XXXX工艺部工艺部XXXXXXXXXX0756-8696189,13532256653,huaqingchenzhyuehua.com.cn工艺部个人资料内容简介内容简介l焊接相关原理 l为什么导入无铅l无铅与有铅工艺区别l无铅导入影响l无铅质量评定l无铅应用管理工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理工艺部内部资料是是最最常常用用的的一一种种电电气气连连接接方方式式焊焊接接是是连连接接方方式式的的一一种种焊接相关原理焊接相关原理1.电子装配的核心电子装配的核心连接技术：焊接技术连接技术：焊接技术2.焊接技术的重要性焊接技术的重要性 焊点是元器件与印制焊点是元器件与印制电路板电气连接和机械连接的连接点。电路板电气连接和机械连接的连接点。3.焊点的结构和强度就决定了电子产品的性能焊点的结构和强度就决定了电子产品的性能和可靠性。和可靠性。工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理烙铁焊接烙铁焊接浸焊浸焊波峰焊波峰焊再流焊再流焊二二.焊接方法（钎焊技术）焊接方法（钎焊技术）工艺部内部资料工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理焊接学中，把焊接温度低于450的焊接称为软钎焊，所用焊料为软钎焊料三三.软钎焊软钎焊1.钎料熔点低于焊件熔点。钎料熔点低于焊件熔点。2.加热到钎料熔化，润湿焊件。加热到钎料熔化，润湿焊件。3.焊接过程焊件不熔化。焊接过程焊件不熔化。4.焊接过程需要加焊剂。（清除氧化层）焊接过程需要加焊剂。（清除氧化层）5.焊接过程可逆。（解焊）焊接过程可逆。（解焊）电子焊接是通过熔融的焊料合金与两个被焊接 金属表面之间生成金属间合金层（焊缝），从而实现两个被焊接金属之间电气与机械连接的焊接技术。工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理四四.焊接机理焊接机理当焊料被加热到熔点以上，焊接金属表面在助焊剂的当焊料被加热到熔点以上，焊接金属表面在助焊剂的活化活化作用作用下，对金属表面的氧化层和污染物起到下，对金属表面的氧化层和污染物起到清洗清洗作用，同时使金属作用，同时使金属表面获得足够的激活能。熔融的焊料在经过助焊剂净化的金属表面获得足够的激活能。熔融的焊料在经过助焊剂净化的金属表面上进行表面上进行浸润、发生扩散、溶解、冶金结合浸润、发生扩散、溶解、冶金结合，在焊料和被焊，在焊料和被焊接金属表面之间生成金属间结合层（焊缝），冷却后使焊料凝接金属表面之间生成金属间结合层（焊缝），冷却后使焊料凝固，形成焊点。焊点的抗拉强度与金属间结合层的结构和厚度固，形成焊点。焊点的抗拉强度与金属间结合层的结构和厚度有关有关锡焊过程锡焊过程锡焊过程锡焊过程焊接过程是焊接金属表面、助焊剂、熔融焊料和空气焊接过程是焊接金属表面、助焊剂、熔融焊料和空气焊接过程是焊接金属表面、助焊剂、熔融焊料和空气焊接过程是焊接金属表面、助焊剂、熔融焊料和空气等之间相互作用的复杂过程等之间相互作用的复杂过程等之间相互作用的复杂过程等之间相互作用的复杂过程工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理表面清洁表面清洁焊件加热焊件加热熔锡润湿熔锡润湿扩散结合层扩散结合层冷却后形成焊点冷却后形成焊点物理学物理学物理学物理学润湿、黏度、毛细管现象、热传导、扩散、溶解润湿、黏度、毛细管现象、热传导、扩散、溶解化学化学化学化学助焊剂分解、氧化、还原、电极电位助焊剂分解、氧化、还原、电极电位助焊剂分解、氧化、还原、电极电位助焊剂分解、氧化、还原、电极电位冶金学冶金学冶金学冶金学合金、合金层、金相、老化现象合金、合金层、金相、老化现象合金、合金层、金相、老化现象合金、合金层、金相、老化现象电学电学电学电学电阻、热电动势电阻、热电动势电阻、热电动势电阻、热电动势材料力学材料力学材料力学材料力学强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理（1 1）松香去除氧化膜松香去除氧化膜松香的主要成分是松香酸，融点为松香的主要成分是松香酸，融点为7474。170170 呈活性反应，呈活性反应， 300300以上无活性。松香酸和以上无活性。松香酸和Cu2OCu2O反应生成松香酸反应生成松香酸 铜。松香酸在常温下和铜。松香酸在常温下和300300以上不能和以上不能和Cu2OCu2O起反应。起反应。（2 2）溶融盐去除氧化膜溶融盐去除氧化膜一般采用氯离子一般采用氯离子ClCl- -或氟离子或氟离子F- F- ，使氧化膜生，使氧化膜生 成氯化物或氟化物。成氯化物或氟化物。（3 3）母材被熔融母材被熔融活性强的助焊剂容易熔融母材。活性强的助焊剂容易熔融母材。（4 4）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。