浸润性差，使自定位效应减弱。 无铅焊点润湿性差无铅焊点润湿性差要说服客户理解。要说服客户理解。 气

11、孔多气孔多 外观粗糙外观粗糙 润湿角大润湿角大 没有半月形没有半月形 Lead Free InspectionLead Free Solder PasteGrainy SurfaceLeaded Solder PasteSmooth & Shiny SurfaceWetting is Reduced with Lead FreeStandard Eutectic Solder JointLead Free Solder JointTypical Good Wetting Visible FilletReduced WettingNo Visible Fillet 耐耐350 以上高温，抗腐蚀。

12、以上高温，抗腐蚀。 设备横向温度均匀，横向温差设备横向温度均匀，横向温差2，必要时对导，必要时对导轨加热或采用特殊材料的导轨。轨加热或采用特殊材料的导轨。 升温、预热区长度要加长，满足缓慢升温的要求。升温、预热区长度要加长，满足缓慢升温的要求。 要求有两个回流加热区或提高加热效率。要求有两个回流加热区或提高加热效率。增加冷却装置，使焊点增加冷却装置，使焊点快速降温。快速降温。对于大尺寸的对于大尺寸的PCB需要增加中间支撑。需要增加中间支撑。增加助焊剂回收装置，减少对设备和环境的污染。增加助焊剂回收装置，减少对设备和环境的污染。 耐高温，抗腐蚀，耐高温，抗腐蚀，。并。并 预热区长度要加长，满足缓

13、慢升温的要求。预热区长度要加长，满足缓慢升温的要求。 预热区采用热风加热器或通风，有利于水汽挥发。预热区采用热风加热器或通风，有利于水汽挥发。 增加冷却装置，使焊点增加冷却装置，使焊点快速降温。快速降温。 充充N N2 2可以减少焊渣的形成。可以减少焊渣的形成。 增加助焊剂回收装置，减少对设备和环境的污染。增加助焊剂回收装置，减少对设备和环境的污染。 耐高温，抗腐蚀耐高温，抗腐蚀 提高加热效率。提高加热效率。 增加底部预热面积和预热温度，尽量使增加底部预热面积和预热温度，尽量使PCB温度均匀。温度均匀。 。 。主面主面辅面辅面 必须考虑元件的必须考虑元件的 必须考虑焊料和元器件表面镀层必须考虑

14、焊料和元器件表面镀层 对对(MSD)(MSD)的管理和控制措施的管理和控制措施 无铅对无铅对PCBPCB材料的要求材料的要求 如何选择无铅如何选择无铅PCBPCB材料材料 如何选择无铅如何选择无铅PCBPCB焊盘涂镀层焊盘涂镀层 340 根据产品的功能、性能指标以及产品的档次选择根据产品的功能、性能指标以及产品的档次选择PCBPCB； 对于对于一一采用采用FR4FR4环氧玻璃纤维基板；环氧玻璃纤维基板；可选择高可选择高TgTg（150150170170）的）的FR-4FR-4；及及采用采用FR-5FR-5； 考虑考虑的无铅电子产品可选择的无铅电子产品可选择CEM-1CEM-1和和 CEM-3C

15、EM-3； 对于使用环境温度较高或对于使用环境温度较高或采用聚酰亚胺玻璃纤采用聚酰亚胺玻璃纤维基板；维基板； 对于对于高的高可靠电路板采用金属基板；高的高可靠电路板采用金属基板； 对于对于则需要采用聚四氟乙烯玻璃纤维基板。则需要采用聚四氟乙烯玻璃纤维基板。(a) (a) 无铅焊料合金热风整平（无铅焊料合金热风整平（HASLHASL）(b) ENIG(b) ENIG（Ni/AuNi/Au）(c) (c) 浸银工艺（浸银工艺（I IAgAg）(d) (d) 浸锡（浸锡（I ISnSn）(e) OSP(e) OSP需要热熔，通过热风整平涂覆在焊盘上，保护需要热熔，通过热风整平涂覆在焊盘上，保护焊盘，

