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1、无铅电子焊接技术介绍无铅电子焊接技术介绍顾霭云顾霭云2006年年12月月“无铅焊接技术无铅焊接技术”从有铅产品转到无铅产品是个复杂的过程，涉及到：从有铅产品转到无铅产品是个复杂的过程，涉及到：从有铅产品转到无铅产品是个复杂的过程，涉及到：从有铅产品转到无铅产品是个复杂的过程，涉及到：焊接材料（无铅合金、助焊剂）焊接材料（无铅合金、助焊剂）焊接材料（无铅合金、助焊剂）焊接材料（无铅合金、助焊剂）电子元器件电子元器件电子元器件电子元器件 印制板（材料、镀层）印制板（材料、镀层）印制板（材料、镀层）印制板（材料、镀层）无铅制程无铅制程无铅制程无铅制程 可靠性可靠性可靠性可靠性 成本等方面的挑战成本等
2、方面的挑战成本等方面的挑战成本等方面的挑战内容内容 一无铅焊料合金、一无铅焊料合金、一无铅焊料合金、一无铅焊料合金、PCB PCB PCB PCB焊盘及元件焊端表面镀层焊盘及元件焊端表面镀层焊盘及元件焊端表面镀层焊盘及元件焊端表面镀层 二无铅焊接的特点二无铅焊接的特点二无铅焊接的特点二无铅焊接的特点 三无铅焊接带来的问题三无铅焊接带来的问题三无铅焊接带来的问题三无铅焊接带来的问题 四关于过度时期无铅和有铅混用时可靠性讨论四关于过度时期无铅和有铅混用时可靠性讨论四关于过度时期无铅和有铅混用时可靠性讨论四关于过度时期无铅和有铅混用时可靠性讨论 五无铅焊接必须考虑相容性五无铅焊接必须考虑相容性五无铅
3、焊接必须考虑相容性五无铅焊接必须考虑相容性(材料、工艺、设计材料、工艺、设计材料、工艺、设计材料、工艺、设计)一无铅焊料合金、一无铅焊料合金、PCB PCB焊盘及元件焊盘及元件焊端表面镀层焊端表面镀层1 1.目前应用最多的无铅焊料合金目前应用最多的无铅焊料合金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晶形式的晶形式的晶形式的Sn-Ag-CuSn-Ag-Cu焊料。焊料。焊料。焊料。Sn(34)wt%Ag(0.50.7)wt%CuSn
4、(34)wt%Ag(0.50.7)wt%Cu是可接受的范围，其熔点为是可接受的范围，其熔点为是可接受的范围，其熔点为是可接受的范围，其熔点为217217左右。左右。左右。左右。美国美国美国美国采用采用采用采用Sn3.9Agwt%0.6wt%CuSn3.9Agwt%0.6wt%Cu无铅合金无铅合金无铅合金无铅合金欧洲欧洲欧洲欧洲采采采采用用用用Sn3.8Agwt%0.7wt%CuSn3.8Agwt%0.7wt%Cu无铅合金无铅合金无铅合金无铅合金日本日本日本日本采用采用采用采用Sn3.0Agwt%0.5wt%CuSn3.0Agwt%0.5wt%Cu无铅合金无铅合金无铅合金无铅合金Sn-0.7Cu
5、-NiSn-0.7Cu-NiSn-0.7Cu-NiSn-0.7Cu-Ni焊料合金用于波峰焊。焊料合金用于波峰焊。焊料合金用于波峰焊。焊料合金用于波峰焊。其熔点为其熔点为其熔点为其熔点为227227227227。手工电烙铁焊大多采用手工电烙铁焊大多采用手工电烙铁焊大多采用手工电烙铁焊大多采用Sn-CuSn-CuSn-CuSn-Cu、Sn-AgSn-AgSn-AgSn-Ag或或或或Sn-Ag-CuSn-Ag-CuSn-Ag-CuSn-Ag-Cu焊料。焊料。焊料。焊料。2.PCB焊盘表面材料焊盘表面材料有有有有铅铅铅铅无无无无铅铅铅铅Sn/PbSn/PbSn/PbSn/Pb热风热风热风热风整平（整平