u 助焊剂与母材的反应助焊剂与母材的反应助焊剂与母材的反应助焊剂与母材的反应uu焊料与母材的反应焊料与母材的反应焊料与母材的反应焊料与母材的反应u 助焊剂与焊料的反应助焊剂与焊料的反应助焊剂与焊料的反应助焊剂与焊料的反应（1 1）助焊剂中活性剂在加热时能释放出的助焊剂中活性剂在加热时能释放出的HClHCl，与，与SnOSnO起还原反应。起还原反应。 （2 2）活性剂的活化反应产生激活能，减小界面张力，提高浸润性。活性剂的活化反应产生激活能，减小界面张力，提高浸润性。（3 3）焊料氧化，产生锡渣焊料氧化，产生锡渣。(1) (1) 润湿、扩散、溶解、润湿、扩散、溶解、冶金结合，形成冶金结合，形成结合层结合层工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理润湿润湿扩散扩散溶解溶解冶金结合，形成冶金结合，形成结合层结合层五五.焊锡过程焊锡过程液体在固体表面漫流的物理现象润湿是物质固有的性质润湿是焊接的首要条件润湿是焊接的首要条件=焊料和母材之间的界面焊料和母材之间的界面 与焊料表面切线之间的夹角与焊料表面切线之间的夹角（1 1）润湿）润湿润湿角润湿角焊点的最佳润湿角焊点的最佳润湿角 Cu-Pb/Sn 1545 当当=0时，完全润湿时，完全润湿；当当=180时，完全不润湿时，完全不润湿工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理（a）液态焊料与母材之间有良好的亲和力，能互相溶解。 互溶程度取决于：原子半径和晶体类型。因此润湿是物质固有的性质（b）液态焊料与母材表面清洁，无氧化层和其它污染物。 清洁的表面使焊料与母材原子紧密接近，产生引力，称为润湿力。(当焊料 与被焊金属之间有氧化层和其它污染物时，妨碍金属原子自由接近，不能产生润湿作用。这是形成虚焊的原因之一)u润湿润湿条件条件表面张力在不同相共同存在的体系中，由于相界面分子与体相内分子之间作用力不同，导致相界面总是趋于最小的现象。 由于液体内部分子受到四周分子的作用力是对称的，作用彼此抵消，合力=0。但是液体表面分子受到液体内分子的引力大于大气分子对它的引力，因此液体表面都有自动缩成最小的趋势。*表面张力表面张力熔融焊料在金属表面也有表面张力现象大气大气工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理液体表面分子受液体内分子的引力大气分子引力液体表面分子受液体内分子的引力大气分子引力液体内部分子受力合力液体内部分子受力合力=0=0u表面张力与润湿表面张力与润湿力力熔融焊料在金属表面润湿的程度除了与液态焊料与母材表面清洁程度有关，熔融焊料在金属表面润湿的程度除了与液态焊料与母材表面清洁程度有关，还与液态焊料的表面张力有关。还与液态焊料的表面张力有关。 表面张力与润湿力的方向相反，不利于润湿。表面张力与润湿力的方向相反，不利于润湿。 表面张力是物质的本性，不能消除，但可以改变表面张力是物质的本性，不能消除，但可以改变。再流焊再流焊当焊膏达到熔融温度时，在当焊膏达到熔融温度时，在平衡平衡平衡平衡的表面张力的作用下，的表面张力的作用下，会产生会产生自定位效应自定位效应（self alignment）。表面张力使再流焊工艺对）。表面张力使再流焊工艺对贴装精度要求比较宽松，比较容易实现高度自动化与高速度。同时贴装精度要求比较宽松，比较容易实现高度自动化与高速度。同时也正因为也正因为“再流动再流动”及及“自定位效应自定位效应”的特点的特点,要求设计张力平衡要求设计张力平衡工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理波峰焊波峰焊波峰焊时，由于表面张力与润湿力的方向相反，因波峰焊时，由于表面张力与润湿力的方向相反，因此表面张力是不利于润湿的因素之一此表面张力是不利于润湿的因素之一SMDSMD波峰焊时波峰焊时表面张力表面张力造成阴影效应造成阴影效应再流焊工艺对焊盘设计、元器件标准化有更严格的要求。如果表面张力再流焊工艺对焊盘设计、元器件标准化有更严格的要求。如果表面张力不平衡，焊接后会出现元件位置偏移、吊桥、桥接、等焊接缺陷。不平衡，焊接后会出现元件位置偏移、吊桥、桥接、等焊接缺陷。u表面张力副作用表面张力副作用工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理u粘度与表面张力粘度与表面张力 熔融合金的粘度与表面张力是焊料的重要性能。熔融合金的粘度与表面张力是焊料的重要性能。 优良的焊料熔融时应具有低的粘度和表面张力，以增加焊料的流动性及优良的焊料熔融时应具有低的粘度和表面张力，以增加焊料的流动性及 被焊金属之间的润湿性。被焊金属之间的润湿性。 锡铅合金的粘度和表面张力与合金的成分密切相关锡铅合金的粘度和表面张力与合金的成分密切相关锡铅合金配比与表面张力及粘度的关系（锡铅合金配比与表面张力及粘度的关系（280测试）测试）配比（配比（W%）表面张力表面张力(N/cm)粘度（粘度（mPas)SnPb20804.6710-32.7230704.710-32.4550504.7610-32.1963374.910-31.9780205.1410-31.92 表表 mn/m 粘粘 面面 度度 张张 540 力力 520 500 T（） 480 10 20 30 40 50 Pb含量含量% 工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理u焊接中降低表面张力和黏度的措施焊接中降低表面张力和黏度的措施提高温度升温可以降低黏度和表面张力的作用。 