16、焊盘，镀层厚度为，镀层厚度为7 711m11m； HASL焊料的厚度和焊盘的焊料的厚度和焊盘的，很难贴装窄间距元件很难贴装窄间距元件 。即用非铅金属或无铅焊料合金取代即用非铅金属或无铅焊料合金取代Pb-Sn 。）（1 1）PCBPCB焊盘金镀层和镍镀层结构不够致密，表面存在裂缝，空气中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。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 2）镍镀层中磷含量偏高或偏低，导致镀层耐酸腐蚀性差，易发生腐）镍镀层中磷含量偏高或偏低，导致镀层耐酸腐蚀性差，易发生腐蚀变色，出现蚀变色，出现“

17、黑盘黑盘”现象。现象。（PHPH：3 34 4，P P：7 79%9%较好）较好）（3 3）镀镍后没有将酸性镀液清洗干净）镀镍后没有将酸性镀液清洗干净, ,长时间长时间 NiNi被酸腐蚀。被酸腐蚀。（4 4）作为可焊性保护性涂覆层的）作为可焊性保护性涂覆层的AuAu层在焊接时会完全溶融到焊料中，层在焊接时会完全溶融到焊料中，而被氧化或腐蚀的而被氧化或腐蚀的NiNi镀层由于可焊性差不能与焊料形成良好的金属镀层由于可焊性差不能与焊料形成良好的金属间合金层，最终导致虚焊、或焊点强度不足使元件从间合金层，最终导致虚焊、或焊点强度不足使元件从PCBPCB上脱落。上脱落。ENIG Finish Pad E

18、NIG Finish Pad 结构示意图结构示意图CuFR-4基板基板NiAu 浸银工艺（浸银工艺（I IAgAg）是目前使用更多、成本更低廉的替）是目前使用更多、成本更低廉的替代工艺，而且更为广泛地被工业界接受。代工艺，而且更为广泛地被工业界接受。 I IAgAg的厚度约的厚度约0.10.10.4m0.4m，其，其可焊性、可焊性、ICTICT可探测可探测性、以及接触性、以及接触/ /开关焊盘的性能不如开关焊盘的性能不如Ni-AuNi-Au，但对于大，但对于大多数应用却已足够。多数应用却已足够。 对于对于I IAgAg精确的化学配方、厚度、表面平整度、以及精确的化学配方、厚度、表面平整度、以及

19、银层内有机元素的分布，都必须仔细选择和规定，所银层内有机元素的分布，都必须仔细选择和规定，所有的替代工艺都必须适用于有铅和无铅两种工艺。有的替代工艺都必须适用于有铅和无铅两种工艺。 。必须根据实际产品需要来选择。例如：必须根据实际产品需要来选择。例如： 单面单面SMT或单面波峰焊，可使用或单面波峰焊，可使用OSP或浸锡；或浸锡； 双面贴装和混装（双面贴装和混装（SMD与通孔插装）的印制电路板使用浸银；与通孔插装）的印制电路板使用浸银；如果使用的是如果使用的是OSP，在再流焊和波峰焊时使用氮气或者腐蚀性，在再流焊和波峰焊时使用氮气或者腐蚀性很小的助焊剂，可以根据产品灵活掌握，如果使用很小的助焊剂

20、，可以根据产品灵活掌握，如果使用ENIG就不需就不需要使用氮气。在选择表面镀覆层时，氮气的使用、助焊剂的类要使用氮气。在选择表面镀覆层时，氮气的使用、助焊剂的类型和对成本的敏感性，这些都是重要的因素。型和对成本的敏感性，这些都是重要的因素。 总之，选择无铅总之，选择无铅PCB焊盘涂镀层必须考虑焊料、工艺与焊盘涂镀层必须考虑焊料、工艺与PCB焊焊盘涂镀层的相容性。盘涂镀层的相容性。 合金成份中不含铅或其它对环境造成污染的元素。合金成份中不含铅或其它对环境造成污染的元素。 合金熔点应与合金熔点应与Sn/Pb合金相接近，在合金相接近，在180230之间。之间。 凝固时间要短，有利于形成良好的焊点。凝