6、（整平（整平（HASLHASLHASLHASL）无无无无铅铅铅铅HASLHASLHASLHASLNi/AuNi/AuNi/AuNi/Au（化学（化学（化学（化学镀镀镀镀NiNiNiNi和浸和浸和浸和浸镀镀镀镀金金金金ENIG ENIG ENIG ENIG，俗称水金板）俗称水金板）俗称水金板）俗称水金板）Ni/AuNi/AuNi/AuNi/AuCuCuCuCu表面涂覆表面涂覆表面涂覆表面涂覆OSPOSPOSPOSPCuCuCuCu表面涂覆表面涂覆表面涂覆表面涂覆OSPOSPOSPOSP浸浸浸浸银银银银（I I I IAgAgAgAg）浸浸浸浸银银银银（I I I IAgAgAgAg）浸浸浸浸锡锡
7、锡锡（I I I ISnSnSnSn）3.元器件焊端表面镀层材料元器件焊端表面镀层材料有引有引线线元件元件引引线线材料材料有引有引线线元器件元器件焊焊端端表面表面镀层镀层材料材料无引无引线线元器件元器件焊焊端端表面表面镀层镀层材料材料有有铅铅无无铅铅有有铅铅无无铅铅CuSn/PbSnSn/PbSnNiNi/AuNi42号号合金合金钢钢Ni/Pd/AuNi/Pd/AuSn/AgSn/AgSn/Ag/CuSn/Ag/CuSn/Ag/BiSn/Ag/Bi二无铅焊接的特点二无铅焊接的特点高温高温高温高温工艺窗口小工艺窗口小工艺窗口小工艺窗口小润湿性差润湿性差润湿性差润湿性差Sn63Pb37Sn63Pb
8、37与与SnAg3.8Cu0.7SnAg3.8Cu0.7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-1Sn63Sn63Sn63Sn63Pb37Pb37Pb37Pb378.518323.95011.515481SnSnSnSnAg3.8Ag3.8Ag3.8Ag3.8Cu0.7Cu0.7Cu0.7Cu0.77.521723.573.215.611548 浸润性差浸润性差 应对措施：应对措施：应对措施：应对措施：改良助焊剂活性改良助焊剂活性改良助焊剂活性改良
9、助焊剂活性修改模板开口设计修改模板开口设计修改模板开口设计修改模板开口设计提高印刷、贴装精度提高印刷、贴装精度提高印刷、贴装精度提高印刷、贴装精度 无铅焊点的特点无铅焊点的特点 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
10、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。浸润性差，要求助焊剂活性高。浸润性差，要求助焊剂活性高。浸润性差，要求助焊剂活性高。浸润性差，要求助焊剂活性高。Lead Free InspectionLead Free Solder PasteGrainy Surface表面粗糙表面粗糙表面粗糙表面粗糙Leaded Solder PasteSmooth&Shiny Surface表面光滑、光亮表面光滑、光亮表面光滑、光亮表面光滑、光亮Wetting is Reduced with Lead FreeStandard Eutectic Solder JointLead Free So
