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SMT关于无铅焊接技术

2018-04-21 11:42:38
由 admin 发表

无铅焊接所需的更高回焊温度同样加重了对湿度敏感元件(MSD)如BGA的担忧,在无铅焊接所需高回焊温度下,元器件MSD水平可前能移一到两级。因此,能适应普通铅锡合金焊接过程的湿度敏感零件,可能需要更好的贮存及运输条件以确保无铅焊接过程中不会产生MSD的问题。


其它因素

被动元件的立碑效应是铅锡焊接过程中经常需要考虑的问题,无铅焊锡更高的熔点及更大的表面张力将使这一问题更加严重。锡膏在被动元件的一端比另一端先熔化是此不良产生的主要原因,另外,线路板焊盘上锡膏过多以及元件贴装不对称也会导致立碑。可能因为有沉埋孔的焊盘升温更快,当被动元件焊盘处在沉埋孔上时立碑效应特别明显,原因是沉埋孔上的焊盘热容量低导致升温非常快。

改变钢网网孔大小以减少印刷在被动元件焊盘的锡膏量可减少此类不良,后续的研究工作显示,在回流温度曲线上比液相线温度低10℃处保持短暂的温度不变可有效降低此不良。

BGA及CSP焊点上的空洞也是使用铅锡焊膏时经常遇到的缺陷。空洞是由于锡膏中助焊剂产生的气体不能从熔化的焊锡中排出造成的,BGA及CSP上焊锡凸点、焊盘及锡粉等的氧化也会加剧空洞的产生。

无铅焊接会引起一个新的潜在空洞产生源,即某些BGA只有铅锡焊球。当使用无铅锡膏及铅锡凸点BGA时,焊锡球会在比锡膏熔点低35℃处熔化。在焊锡球是液态而锡膏不是液态时,助焊剂会放出气体直接进入熔化的锡球中,从而可能产生大量的空洞。有人做过一项DOE试验来确定回流温度曲线温升速率对空洞产生数量及大小的影响,使用的温升速率为0.5、0.8和1.5℃/秒,试验结果表明较高的温升速率能显著地减少所产生空洞的大小。

温升速率对产生的空洞数量没有影响,也就是说,有同样多空洞产生,但它们平均尺寸都很小,空洞尺寸减小程度非常显著而使其能够符合规范的要求。

惠普公司的Eddie Hernandez及其小组对大型线路板的无铅焊接工艺进行了重要的研究工作,研究结果与摩托罗拉工程师们所作的研究惊人地相似,只是有以下不同:

1. 对于较厚的线路板(厚度3.5mm)最好用高Tg的FR4树脂;

2. 需要采用更热但更严格的回流温度曲线(Tm=240±2.5℃);

3. 用OSP及NiAu焊盘表面处理的线路板效果会更好。

Mark Krmpotich和他的小组在Scientific Atlanta公司对大型线路板的焊接研究也获得了同样的结果。

实现无铅焊接必须要确保含铅与无铅的焊锡材料、线路板及元器件分开保存,不能混放。所有无铅产品制造商都必须有一个“无铅物料保障工作组”来制定防止混放的相关程序及规章制度。正如前文所说,MSD也是运输储藏必须考虑的头等大事之一。

统计过程控制(SPC)对于确保装配过程中高合格率以及为将来的持续改进提供数据非常有用,在锡铅焊接过程中SPC可能只是起辅助作用,但在无铅焊接过程中它却是至关重要的,因为无铅焊接要求更窄的工艺参数窗口。特别是回流焊过程中,为避免损伤元件及线路板,工艺参数窗口通常很窄。现在市面上有一些关于SPC及实施方面非常好的研讨会。

另外你的工艺工程师能设计钢网吗?你的回流温度曲线与锡膏规格匹配吗?你拥有世界一流的SMT装配工作经验吗?如果没有一流的工程技术人员,可能无法满足无铅焊接所要求的严格的工艺,最终可能会导致产品合格率很低。AuditCoach和The Lead-Free Readiness Assessment Tool软件可帮助你评估工厂的工艺状况以及无铅工艺准备情况,如达特茅斯学院实施的世界级6σ项目可为你的无铅小组提供正确的指引。

任何机构均可从摩托罗拉及其它成功实施过无铅焊接的组织那里吸取有益的经验,可是每个公司在实施自己的无铅计划中还会遇到不同的挑战。除此之外,RoHS/WEEE还提出无铅焊接以外的要求,这种情况下,达特茅斯学院制定了RoHS/WEEE符合性规章,该规章是一个非常简单的实施指引以满足RoHS/WEEE要求。