21、固时间要短，有利于形成良好的焊点。 具有良好的物理特性，如导电性具有良好的物理特性，如导电性/导热性，润湿性、表面张力等。导热性，润湿性、表面张力等。 具有良好的化学性能，如耐腐蚀、氧化性，残渣形成、电迁移等。具有良好的化学性能，如耐腐蚀、氧化性，残渣形成、电迁移等。 合金的冶金性能良好，与铜、银合金的冶金性能良好，与铜、银-钯、金、钯、金、42号合金、镍等形成优良号合金、镍等形成优良的焊点。焊点的机械性能良好。并要求容易拆卸和返修。的焊点。焊点的机械性能良好。并要求容易拆卸和返修。 焊接过程中生成的残渣少。焊接过程中生成的残渣少。 具有可制造性，容易加工成焊球、焊片、焊条、焊丝等形式。具有可

22、制造性，容易加工成焊球、焊片、焊条、焊丝等形式。 成本合理、资源丰富、便于回收。成本合理、资源丰富、便于回收。 无铅化的核心和首要任务是无铅化的核心和首要任务是 最有可能替代最有可能替代Sn/PbSn/Pb焊料的无毒合金是焊料的无毒合金是SnSn基合金，以基合金，以SnSn为主，添加为主，添加AgAg、ZnZn、CuCu、BiBi、InIn等金属元素，通过等金属元素，通过添加金属元素来改善合金性能，提高可焊性、可靠性。添加金属元素来改善合金性能，提高可焊性、可靠性。 Sn-3.53.5Ag共晶合金是早期开发的无铅焊料，共晶合金是早期开发的无铅焊料，共晶点共晶点221。 优点：具有优良的机械性能

23、，拉伸强度，蠕优点：具有优良的机械性能，拉伸强度，蠕变特性。耐热老化比变特性。耐热老化比Sn-Pb共晶焊料优越。共晶焊料优越。 延展延展性比性比Sn-Pb稍差。稍差。 缺点：缺点： 熔点偏高，润湿性差，成本高。熔点偏高，润湿性差，成本高。在在AgAg含量含量75%75%附近有一个纵附近有一个纵长的长的AgAg3 3SnSn区域，此成分和区域，此成分和温度区域内，温度区域内，AgAg3 3SnSn能够稳能够稳定地存在。定地存在。在在AgAg3 3SnSn左侧低左侧低AgAg成分处与成分处与Sn-PbSn-Pb共晶共晶在在Sn-Pb37共晶组织共晶组织共晶组织共晶组织Ag 。 Sn和微细的和微细的

24、Ag3Sn相组成相组成Sn初晶，初晶，然后在其间隙中发生共晶反然后在其间隙中发生共晶反应最终凝固，形成纤维状应最终凝固，形成纤维状Ag3Sn 。 Sn-Ag-Cu三元合金（熔点三元合金（熔点216222）是目前被大家）是目前被大家公认的适用于再流焊的合金组分。公认的适用于再流焊的合金组分。 其中其中Ag含量在含量在3.04.0wt%（重量百分比）都是可接受（重量百分比）都是可接受的合金。的合金。 Cu含量一般在含量一般在0.50.75wt%范围内。范围内。Sn-Cu Sn-0.75Cu为共晶合金（熔点为共晶合金（熔点227）用于波峰焊。）用于波峰焊。 优点：优点：Sn-Cu润湿性、残渣的形成和

25、可靠性次于润湿性、残渣的形成和可靠性次于Sn-Ag-Cu，而成本比，而成本比Sn-Ag-Cu低得多。低得多。 缺点：过量缺点：过量Cu会在焊料内出现粗化结晶物，造成熔融焊会在焊料内出现粗化结晶物，造成熔融焊料的黏度增加，影响润湿性和焊点机械强度。料的黏度增加，影响润湿性和焊点机械强度。 改善措施：改善措施：添加添加0.1%Ag，可使改善合金的延伸率。，可使改善合金的延伸率。 添加微量添加微量Ni可增加流动性，减少残渣量。可增加流动性，减少残渣量。Sn-CuSn-Cu(比比Sn/Pb大十几倍大十几倍)，液相，液相温度对成分很敏感。温度对成分很敏感。 因此因此，造成焊，造成焊接温度的变化。接温度的