升高温度可以增加熔融焊料内的分子距离减小焊料内分子对表面分子的引力适当的金属合金比例Sn的表面张力很大，增加Pb可以降低表面张力。 63Sn/37Pb表面张力明显减小增加活性剂增加活性剂能有效地降低焊料的表面张力，还可以去掉焊料的表面能有效地降低焊料的表面张力，还可以去掉焊料的表面 氧化层。氧化层。改善焊接环境改善焊接环境采用氮气保护焊接可以减少高温氧化。提高润湿性采用氮气保护焊接可以减少高温氧化。提高润湿性工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理（2 2）扩散扩散扩散扩散金属原子以结晶排列，原子间作用力平衡，金属原子以结晶排列，原子间作用力平衡，保持晶格的形状和稳定。保持晶格的形状和稳定。 当金属与金属接触时，界面上晶格紊乱当金属与金属接触时，界面上晶格紊乱导致部分原子从一个晶格点阵移动到另一个导致部分原子从一个晶格点阵移动到另一个晶格点阵。晶格点阵。表面扩散；晶内扩散；晶界扩散；选择扩散。相互距离（金属表面清洁，无氧化层和其它杂 质两块金属原子间才会发生引力）温度（在一定温度下金属分子才具有动能）扩散条件：（3 3）溶解溶解溶解溶解母材表面的Cu分子溶解到熔融的液态焊料中工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理PbSnSn表面扩散表面扩散向晶粒内扩散向晶粒内扩散分割晶粒扩散分割晶粒扩散选择扩散选择扩散Cu表面表面熔融 Sn/Pb 焊料侧晶粒晶粒uu表面扩散、晶内扩散、晶界扩散、选择扩散示意图表面扩散、晶内扩散、晶界扩散、选择扩散示意图表面扩散、晶内扩散、晶界扩散、选择扩散示意图表面扩散、晶内扩散、晶界扩散、选择扩散示意图工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理（4 4）冶金结合，形成）冶金结合，形成）冶金结合，形成）冶金结合，形成结合层（金属间扩散、溶解的结果）结合层（金属间扩散、溶解的结果）结合层（金属间扩散、溶解的结果）结合层（金属间扩散、溶解的结果）金属间结合层金属间结合层Cu3Sn和和Cu6Sn5金属间结合层金属间结合层Cu3Sn和和Cu6Sn5以以63Sn/37Pb焊料为例，焊料为例，共晶点为共晶点为183 焊接后（焊接后（210-230）生成金属间结合层：生成金属间结合层：Cu6Sn5和Cu3Sn最后冷却凝固形成焊点最后冷却凝固形成焊点工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理六六.焊点可靠性分析焊点可靠性分析影响焊点强度的主要因素：（1）金属间合金层（金属间结合层）质量与厚度（2）焊接材料的质量（3）焊料量（4）PCB设计当温度达到当温度达到210-230时，时， Sn向向Cu表面扩散，而表面扩散，而Pb不扩散。初期生成的不扩散。初期生成的Sn-Cu合金为：合金为：Cu6Sn5（相）。其中相）。其中Cu 的重量百分比含量约为的重量百分比含量约为40%.随随着温度升高和时间延长，着温度升高和时间延长， Cu 原子渗透（溶解）到原子渗透（溶解）到Cu6Sn5 中，局部结构中，局部结构转变为转变为Cu3Sn（相），相）， Cu 含量由含量由40%增加到增加到66%。当温度继续升高和时。当温度继续升高和时间进一步延长，间进一步延长， Sn/Pb焊料中的焊料中的Sn不断向不断向Cu表面扩散，在焊料一侧只留表面扩散，在焊料一侧只留下下Pb，形成富，形成富Pb层。层。 Cu6Sn5和富和富Pb层之间的的界面结合力非常脆弱，层之间的的界面结合力非常脆弱，当受到温度、振动等冲击，就会在焊接界面处发生裂纹。当受到温度、振动等冲击，就会在焊接界面处发生裂纹。以以以以63Sn/37Pb63Sn/37Pb焊料与焊料与焊料与焊料与CuCu表面焊接为例表面焊接为例表面焊接为例表面焊接为例工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理*4m时时，由于金属间合金层太厚，由于金属间合金层太厚，使连接处失去弹性，由于金属间结合使连接处失去弹性，由于金属间结合层的结构疏松、发脆，也会使强度小。层的结构疏松、发脆，也会使强度小。