11、lder JointTypical Good Wetting Visible Fillet润湿好润湿好润湿好润湿好Reduced WettingNo Visible Fillet润湿减少润湿减少润湿减少润湿减少无铅无铅再流焊再流焊焊点焊点无铅无铅波峰焊波峰焊焊点焊点插装孔中焊料填充不充分插装孔中焊料填充不充分插装孔中焊料填充不充分插装孔中焊料填充不充分 无铅焊接常见缺陷无铅焊接常见缺陷三无铅焊接带来的问题三无铅焊接带来的问题 元件：要求元件耐高温，焊端无铅化。元件：要求元件耐高温，焊端无铅化。元件：要求元件耐高温，焊端无铅化。元件：要求元件耐高温，焊端无铅化。PCBPCBPCBPCB：PCBP
12、CBPCBPCB基材耐更高温度，不变形，表面镀覆无铅化基材耐更高温度，不变形，表面镀覆无铅化基材耐更高温度，不变形，表面镀覆无铅化基材耐更高温度，不变形，表面镀覆无铅化助焊剂：更好的润湿性，要与预热温度和焊接温度相匹配，助焊剂：更好的润湿性，要与预热温度和焊接温度相匹配，助焊剂：更好的润湿性，要与预热温度和焊接温度相匹配，助焊剂：更好的润湿性，要与预热温度和焊接温度相匹配，并满足环保要求。并满足环保要求。并满足环保要求。并满足环保要求。焊接设备：要适应新的焊接温度要求，抑制焊料高温氧化焊接设备：要适应新的焊接温度要求，抑制焊料高温氧化焊接设备：要适应新的焊接温度要求，抑制焊料高温氧化焊接设备：
13、要适应新的焊接温度要求，抑制焊料高温氧化工艺工艺工艺工艺:印刷、贴片、焊接、清洗、检测都要适应无铅要求印刷、贴片、焊接、清洗、检测都要适应无铅要求印刷、贴片、焊接、清洗、检测都要适应无铅要求印刷、贴片、焊接、清洗、检测都要适应无铅要求 可靠性问题：可靠性问题：可靠性问题：可靠性问题：机械强度、锡须、分层机械强度、锡须、分层机械强度、锡须、分层机械强度、锡须、分层Lift-offLift-off废料回收和再利用：从含废料回收和再利用：从含废料回收和再利用：从含废料回收和再利用：从含AgAgAgAg的的的的SnSnSnSn基无铅焊料中回收基无铅焊料中回收基无铅焊料中回收基无铅焊料中回收BiBiBi
14、Bi和和和和CuCuCuCu是十分困难的，回收是十分困难的，回收是十分困难的，回收是十分困难的，回收Sn-AgSn-AgSn-AgSn-Ag系合金是一个新课题。系合金是一个新课题。系合金是一个新课题。系合金是一个新课题。无铅焊接带来的问题无铅焊接带来的问题高温损坏元件高温损坏元件PCB 龟裂、气泡、分层龟裂、气泡、分层焊点机械强度焊点机械强度无铅焊料硬度比有铅硬，因此强度高。但不等于高可靠。无铅焊料硬度比有铅硬，因此强度高。但不等于高可靠。无铅焊料硬度比有铅硬，因此强度高。但不等于高可靠。无铅焊料硬度比有铅硬，因此强度高。但不等于高可靠。在应力低的地方，大多数民用、通信等领域，无铅焊点的在应力
15、低的地方，大多数民用、通信等领域，无铅焊点的在应力低的地方，大多数民用、通信等领域，无铅焊点的在应力低的地方，大多数民用、通信等领域，无铅焊点的机械强度比有铅的可靠性好；机械强度比有铅的可靠性好；机械强度比有铅的可靠性好；机械强度比有铅的可靠性好；在应力高的地方，例如军事、高低温、低气压等恶劣环境在应力高的地方，例如军事、高低温、低气压等恶劣环境在应力高的地方，例如军事、高低温、低气压等恶劣环境在应力高的地方，例如军事、高低温、低气压等恶劣环境下，由于无铅蠕变大，因此无铅比有铅的可靠性差。下，由于无铅蠕变大，因此无铅比有铅的可靠性差。下，由于无铅蠕变大，因此无铅比有铅的可靠性差。下，由于无铅蠕
