電子產(chǎn)品無鉛焊接的特點(diǎn)及工藝控制-PCBA方案

一、無鉛工藝與有鉛工藝比較

通過無鉛、有鉛比較，正確認(rèn)識無鉛技術(shù)

(a)無鉛工藝技術(shù)并不是高不可攀的技術(shù)，因?yàn)榛驹怼⒐に嚪椒ㄅc有鉛技術(shù)是相同的。

(b)但由于無鉛的焊接材料、元器件、PCB都發(fā)生了變化，1 因此工藝參數(shù)必須隨之改變.主要變化是溫度高、工藝 窗口小、潤濕性差、工藝難度大，容易產(chǎn)生可靠性問題， 因此要求比有鉛時(shí)更加重視理論學(xué)習(xí)、工藝技術(shù)研究、j 工藝實(shí)踐，尤其要掌握關(guān)鍵技術(shù)：印、焊.

(c)進(jìn)行設(shè)備改造或購置必要的焊接設(shè)備

(d)提高管理水平

二、無鉛焊接的特點(diǎn)

高溫、工藝窗口小、潤濕性差 

從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點(diǎn) 

63Sn37Pb鉛錫焊膏再流焊溫度曲線 

三、無鉛焊接再流焊溫度曲線

四、有鉛、無鉛再流焊溫度曲線比較

五、從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點(diǎn)及對策

1、熔點(diǎn)高，要求無鉛焊接設(shè)備耐高溫，抗腐蝕。要求助焊劑耐高溫。

2、無鉛焊接的工藝窗口比鉛錫焊膏小，要求PCB表面溫C度更均勻。要求焊接設(shè)備橫向溫度均勻a.25-110°C/100-200sec,110~150°C/40~70sec,要求緩慢升溫，使整個(gè)PCB溫度均勻，減小PCB大小元器件因此要求焊接設(shè)備升溫、預(yù)熱區(qū)長度要加長。

b.150~217°C/50~70sec快速升溫區(qū)（助焊劑浸潤區(qū)）。

有鉛焊接從150°C升到183°C,升溫33°C,可允許在30-60sec之間完成，其升溫速率為0.55~1°C/sec；而無鉛焊接從150°C升到217°C,升溫67°C。只允許在50~70sec之間完成，其升溫速率為0.96^1.34°C/sec,要求升溫速率比有鉛高30%左右，另外由于無鉛比有鉛的熔點(diǎn)高34°C，溫度越高升溫越困難，如果升溫速率提不上去，長時(shí)間處在高溫下會使焊膏中助焊劑提前結(jié)束活化反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)會使PCB焊盤，元件引腳和焊膏中的焊料合金在高溫下重新氧化而造成焊接不良，因此要求助焊劑浸潤區(qū)有更高的升溫斜率。?

c.回流區(qū)峰值溫度235°C與FR-4基材PCB的極限溫度(240°C)差(工藝窗口)僅為5°C。如果PCB表面溫度是均勻的，那么實(shí)際工藝允許有5°C的誤差。假若PCB表面有溫度誤差>5°C,那么PCB某處已超過FR-4基材PCB的極限溫度240°C,會損壞PCB。對于簡單的產(chǎn)品，峰值溫度235-240°C可以滿足要求；復(fù)雜的產(chǎn)品需要提高到260°C。但是在實(shí)際回流焊中，如果最小峰值溫度為235°C,最大峰值溫度取決于板面的溫差，它取決于板的尺寸、厚度、層數(shù)、元件布局、Cu的分布以及元件尺寸和熱容）量。擁有大而復(fù)雜元件的大、厚印制板，典型高達(dá)20^25°C。為了減小，滿足小的無鉛工藝窗口。爐子的熱容量也是很重要的因素。要求再流焊爐橫向溫差＜2°C,同時(shí)要求有兩個(gè)回流加熱區(qū)。

d.由于焊接溫度高，為了防止由于焊點(diǎn)冷卻凝固時(shí)間過長，造成焊點(diǎn)結(jié)晶顆粒長大；另外，加速冷卻可以防止產(chǎn)生偏析，避免枝狀結(jié)晶的形成，因此要求焊接設(shè)備增加冷卻裝置，使焊點(diǎn)快速降溫。

e.由于高溫，PCB容易變形，特別是拼板，因此對于大尺寸的PCB需要增加中間支撐。

f.為了減小爐子橫向溫差釆取措施：帶加熱器的導(dǎo)軌、選用散熱性小的材料、定軌向爐內(nèi)縮進(jìn)等技術(shù)。

3、浸潤性差

六、無鉛焊對PCB板焊盤設(shè)計(jì)的改進(jìn)要求

1、插件元件接地或接電源焊盤改進(jìn)

1個(gè)接地或接電源的插件元件焊盤，其四周皆接地， 熱量經(jīng)大銅箔急劇散熱，在有鉛時(shí)因焊接要求的溫度低和熱容量小，對焊接影響不大;但進(jìn)入無鉛焊后，焊接要求的溫度高和熱容量大,無鉛焊錫的潤濕性和流動擴(kuò)散性差，使焊錫融熔不充分，造成冷焊虛焊,焊點(diǎn)壽命也會降低；因此, 要求設(shè)計(jì)成的焊盤，只通過焊盤一端接地。因無鉛手工焊和波峰焊溫度高，高溫下無鉛焊錫會腐蝕銅箔，特別是焊接時(shí)間越長時(shí)。

2、貼片元件接地或接電源焊盤改進(jìn)無鉛焊接的回流焊溫度提高，無鉛焊錫熔化時(shí)的熱容量和張力的變大，當(dāng)貼片元件的焊盤是接地或接電源大銅箔的一部分時(shí)，會在回流焊時(shí)因元件的兩焊盤上的焊膏熔化時(shí)間差導(dǎo)，致元件豎立或翹起和虛焊顯著增加。

3、PCB板工藝推薦和局部波峰焊接介紹

1）只要整機(jī)安裝可能,板面尺寸設(shè)計(jì)可大些,以便能使用“單面貼片+插件波峰焊”工藝，從而減少工藝過程，提高質(zhì)量，降低成本。

2）要求技術(shù)中心對PALM機(jī)主板/TV主板等其他須雙面貼片的板子按局部波峰焊接進(jìn)行設(shè)計(jì),從而在批量生產(chǎn)時(shí)使用局部波峰焊接。同時(shí)，試產(chǎn)和小批量的產(chǎn)品可考慮使用選擇性波峰焊。 

3）局部波峰焊接介紹:利用人造石等制作波峰焊托板,將不須焊接的部位屏蔽掉,讓插件元件引腳露出來,使用傳統(tǒng)的雙波波峰焊完成插件元件的焊接。

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