26、变化。液态液态固态固态最佳焊最佳焊接温度接温度线线Sn-Pb系焊料金相图系焊料金相图8.8Zn8.8Zn为共晶合金（熔点为共晶合金（熔点198.5）。）。相对较低的熔点，机械性能好，拉伸强度比相对较低的熔点，机械性能好，拉伸强度比Sn/Pb共共晶焊料好，可拉制成丝材使用；具有良好的蠕变特性。晶焊料好，可拉制成丝材使用；具有良好的蠕变特性。并且并且缺点：缺点：是是Zn极易氧化，润湿性和稳定性差，具有腐蚀性。极易氧化，润湿性和稳定性差，具有腐蚀性。但不能添加过多的但不能添加过多的Bi ，因为因为Bi 不仅会降低液相线温度，还会使合金变硬。不仅会降低液相线温度，还会使合金变硬。为共晶合金（熔点为共晶

27、合金（熔点139）。）。系焊料是以系焊料是以Sn-Ag(Cu)系合金为基体，添加适系合金为基体，添加适量的量的Bi组成的合金焊料。组成的合金焊料。 优点：降低了熔点，与优点：降低了熔点，与Sn/Pb共晶焊料相近；蠕变共晶焊料相近；蠕变特性好，增大了合金的拉伸强度。特性好，增大了合金的拉伸强度。 缺点：延展性变坏，变得硬而脆，加工性差，不能缺点：延展性变坏，变得硬而脆，加工性差，不能加工成线材使用。加工成线材使用。 Sn-In系合金熔点低，蠕变性差，系合金熔点低，蠕变性差，In极易氧化，极易氧化，且且In在地球上的储量稀少、成本太高；在地球上的储量稀少、成本太高； Sn-Sb系合金润湿性差，系合

28、金润湿性差，Sb还稍有毒性。还稍有毒性。 这两种合金体系开发和应用较少。这两种合金体系开发和应用较少。 焊接方式合金成份（wt%）熔点（C）应用再流焊Sn-3.0Ag-0.5CuSn-3.5Ag-0.7Cu216220通信设备、电力、汽车电子、计算机、医疗等Sn-3.5 Ag221军工、高可靠领域Sn-58 Bi139低温焊料用于DVD、VCD等波峰焊Sn-0.7CuSn-0.7Cu-0.05Ni227消费类产品Sn-3.0Ag-0.5CuSn-3.0Ag-0.7Cu216220通信设备、电力、等较高要求的产品手工焊接与返修Sn-3.0Ag-0.5CuSn-3.5Ag-0.7Cu216220通

29、信设备、电力、汽车电子、计算机、医疗等Sn-3.5 Ag221军工、高可靠领域Sn-0.7Cu-0.05Ni227消费类产品 (a) 焊剂与合金表面之间有化学反应，因此不同合金成焊剂与合金表面之间有化学反应，因此不同合金成分要选择不同的助焊剂。分要选择不同的助焊剂。(b) 由于无由于无Pb合金的浸润性差，要求助焊剂活性高。合金的浸润性差，要求助焊剂活性高。(c) 提高助焊剂的活化温度，要适应无铅高焊接温度，提高助焊剂的活化温度，要适应无铅高焊接温度，适应无适应无VOC，一般采用，一般采用“水基水基”溶剂助焊剂溶剂助焊剂 。(d) 焊后残留物少，并且无腐蚀性，满足焊后残留物少，并且无腐蚀性，满足

30、ICT探针能力和探针能力和电迁移。电迁移。 确定了无确定了无Pb合金后，关键在于助焊剂。例如有合金后，关键在于助焊剂。例如有8家公家公司给司给Motorola提供无提供无Pb焊膏进行试验，有的电阻、电焊膏进行试验，有的电阻、电容移位比较多；润湿性好的焊膏，焊后不立碑。容移位比较多；润湿性好的焊膏，焊后不立碑。 印刷性要求间隔印刷性要求间隔1个小时印刷质量不变化。个小时印刷质量不变化。 要测要测18小时的黏度变化。小时的黏度变化。 免清洗免清洗Sn-Pb焊膏已经使用了多年，而且已是成熟的技术。焊膏已经使用了多年，而且已是成熟的技术。早期无铅焊膏的做法是简单地将早期无铅焊膏的做法是简单地将Pb-S