16、变大，因此无铅比有铅的可靠性差。关于无铅焊点的可靠性（包括测试方法）还在最初的研究关于无铅焊点的可靠性（包括测试方法）还在最初的研究关于无铅焊点的可靠性（包括测试方法）还在最初的研究关于无铅焊点的可靠性（包括测试方法）还在最初的研究阶段。阶段。阶段。阶段。目前一般认为：民品达到三年寿命就可以了。目前一般认为：民品达到三年寿命就可以了。目前一般认为：民品达到三年寿命就可以了。目前一般认为：民品达到三年寿命就可以了。无铅焊点的可靠性与含铅焊点一样或更好一些无铅焊点的可靠性与含铅焊点一样或更好一些，这个说法正确吗？，这个说法正确吗？部分正确。部分正确。部分正确。部分正确。在大部分研究中，无铅焊料的可
17、靠性和含铅焊料一样或者在大部分研究中，无铅焊料的可靠性和含铅焊料一样或者在大部分研究中，无铅焊料的可靠性和含铅焊料一样或者在大部分研究中，无铅焊料的可靠性和含铅焊料一样或者更好。摩托罗拉公司在市场上投放了大约一百万部无铅蜂窝电话，有更好。摩托罗拉公司在市场上投放了大约一百万部无铅蜂窝电话，有更好。摩托罗拉公司在市场上投放了大约一百万部无铅蜂窝电话，有更好。摩托罗拉公司在市场上投放了大约一百万部无铅蜂窝电话，有一些是四年前投放的，可靠性与使用含铅焊料的蜂窝电话一样，或者一些是四年前投放的，可靠性与使用含铅焊料的蜂窝电话一样，或者一些是四年前投放的，可靠性与使用含铅焊料的蜂窝电话一样，或者一些是四
18、年前投放的，可靠性与使用含铅焊料的蜂窝电话一样，或者更好。更好。更好。更好。然而，一些研究显示，然而，一些研究显示，然而，一些研究显示，然而，一些研究显示，在撞击、跌落测试中，用无铅焊料装配的结果在撞击、跌落测试中，用无铅焊料装配的结果在撞击、跌落测试中，用无铅焊料装配的结果在撞击、跌落测试中，用无铅焊料装配的结果比较差。非常长期的可靠性也较不确定。比较差。非常长期的可靠性也较不确定。比较差。非常长期的可靠性也较不确定。比较差。非常长期的可靠性也较不确定。这方面的一个问题是，无铅这方面的一个问题是，无铅这方面的一个问题是，无铅这方面的一个问题是，无铅焊料中铜的高溶解性会在铜焊料的界面上产生焊料
19、中铜的高溶解性会在铜焊料的界面上产生焊料中铜的高溶解性会在铜焊料的界面上产生焊料中铜的高溶解性会在铜焊料的界面上产生“空洞空洞空洞空洞”。随着时间的。随着时间的。随着时间的。随着时间的推移，这些空洞有可能会削弱焊点的可靠性。推移，这些空洞有可能会削弱焊点的可靠性。推移，这些空洞有可能会削弱焊点的可靠性。推移，这些空洞有可能会削弱焊点的可靠性。与锡铅钎料相比，无铅钎料最大的不同是在再流焊和随后的热处理及与锡铅钎料相比，无铅钎料最大的不同是在再流焊和随后的热处理及与锡铅钎料相比，无铅钎料最大的不同是在再流焊和随后的热处理及与锡铅钎料相比，无铅钎料最大的不同是在再流焊和随后的热处理及热时效过程中热时