*厚度为厚度为0.5m时抗拉强度最佳时抗拉强度最佳；*0.54m时的抗拉强度可接受；时的抗拉强度可接受；*0.5m时，由于金属间时，由于金属间 合金层太薄，几乎没有强度；合金层太薄，几乎没有强度；u金属间合金层厚度与抗拉强度的关系金属间合金层厚度与抗拉强度的关系工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理u金属间结合层的质量与厚度与以下因素有关金属间结合层的质量与厚度与以下因素有关(a)焊料的合金成份和氧化程度要求焊膏的合金组分尽量达到共晶或近共焊料的合金成份和氧化程度要求焊膏的合金组分尽量达到共晶或近共 晶；含氧量应小于晶；含氧量应小于0.5%，最好控制在，最好控制在80ppm以下）以下）(b) 助焊剂质量（净化表面，提高浸润性）助焊剂质量（净化表面，提高浸润性）(c) 被焊接金属表面的氧化程度（在净化表面，才能发生化学扩散反应）被焊接金属表面的氧化程度（在净化表面，才能发生化学扩散反应）(d) 焊接温度和焊接时间焊接温度和焊接时间焊点和元件受热的热量随温度和时间的增加而增加。焊点和元件受热的热量随温度和时间的增加而增加。 金属间结合层的厚度与焊接温度和时间成正比。金属间结合层的厚度与焊接温度和时间成正比。例如例如183以上，但没有达到以上，但没有达到210230时在时在Cu和和Sn之间的扩散、溶解，不之间的扩散、溶解，不能生成足够的金属间结合层。只有在能生成足够的金属间结合层。只有在220 维持维持2秒钟的条件下才能生成良秒钟的条件下才能生成良性的结合层。但焊接温度更高时，扩散反应率就加速，就会生成过多的恶性性的结合层。但焊接温度更高时，扩散反应率就加速，就会生成过多的恶性金属间结合层。焊点变得脆性而多孔。金属间结合层。焊点变得脆性而多孔。u焊接热量是温度和时间的函数焊接热量是温度和时间的函数运用焊接理论正确设置温度曲线才能获得最好焊点质量运用焊接理论正确设置温度曲线才能获得最好焊点质量运用焊接理论正确设置温度曲线才能获得最好焊点质量运用焊接理论正确设置温度曲线才能获得最好焊点质量工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理Sn-Pb系焊料金相图系焊料金相图A-B-C线线液相线液相线A-D、C-E线线固相线固相线D-F、E-G线线溶解度曲线溶解度曲线D-B-E线线共晶点共晶点L区区液体状态液体状态L+ 、L+ 区区二相混合二相混合状态状态 + 区区凝固状态凝固状态有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金最佳焊接最佳焊接温度线温度线液态液态固态固态(2) (2) 焊接材料的质焊接材料的质焊接材料的质焊接材料的质量量量量工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理(2) (2) 焊接材料的质焊接材料的质焊接材料的质焊接材料的质量量量量液态时的成分：液态时的成分：液态时的成分：液态时的成分：LSn+CuLSn+Cu6 6SnSn5 5+Ag+Ag3 3SnSn在平衡状态凝固的结晶是很规则的形状（冷却速度无限慢时）实际生产条件下是非实际生产条件下是非实际生产条件下是非实际生产条件下是非平衡状态凝固的结晶平衡状态凝固的结晶平衡状态凝固的结晶平衡状态凝固的结晶 共晶点共晶点 Sn-3.24Ag-Sn-3.24Ag-0.57CU(WT%) 217.70.57CU(WT%) 217.7工艺部内部资料焊接相关原理焊接相关原理（3）与焊料量有关）与焊料量有关（4）PCB设计设计工艺部内部资料为什么导入无铅为什么导入无铅1.Where Did RoHS Come From？DIRECTIVE 2002/95/EC DIRECTIVE 2002/95/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCILOF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCILof 27 Januaryof 27 January 20032003,Published on OJ on 13 Feb.2003,Published on OJ on 13 Feb.2003on the on the restriction of the use estriction of the use of certain f certain hazardous azardous substances in electrical and ubstances in electrical and electronic electronic equipmentequipment【RoHSRoHS】关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质的指令关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质的指令工艺部内部资料为什么导入无铅为什么导入无铅RoHS的核心内容的核心内容自2006年07月01日起禁止进入欧盟市场的电子电器产品中含有超过设定水平的下列有毒有害物质（有部分豁免） ：Cadmium *（Cd）Mercury *（Hg）Lead *（Pb）Hexavalent chromium（Cr6）Polybrominated biphenyls (PBB)- 卤系有机化合物Polybrominated diphenyl ethers (PBDE)* 包括其金属与其化合物设备制造者最关心的就是含铅焊料的禁止使用工艺部内部资料为什么导入无铅为什么导入无铅RoHS生产者及其责任生产者及其责任Manufacturers will need to ensure that their products - and the components of such products - comply with the requirements of the Regulations.