31、n焊料免清洗焊剂和焊料免清洗焊剂和无铅合金混合，结果很糟糕。焊膏中助焊剂和焊料合金间无铅合金混合，结果很糟糕。焊膏中助焊剂和焊料合金间的化学反应影响了焊膏的流变特性（对印刷性能至关重的化学反应影响了焊膏的流变特性（对印刷性能至关重要）。因此无铅焊剂必须专门配制。要）。因此无铅焊剂必须专门配制。 同样，波峰焊中无同样，波峰焊中无VOC免清洗焊剂也需要特殊配制。免清洗焊剂也需要特殊配制。 无铅焊膏和波峰焊的水溶性焊剂对某些产品也是需要的。无铅焊膏和波峰焊的水溶性焊剂对某些产品也是需要的。 应应，对印刷性、脱膜，对印刷性、脱膜性、触变性、粘结性、润湿性以及焊点缺陷、残留物等做性、触变性、粘结性、润湿

32、性以及焊点缺陷、残留物等做，。由于润湿性差，因此由于润湿性差，因此。 无铅焊膏的浸润性远远低于有铅无铅焊膏的浸润性远远低于有铅 焊膏；焊膏； 无铅焊膏的助焊剂含量通常要高于有铅焊膏，无铅无铅焊膏的助焊剂含量通常要高于有铅焊膏，无铅合金的比重较低；合金的比重较低； 由于缺少铅的润滑作用，焊膏印刷时填充性和脱膜由于缺少铅的润滑作用，焊膏印刷时填充性和脱膜性较差。性较差。 设计值设计值X1:1Y20mil 做做20mil20mil 做做1:1G16mil(0.4mm)备注备注四角倒四角倒3mil(0.075mm)圆圆设计值设计值X22mil 做做22mil22mil 做做1:1Y1:1G以内切方式做

33、以内切方式做16mil(0.4mm)备注备注四角倒四角倒4mil(0.1mm)圆圆 PitchXY0.4mm7.5mil外侧放大4mil（0.1mm）0.5mm9.5mil外侧放大4mil（0.1mm）0.65mm12mil外侧放大4mil（0.1mm）0.8mm18mil1：1开口1.0mm22mil1：11.27mm30mil1：1备注所有IC，QFP 均做椭圆形IC 中间接地开孔做面积70，十字架桥12milQFP 中间接地开孔做面积60，十字架桥12mil 元件类型PITCH焊盘宽度焊盘长度开口宽度开口长度模板厚度宽度比面积比PLCC1.27mm0.65mm2.0mm0.60mm1.9

34、5mm0.15-0.25mm2.3-3.80.88-1.48(50mil)(25.6mil)(78.7mil)(23.6mil)(76.8mil)(5.91-9.84mil)QFP0.635mm0.635mm0.635mm0.635mm0.635mm0.635mm1.7-2.00.71-2.0(25mil)(13.8mil)(59.1mil)(11.8mil)(57.1mil)(5.91-7.5mil)QFP0.50mm0.254-0.33mm1.25mm0.22-0.25mm1.2mm0.125-0.15mm1.7-2.00.69-0.83(20mil)(10-13mil)(49.2mil)

35、(9-10mil)(47.2mil)(4.92-5.91mil)QFP0.40mm0.25mm1.25mm0.2mm1.2mm0.10-0.125mm1.6-2.00.68-0.86(15.7mil)(9.84mil)(49.2mil)(7.87mil)(47.2mil)(3.94-4.92mil)QFP0.30mm0.20mm1.00mm0.15mm0.95mm0.075-0.125mm1.50-2.00.65-0.86(11.8mil)(7.87mil)(39.4mil)(5.91mil)(37.4mil)(2.95-3.94mil)04020.50mm0.65mm0.45mm0.6mm0

36、.125-0.15mm0.84-1.00(19.7mil)(25.6mil)(17.7mil)(23.6mil)(4.92-5.91mil)02010.25mm0.40mm0.23mm0.35mm0.075-0.125mm0.66-0.89(9.84mil)(15.7mil)(9.06mil)(13.8mil)(2.95-3.94mil)元件类型PITCH焊盘宽度焊盘长度开口宽度开口长度模板厚度宽度比面积比BGA1.27mm0.80mm0.75mm0.15-0.20mm0.93-1.25(50mil)(31.5mil)(29.5mil)(5.91-7.87mil)U BGA1.00mm0.38

37、mm0.35mm0.35mm0.115-0.135mm0.67-0.78(39.4mil)(15.0mm)(13.8mil)(13.8mil)(4.53-5.31mil)U BGA0.50mm0.30mm0.28mm0.28mm0.075-0.125mm0.69-0.92(19.7mil)(11.8mm)(11.0mil)(11.0mil)(2.95-3.94mil)Flip Chip0.25mm0.12mm0.12mm0.12mm0.12mm0.08-0.10mm1.0(10mil)(5mil)(5mil)(5mil)(5mil)(3-4mil)Flip Chip0.20mm0.10mm0.

