电子产品无铅焊接的特点及工艺控制

电子产品无铅焊接的特点及工艺控制-PCBA方案

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，1 因此工艺參数必须随之改变.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、j 工艺实践，尤其要掌握关键技术：印、焊.

(c)进行设备改造或购置必要的焊接设备

(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

从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点

63Sn37Pb铅锡焊膏再流焊温度曲线

三、无铅焊接再流焊温度曲线

四、有铅、无铅再流焊温度曲线比较

五、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、无铅焊接的工艺窗口比铅锡焊膏小，要求PCB表面温C度更均匀。要求焊接设备横向温度均匀a.25-110°C/100-200sec,110~150°C/40~70sec,要求缓慢升温，使整个PCB温度均匀，减小PCB大小元器件因此要求焊接设备升温、预热区长度要加长。

b.150~217°C/50~70sec快速升温区（助焊剂浸润区）。

有铅焊接从150°C升到183°C,升温33°C,可允许在30-60sec之间完成，其升温速率为0.55~1°C/sec；而无铅焊接从150°C升到217°C,升温67°C。只允许在50~70sec之间完成，其升温速率为0.96^1.34°C/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°C，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°C与FR-4基材PCB的极限温度(240°C)差(工艺窗口)仅为5°C。如果PCB表面温度是均匀的，那么实际工艺允许有5°C的误差。假若PCB表面有温度误差>5°C,那么PCB某处已超过FR-4基材PCB的极限温度240°C,会损坏PCB。对于简单的产品，峰值温度235-240°C可以满足要求；复杂的产品需要提高到260°C。但是在实际回流焊中，如果最小峰值温度为235°C,最大峰值温度取决于板面的温差，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。拥有大而复杂元件的大、厚印制板，典型高达20^25°C。为了减小，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°C,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釆取措施：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

六、无铅焊对PCB板焊盘设计的改进要求

1、插件元件接地或接电源焊盘改进

1个接地或接电源的插件元件焊盘，其四周皆接地， 热量经大铜箔急剧散热，在有铅时因焊接要求的温度低和热容量小，对焊接影响不大;但进入无铅焊后，焊接要求的温度高和热容量大,无铅焊锡的润湿性和流动扩散性差，使焊锡融熔不充分，造成冷焊虚焊,焊点寿命也会降低；因此, 要求设计成的焊盘，只通过焊盘一端接地。因无铅手工焊和波峰焊温度高，高温下无铅焊锡会腐蚀铜箔，特别是焊接时间越长时。

2、贴片元件接地或接电源焊盘改进无铅焊接的回流焊温度提高，无铅焊锡熔化时的热容量和张力的变大，当贴片元件的焊盘是接地或接电源大铜箔的一部分时，会在回流焊时因元件的两焊盘上的焊膏熔化时间差导，致元件竖立或翘起和虚焊显著增加。

3、PCB板工艺推荐和局部波峰焊接介绍

1）只要整机安装可能,板面尺寸设计可大些,以便能使用“单面贴片+插件波峰焊”工艺，从而减少工艺过程，提高质量，降低成本。

2）要求技术中心对PALM机主板/TV主板等其他须双面贴片的板子按局部波峰焊接进行设计,从而在批量生产时使用局部波峰焊接。同时，试产和小批量的产品可考虑使用选择性波峰焊。

3）局部波峰焊接介绍:利用人造石等制作波峰焊托板,将不须焊接的部位屏蔽掉,让插件元件引脚露出来,使用传统的双波波峰焊完成插件元件的焊接。

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