（生产者必须确保自己电子电器产品以及部件符合RoHS的要求）The Regulations will also have an impact onthose who import EEE into the European Union on a professional basis（以欧盟为基地的电子电器进口商）those who export to other Member States（欧盟成员之间的贸易商）those who rebrand other manufacturers EEE as their own.（重新贴牌的品牌商）工艺部内部资料为什么导入无铅为什么导入无铅u 建立相应的管理体系建立相应的管理体系应对措施应对措施u 环境品质保证管理体系的建立环境品质保证管理体系的建立（Life Cycle Assessment （LCA）System或或ISO 14040 Series）n 工厂自身体系的建立n 绿色供应链的建立u 来料不含有环境管理禁用物质的保证体系来料不含有环境管理禁用物质的保证体系n 产品的环境管理物质的检测和报告n 材料和零件相关成分的了解和收集n 相关化学物质的毒性和禁用信息（MSDS）的收集工艺部内部资料为什么导入无铅为什么导入无铅u铅的危害铅的危害铅在生活中铅在生活中, ,应用广泛应用广泛, ,但操作中但操作中, ,受到的危害并不大受到的危害并不大, ,重点在於重点在於, ,含铅废物处理不当导致铅的浸出以及循环然后进入生态系统含铅废物处理不当导致铅的浸出以及循环然后进入生态系统, ,会会对人的神经系统对人的神经系统, ,生育系统有不良影响生育系统有不良影响. .关键：关键：Pb Pb2工艺部内部资料无铅与有铅的区别无铅与有铅的区别一无铅工艺与有铅工艺比较一无铅工艺与有铅工艺比较有铅技术有铅技术有铅技术有铅技术无铅技术无铅技术无铅技术无铅技术设备方面设备方面设备方面设备方面印、贴、焊、检印、贴、焊、检印、贴、焊、检印、贴、焊、检只有焊接设备有特殊要求只有焊接设备有特殊要求只有焊接设备有特殊要求只有焊接设备有特殊要求焊接原理焊接原理焊接原理焊接原理 相同相同相同相同工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程工艺方法工艺方法工艺方法工艺方法元器件元器件元器件元器件有铅有铅有铅有铅无铅无铅无铅无铅PCBPCB焊接材料焊接材料焊接材料焊接材料温度曲线温度曲线温度曲线温度曲线工艺窗口大工艺窗口大工艺窗口大工艺窗口大温度高、工艺窗口小温度高、工艺窗口小温度高、工艺窗口小温度高、工艺窗口小焊点焊点焊点焊点润湿性好润湿性好润湿性好润湿性好润湿性差润湿性差润湿性差润湿性差检测标准检测标准检测标准检测标准IPC-A-610CIPC-A-610CIPC-A-610DIPC-A-610D管理管理管理管理要求更严格要求更严格要求更严格要求更严格工艺部内部资料无铅与有铅的区别无铅与有铅的区别u 63Sn37Pb铅锡焊膏再流焊温度曲线铅锡焊膏再流焊温度曲线 工艺部内部资料无铅与有铅的区别无铅与有铅的区别u无铅焊接再流焊温度曲线无铅焊接再流焊温度曲线工艺部内部资料无铅与有铅的区别无铅与有铅的区别焊膏膏类型型铅锡焊膏膏（63Sn37Pb）无无铅焊膏膏（Sn -Ag -Cu）升温区升温区温度温度25100 0C25110 0C时间6090 sec100200 sec工工艺窗口窗口要求要求缓慢升温慢升温预热区区温度温度100150 0C110150 0C时间6090 sec4070 sec快速快速升温区升温区温度温度150183 0C150217 0C时间3060 sec5070 sec工工艺窗口窗口30 sec20 sec回流回流（焊接区）接区）峰峰值温度温度210230 0C235245 0CPCB极限温度（极限温度（FR-4）240 0C240 0C工工艺窗口窗口240-210= 300C240-235= 5 0C回流回流时间6090 sec5060 sec工工艺窗口窗口30 sec10 sec有有铅铅与与无无铅铅再再流流焊焊温温度度曲曲线线比比较较工艺部内部资料无铅与有铅的区别无铅与有铅的区别 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。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。 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，无铅焊接的工艺窗口比铅锡焊膏小， 要求要求PCB表面温度更均匀。