38、10mm0.10mm0.10mm0.05-0.10mm1.0(8mil)(4mil)(4mil)(4mil)(4mil)(2-4mil)（a a）一般情况下，印刷工艺不会受到太大的影响。）一般情况下，印刷工艺不会受到太大的影响。（b b）因为无铅的低浸润力问题。回流时自校正（）因为无铅的低浸润力问题。回流时自校正（Self-Self-alignalign）作用非常小，因此印刷精度比有铅时要求更高。）作用非常小，因此印刷精度比有铅时要求更高。（c c）无铅焊膏的助焊剂含量高于有铅焊膏，合金的比重较）无铅焊膏的助焊剂含量高于有铅焊膏，合金的比重较低，印刷后焊膏图形容易坍塌；另外由于无铅焊剂配方低，

39、印刷后焊膏图形容易坍塌；另外由于无铅焊剂配方的改变，焊膏的粘性和流变性、化学稳定性、挥发性等的改变，焊膏的粘性和流变性、化学稳定性、挥发性等也会改变。因此有时需要调整印刷工艺参数。特别对于也会改变。因此有时需要调整印刷工艺参数。特别对于大尺寸大尺寸PCBPCB、开口尺寸大小悬殊大、以及高密度的产品，、开口尺寸大小悬殊大、以及高密度的产品，有可能需要重新设置印刷参数。有可能需要重新设置印刷参数。（d d）由于粘性和流变性变化，每次印刷后会有些无铅焊膏）由于粘性和流变性变化，每次印刷后会有些无铅焊膏粘附在刮刀上，因此印刷周期可能需要放慢。粘附在刮刀上，因此印刷周期可能需要放慢。 虚焊、气孔、立碑等

40、缺陷，还虚焊、气孔、立碑等缺陷，还特点特点对策对策高高温温设备耐高温，加长升温预热区，设备耐高温，加长升温预热区， 炉温均匀，增加冷却区炉温均匀，增加冷却区助焊剂耐高温；助焊剂耐高温；PCB耐高温；元器件耐高温；耐高温；元器件耐高温；增加中间支撑；增加中间支撑；工工艺艺窗窗口口小小预热区缓慢升温，预热区缓慢升温，给导轨加热给导轨加热，减小减小PCB及大小元器及大小元器t；提高浸润区升温斜率，避免助焊剂提前结束活化反应；提高浸润区升温斜率，避免助焊剂提前结束活化反应；尽量降低峰值温度，避免损害尽量降低峰值温度，避免损害PCB及元器件；及元器件；加速冷却，防止焊点结晶颗粒长大加速冷却，防止焊点结晶

41、颗粒长大，避免枝状结晶的形成；避免枝状结晶的形成；对湿敏器件进行去潮处理。对湿敏器件进行去潮处理。润润湿湿性性差差提高助焊剂活性；增加焊膏中助焊剂含量；提高助焊剂活性；增加焊膏中助焊剂含量；增大模板开口尺寸，焊膏尽可能完全覆盖焊盘；增大模板开口尺寸，焊膏尽可能完全覆盖焊盘；提高印刷与贴装精度；提高印刷与贴装精度； 充充N2可以减少高温氧化，提高润湿性。可以减少高温氧化，提高润湿性。(a) a) 不同金属含量的焊膏有不同的温度曲线，应按照焊不同金属含量的焊膏有不同的温度曲线，应按照焊膏加工厂提供的温度曲线进行设置（膏加工厂提供的温度曲线进行设置（主要控制各温区的主要控制各温区的升温速率、峰值温度

42、和回流时间升温速率、峰值温度和回流时间）。）。(b) (b) 根据根据PCBPCB板的材料、厚度、是否多层板、尺寸大小。板的材料、厚度、是否多层板、尺寸大小。(c) (c) 根据表面组装板搭载元器件的密度、元器件的大小以根据表面组装板搭载元器件的密度、元器件的大小以及有无及有无BGABGA、CSPCSP等特殊元器件进行设置。等特殊元器件进行设置。(d) (d) 还要根据设备的具体情况，例如加热区长度、加热源还要根据设备的具体情况，例如加热区长度、加热源材料、再流焊炉构造和热传导方式等因素进行设置。材料、再流焊炉构造和热传导方式等因素进行设置。 热风炉和红外炉有很大区别，红外炉主要是辐射传导，热

43、风炉和红外炉有很大区别，红外炉主要是辐射传导，其优点是热效率高，温度陡度大，易控制温度曲线，双其优点是热效率高，温度陡度大，易控制温度曲线，双面焊时面焊时PCBPCB上、下温度易控制。其缺点是温度不均匀。在上、下温度易控制。其缺点是温度不均匀。在同一块同一块PCBPCB上由于器件的颜色和大小不同、其温度就不同。上由于器件的颜色和大小不同、其温度就不同。为了使深颜色器件周围的焊点和大体积元器件达到焊接为了使深颜色器件周围的焊点和大体积元器件达到焊接温度，必须提高焊接温度。温度，必须提高焊接温度。 热风炉主要是对流传导。其优点是温度均匀、焊接质量热风炉主要是对流传导。其优点是温度均匀、焊接质量好。

44、缺点是好。缺点是PCBPCB上、下温差以及沿焊接炉长度方向温度梯上、下温差以及沿焊接炉长度方向温度梯度不易控制。度不易控制。(e) (e) 还要根据温度传感器的实际位置来确定各温区的还要根据温度传感器的实际位置来确定各温区的设置温度。设置温度。(f) (f) 还要根据排风量的大小进行设置。还要根据排风量的大小进行设置。(g) (g) 环境温度对炉温也有影响，特别是加热温区短、环境温度对炉温也有影响，特别是加热温区短、炉体宽度窄的再流焊炉，在炉子进出口处要避免对炉体宽度窄的再流焊炉，在炉子进出口处要避免对流风。流风。 （ 根据再流焊技术规范对再流焊炉进行参数设置（包括各温区的温度设置、传送速度、

45、风量等），但这些一般的参数设置对于许多产品的焊接要求是远远不够的。例如较复杂的印制板要使最大和最小元件都能达到0.54m界面合金层厚度，当PCB进炉的数量发生变化时、当环境温度或排风量发生变化时、当电源电压和风机转速发生波动时，都可能不同程度的影响每个焊点的实际温度。因此。由于，即使出现很小的工艺偏移，也可能会发生不符合技术规范的现象。由此可见，。 KIC 24/7KIC 24/7还配有一个光纤感应器还配有一个光纤感应器对进入炉内的每一快组装板进行跟踪并记录对进入炉内的每一快组装板进行跟踪并记录 ，如元件偏移的测量等 ，可通过直接报告缺陷信息来决定全部装配过程的品质。该信息可用于决定制造过程的

46、系统缺陷。 左图是一个总结Pareto图分类的缺陷的报告。在本例中，最重要的缺陷是，。如果这些缺陷被消除，那么可得到重大的过程改进。 左图显示通过逐个位置的检查特殊缺陷的发生，工程师可更好地分析缺陷的根源。在本例中，。由于这个至关重要，缺陷的根源将要求进一步的调查。 特点特点对策对策高高温温设备耐高温，抗腐蚀，加长预热区，设备耐高温，抗腐蚀，加长预热区， Sn锅温度均匀，增加冷锅温度均匀，增加冷却装置却装置助焊剂耐高温；助焊剂耐高温；PCB耐高温；元器件耐高温耐高温；元器件耐高温工工艺艺窗窗口口小小选择低选择低Cu合金，在合金中添加少量合金，在合金中添加少量Ni可增加流动性和延伸率可增加流动性

47、和延伸率监测监测Sn-Cu焊料中焊料中Cu的比例，应的比例，应1%；监测焊料中监测焊料中Pb的比例，要控制焊点中的比例，要控制焊点中Pb含量含量0.05%；PCB充分预热（充分预热（100130），减小），减小PCB及大小元器件及大小元器件t；加速冷却，防止焊点结晶颗粒长大加速冷却，防止焊点结晶颗粒长大，避免枝状结晶的形成。避免枝状结晶的形成。润润湿湿性性差差提高助焊剂活性；提高助焊剂的活化温度提高助焊剂活性；提高助焊剂的活化温度增加一些助焊剂涂覆量；增加一些助焊剂涂覆量；注意注意PCB与元器件的防潮、防氧化保存。与元器件的防潮、防氧化保存。充充N2可以减少焊渣的形成。可以减少焊渣的形成。 无