要求焊接设备横向温度均匀。表面温度更均匀。要求焊接设备横向温度均匀。 a. 25110 /100200 sec，110150/4070 sec，要求缓慢升温，使整个要求缓慢升温，使整个 PCB温度均匀，减小温度均匀，减小PCB及大小元器件及大小元器件t，要求设备升温、预热区要加长，要求设备升温、预热区要加长 b. 150217/5070sec快速升温区（助焊剂浸润区）。有铅快速升温区（助焊剂浸润区）。有铅150到到183在在3060 sec完成，速率完成，速率51/sec；无铅；无铅150到到217，5070sec之间完成，速之间完成，速率为率为0.961.34/sec，速率比有铅高，速率比有铅高30%，由于无铅比有铅的熔点高，由于无铅比有铅的熔点高34，温，温度越高升温越困难，度越高升温越困难， 如果如果升温速率提不上去，长时间处在高温下会使焊膏中助升温速率提不上去，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。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。u从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点及对策从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点及对策工艺部内部资料无铅与有铅的区别无铅与有铅的区别uu无铅焊料合金的熔点无铅焊料合金的熔点无铅焊料合金的熔点无铅焊料合金的熔点合金成分合金成分熔点（熔点（ ）Sn-37PbSn-37Pb（传统）（传统）183183Sn-58BiSn-58Bi138138Sn-20In-2.8AgSn-20In-2.8Ag179-189179-189Sn-10Bi-5ZnSn-10Bi-5Zn168-190168-190Sn-8.8ZnSn-8.8Zn198.5198.5Sn-3.5Ag-4.8BiSn-3.5Ag-4.8Bi205-210205-210Sn-7.5Bi-2Ag-0.5CuSn-7.5Bi-2Ag-0.5Cu213-218213-218Sn95.8Ag3.5Cu0.7Sn95.8Ag3.5Cu0.7217-218217-218Sn-3.5Ag-1.5InSn-3.5Ag-1.5In218218Sn96.5Ag3.0Cu0.5Sn96.5Ag3.0Cu0.5216-220216-220Sn-3.5AgSn-3.5Ag221221Sn-2AgSn-2Ag221-226221-226Sn-0.7Cu-Ni(Sn-0.7Cu-Ni(用于波峰焊用于波峰焊) )227227Sn-5SbSn-5Sb232-240232-240工艺部内部资料无铅与有铅的区别无铅与有铅的区别uSn63Pb37与与SnAg3.8Cu0.7性能比较性能比较合金合金成分成分密度密度g/mm2熔点熔点膨胀膨胀系数系数10-6热传导热传导率率Wm-1K-1电导率电导率%IACS电阻电阻系数系数M-cm表面表面张力张力260mNm-1Sn63Sn63Sn63Sn63Pb37Pb37Pb37Pb378.518323.95011.515481SnSnSnSn Ag3.8Ag3.8Ag3.8Ag3.8Cu0.7Cu0.7Cu0.7Cu0.77.521723.573.215.611548工艺部内部资料无铅与有铅的区别无铅与有铅的区别目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料是三元共晶或近共晶形式的Sn-Ag-Cu焊料。Sn(34)wt%Ag(0.50.7)wt%Cu是可接受的范围，其熔点为217左右。美国采用Sn3.9Agwt%0.6wt%Cu无铅合金欧洲采用Sn3.8Agwt%0.7wt%Cu无铅合金日本采用Sn3. 0Agwt%0.5wt%Cu无铅合金Sn-0.7Cu-Ni焊料合金用于波峰焊。其熔点为227。手工电烙铁焊大多采用Sn-Cu、Sn-Ag或Sn-Ag-Cu焊料。u无铅焊锡的使用情况无铅焊锡的使用情况 SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu系焊料的最佳成分，存在差别，日本的研究当系焊料的最佳成分，存在差别，日本的研究当系焊料的最佳成分，存在差别，日本的研究当系焊料的最佳成分，存在差别，日本的研究当AgAg含量超过含量超过含量超过含量超过3.2wt%3.2wt%以后，拉伸强度降低，易造成寿命降低，因此用以后，拉伸强度降低，易造成寿命降低，因此用以后，拉伸强度降低，易造成寿命降低，因此用以后，拉伸强度降低，易造成寿命降低，因此用Sn3Ag0.5CuSn3Ag0.5Cu。