48、铅无铅返修相当困难，主要原因：返修相当困难，主要原因：无铅焊料合金润湿性差。无铅焊料合金润湿性差。温度高温度高(熔点从熔点从183 上升到上升到 217) （简单（简单PCB235，复杂，复杂PCB260）（由于手工焊接暴露在空气中焊接，散热快，因此无铅（由于手工焊接暴露在空气中焊接，散热快，因此无铅焊接烙铁头温度需要在焊接烙铁头温度需要在280360 左右）左右）工艺窗口小。工艺窗口小。 造成造成PCB和元件损坏的最高温度没有变化和元件损坏的最高温度没有变化 ( 290) 选择适当的手工焊、返修设备和工具选择适当的手工焊、返修设备和工具 正确使用手工焊、返修设备和工具正确使用手工焊、返修设备

49、和工具 正确选择焊膏、焊剂、焊锡丝等材料正确选择焊膏、焊剂、焊锡丝等材料 正确设置焊接参数正确设置焊接参数() 适应无铅焊料的高熔点和低润湿性。同时返修适应无铅焊料的高熔点和低润湿性。同时返修过程中一定要小心，过程中一定要小心，。 Sn-Pb 温度温度 ( ()0 2 4 6 80 2 4 6 8( (时间时间sec)sec) 焊接温度焊接温度 不得高于焊锡不得高于焊锡熔点熔点40(100 F)，停留时间为，停留时间为 25秒秒 合金合金 (熔点熔点)Sn63/Pb37 (183 )Sn 3.8Ag0.7Cu (217 )Sn0.7Cu (227 )造成造成PCB和元件损坏的最高温度没有变化和

50、元件损坏的最高温度没有变化 ( 290)无铅工艺窗口小无铅工艺窗口小Sn-PbSn-Ag-Cu焊接五步法焊接五步法1.准备焊接：准备焊接：清洁烙铁清洁烙铁2.加热焊件：加热焊件：烙铁头放在被焊金属的连接点烙铁头放在被焊金属的连接点3.熔锡润湿：熔锡润湿：添加锡丝，锡丝放在烙铁头处添加锡丝，锡丝放在烙铁头处4.撤离焊锡：撤离焊锡：撤离锡丝撤离锡丝5.停止加热：停止加热：撤离烙铁撤离烙铁 （每个焊点焊接时间（每个焊点焊接时间23s）过大的压力：对热传导未有任何帮助（氧化的烙铁），凹痕、焊过大的压力：对热传导未有任何帮助（氧化的烙铁），凹痕、焊盘翘起。盘翘起。错误的烙铁头尺寸：接触面积、热容量、形状

51、长度。错误的烙铁头尺寸：接触面积、热容量、形状长度。过高的温度和过长时间。过高的温度和过长时间。锡丝放置位置不正确，锡丝放置位置不正确，不能不能形成热桥。形成热桥。焊料的传输不能有效传递焊料的传输不能有效传递热量。热量。不合适的使用助焊剂，使用过多的助焊剂会引发腐蚀和电迁移。不合适的使用助焊剂，使用过多的助焊剂会引发腐蚀和电迁移。不必要的修饰和返工，会增加金属间化合物，影响焊点强度不必要的修饰和返工，会增加金属间化合物，影响焊点强度转移焊接手法会使助焊剂提前就挥发掉，不能用在通孔元件的焊转移焊接手法会使助焊剂提前就挥发掉，不能用在通孔元件的焊接中，焊接中，焊SMDSMD可采用。可采用。焊料名称焊料名称熔点熔点（）焊接温度焊接温度（熔点（熔点5050）烙铁头温度烙铁头温度（焊接温度（焊接温度100 100 ）Sn-PbSn-Pb共晶焊料共晶焊料183183233233333333 SASnAg(3-4)SASnAg(3-4)Cu(0.5-0.7)Cu(0.5-0.7)217217267267367367 Sn-0.7CuSn-0.7Cu227227277277377377