工艺部内部资料无铅导入影响无铅导入影响u影响的区域影响的区域(1) 设计过程的影响(2) (2) SMT过程的影响(3) 波峰焊过程受到的影响(4) 制造过程受到的影响 焊盘大小的设计焊盘大小的设计 基板层数及布线的要求基板层数及布线的要求 选择零件的特性选择零件的特性 索索锡膏锡膏 炉温曲线炉温曲线 选择零件的特性选择零件的特性 温度曲线温度曲线 焊锡及溶剂焊锡及溶剂 选择零件的特性选择零件的特性 维护要求维护要求 烙铁的功率烙铁的功率 焊锡丝成分焊锡丝成分 焊接时间及温度焊接时间及温度 基板的等级基板的等级工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定一一一一. .检验及标准检验及标准检验及标准检验及标准检验的定义检验的定义品质的定义品质的定义检查的方法检查的方法: : 合格性的判定合格性的判定客户满意特性客户满意特性约定的标准约定的标准不确定不确定 及可改变的特性及可改变的特性标准的来源标准的来源国际标准国家标准行业标准客户标准企业标准协定标准 无铅的标准现在无铅的标准没有完现在无铅的标准没有完成成. .材料的标准还未定材料的标准还未定- - -自行制定自行制定? ?了解产品与工艺才能制定出更好的品质及检验标准了解产品与工艺才能制定出更好的品质及检验标准了解产品与工艺才能制定出更好的品质及检验标准了解产品与工艺才能制定出更好的品质及检验标准工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定二二二二. . 焊点质量评定标准焊点质量评定标准焊点质量评定标准焊点质量评定标准（1）100%全检原则全检原则（2）非破坏性原则）非破坏性原则（3）低成本原则）低成本原则（4）高效原则）高效原则2.目视检查放大倍数(1) (1) 目视检查：简便直观，是评定焊点外观质量的主要方法。 根据组装板的组装密度,应在25倍放大镜或320倍立体显微镜下检验（并借助照明）。 (2)自动检测技术（自动检测技术（AITAIT）：）：AOI、ICT、X-ray等。(3)其它检测：必要时做破坏性抽检，如金相组织分析等。1.检测方法焊盘宽度或直径焊盘宽度或直径检测放大倍数检测放大倍数仲裁放大倍数仲裁放大倍数1.0mm1.75X4X0.51.0mm4X10X0.250.5mm10X20X0.23mm20X40X3.检测原则工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定三三三三. . 焊点质量要求焊点质量要求焊点质量要求焊点质量要求 总的要求总的要求总的要求总的要求 焊接点润湿性好，表面应完整、连续平滑、焊料量适中，无大气孔、焊接点润湿性好，表面应完整、连续平滑、焊料量适中，无大气孔、焊接点润湿性好，表面应完整、连续平滑、焊料量适中，无大气孔、焊接点润湿性好，表面应完整、连续平滑、焊料量适中，无大气孔、砂眼，砂眼，砂眼，砂眼， 焊点位置应在规定范围内焊点位置应在规定范围内焊点位置应在规定范围内焊点位置应在规定范围内, , 不能有脱焊、吊桥、拉尖、虚焊、桥不能有脱焊、吊桥、拉尖、虚焊、桥不能有脱焊、吊桥、拉尖、虚焊、桥不能有脱焊、吊桥、拉尖、虚焊、桥接、漏焊等不良焊点。接、漏焊等不良焊点。接、漏焊等不良焊点。接、漏焊等不良焊点。1. 焊点的润湿性好，呈弯月形状，焊点的润湿性好，呈弯月形状， 插装元件的润湿角插装元件的润湿角应小于应小于90，以，以1545为最好，见图为最好，见图(a)； 片式元件的润湿角片式元件的润湿角小于小于90，焊料应在片式元件金属化端头处全面，焊料应在片式元件金属化端头处全面 铺开，形成连续均匀的覆盖层，见图铺开，形成连续均匀的覆盖层，见图(b)。(b)贴装元件焊点贴装元件焊点(a)插装元件焊点插装元件焊点工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定2. 焊料量适中，避免过多或少。3. 焊点表面表面应完整、连续平滑，但不要求极光亮。4. 元器件焊端或引脚在焊盘上的位置偏差应符合规定要求。5. 焊点允许有孔洞缺陷, 但其孔洞直径不得大于焊点尺寸的1/5, 且一个焊 点上不能超过二个孔洞(肉眼观察)。6. 要求双面板插装元件引脚的插装孔上锡好。7. 焊接后贴装元件无损坏、端头电极无脱落；插装件要端正, 不能有扭 曲、倾斜等。8. 元器件的安装位置、型号、标称值和特征标记等应与装配图相符。9. 焊接后不允许损坏焊盘和印制电路板。三三三三. . 焊点质量要求焊点质量要求焊点质量要求焊点质量要求检查的标准是因位置而不同，但最基本的要求，功能不可有缺陷例如：透明外壳的产品比一般的产品对内部的焊点要求严格一些工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定四四四四. . 焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例1. 1. 不合格焊接不合格焊接2. 2. 合格焊接合格焊接工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定四四四四. . 焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例Soldering Acceptability Requirements可接受标准可接受标准工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定四四四四. . 焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例Soldering Acceptability Requirements可接受标准可接受标准工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定Soldering Acceptability Requirements可接受标准可接受标准四四四四. . 焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定Soldering Acceptability Requirements可接受标准可接受标准四四四四. . 焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定Soldering Acceptability Requirements可接受标准可接受标准四四四四. . 焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定Soldering unacceptable Requirements不可接受标准可接受标准四四四四. . 焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定Soldering unacceptable Requirements不不不不可接受标准可接受标准四四四四. . 焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例不不浸浸润润工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定Soldering unacceptable Requirements不不不不可接受标准可接受标准四四四四. . 焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例半润湿半润湿半润湿半润湿工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定Soldering unacceptable Requirements不不不不可接受标准可接受标准四四四四. . 焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例冷冷冷冷焊焊焊焊工艺部内部资料无铅质量评定无铅质量评定四四四四. . 焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例焊点情况举例Not Specified - Class 1Acceptable - Class 2 Minimum 180 wetting present on lead and barrel, Figure7-113.Acceptable - Class 3 Minimum 270 wetting present on lead and barrel, Figure7-114.Target - Class 1,2,3 360 wetting present on lead and barrel.元元元元件面完全润湿件面完全润湿件面完全润湿件面完全润湿规规格格对对比比工艺部内部资料无铅应用管理无铅应用管理1).无铅材料的购入无铅材料的购入.应该有无铅制造的需求才进行购买应该有无铅制造的需求才进行购买. 2).无铅材料的成本比有铅高无铅材料的成本比有铅高.3).但无铅为新技术但无铅为新技术,其并不是品质好其并不是品质好,方便用方便用4).无铅材料与有铅的材料不应同批量无铅材料与有铅的材料不应同批量.一一.无铅材料的购入无铅材料的购入.二二.无铅材料的标示无铅材料的标示Pb1).铅与有铅材料的区别铅与有铅材料的区别,用一般的方法无法分出用一般的方法无法分出.最好的是标示最好的是标示2).无铅的标示有无铅的标示有(Pb-free)及图标字样及图标字样3).进库的物料在统一管理时要区分进库的物料在统一管理时要区分三三.无铅材料的退库无铅材料的退库 1).无铅材料退库时无铅材料退库时,如果原有标示损坏或有散件如果原有标示损坏或有散件(重点重点)要标示与收集要标示与收集 2).因为无铅村料与有铅材料在使用时温度相差因为无铅村料与有铅材料在使用时温度相差,会可能产生隐含性问题会可能产生隐含性问题 3).退库及管理最好是用两个料号进行管理退库及管理最好是用两个料号进行管理.四四.无铅材料的废弃无铅材料的废弃 - - - - - - - - - - 工艺部内部资料学无止境学无止境谢谢各位！关於无铅导入的相关制造过程关於无铅导入的相关制造过程的问题点如有需要请再连系的问题点如有需要请再连系www.cie-xh.cn 电子论谈电子论谈 SMT 第四期第四期 华清臣（华清臣（huaqingchen）