20、效过程中热时效过程中热时效过程中金属间化合物会进一步长大金属间化合物会进一步长大金属间化合物会进一步长大金属间化合物会进一步长大，从而影响长期可靠性。，从而影响长期可靠性。，从而影响长期可靠性。，从而影响长期可靠性。CuCuCu3SnCu3SnCu6Sn5Cu6Sn5S Sn-Ag-Cun-Ag-CuSn-Ag-Cu与与Cu焊接钎缝组织焊接钎缝组织空洞空洞空洞空洞四四关于过度时期无铅和有铅混用时可靠性讨论关于过度时期无铅和有铅混用时可靠性讨论(a)(a)无铅焊料与有铅焊端混用的问题无铅焊料与有铅焊端混用的问题无铅焊料与有铅焊端混用的问题无铅焊料与有铅焊端混用的问题无铅焊料中的无铅焊料中的Pb对
21、长期可靠性的影响是一个课题，需要对长期可靠性的影响是一个课题，需要更进一步研究。初步的研究显示：更进一步研究。初步的研究显示：焊点中焊点中焊点中焊点中PbPb含量的不同含量的不同含量的不同含量的不同对可靠性的影响是不同的对可靠性的影响是不同的对可靠性的影响是不同的对可靠性的影响是不同的，当含量在某一个中间范围时，当含量在某一个中间范围时，影响最大，这是因为在最后凝固形成结晶时，在影响最大，这是因为在最后凝固形成结晶时，在Sn枝界枝界面处，有偏析金相形成，这些偏析金相在循环负载下开面处，有偏析金相形成，这些偏析金相在循环负载下开始形成裂纹并不断扩大。例如：始形成裂纹并不断扩大。例如：25的的Pb
22、可以决定可以决定无铅焊料的疲劳寿命，但与无铅焊料的疲劳寿命，但与Sn-Pb焊料相比，可靠性相焊料相比，可靠性相差不大。差不大。有铅焊球与无铅焊料混用时有铅焊球与无铅焊料混用时“气孔多气孔多”有铅焊球与无铅焊料混用时，焊球上的有铅焊料先有铅焊球与无铅焊料混用时，焊球上的有铅焊料先熔，覆盖焊盘与元件焊端，助焊剂排不出去，造成熔，覆盖焊盘与元件焊端，助焊剂排不出去，造成气孔。气孔。气孔气孔气孔气孔183183217217(b)有铅焊料与无铅焊球混用的质量最差有铅焊料与无铅焊球混用的质量最差有铅焊料与无铅焊球混用时，有铅焊料与无铅焊球混用时，有铅焊料与无铅焊球混用时，有铅焊料与无铅焊球混用时，如果采用
23、如果采用如果采用如果采用有铅焊料的温有铅焊料的温度曲线度曲线，有铅焊料先熔，而，有铅焊料先熔，而无铅焊端（球）不能完全无铅焊端（球）不能完全无铅焊端（球）不能完全无铅焊端（球）不能完全熔化，使元件一侧的界面不能生成金属间合金层，熔化，使元件一侧的界面不能生成金属间合金层，熔化，使元件一侧的界面不能生成金属间合金层，熔化，使元件一侧的界面不能生成金属间合金层，BGABGA、CSPCSP一侧原来的结构被破坏而造成失效，因此一侧原来的结构被破坏而造成失效，因此一侧原来的结构被破坏而造成失效，因此一侧原来的结构被破坏而造成失效，因此有铅焊料与无铅焊端混用时质量最差。有铅焊料与无铅焊端混用时质量最差。有
24、铅焊料与无铅焊端混用时质量最差。有铅焊料与无铅焊端混用时质量最差。因此因此因此因此BGABGABGABGA、CSPCSPCSPCSP无铅焊球是不能用到有铅工艺中的无铅焊球是不能用到有铅工艺中的无铅焊球是不能用到有铅工艺中的无铅焊球是不能用到有铅工艺中的。183183217217解决措施：解决措施：解决措施：解决措施：提高焊接温度到提高焊接温度到提高焊接温度到提高焊接温度到235235左右左右左右左右在元件一侧的界面失效在元件一侧的界面失效五无铅焊接必须考虑相容性五无铅焊接必须考虑相容性(材料、工艺、设计材料、工艺、设计)（1 1）材料相容性）材料相容性）材料相容性）材料相容性 焊料合金和助焊剂
25、焊料合金和助焊剂焊料合金和助焊剂焊料合金和助焊剂 焊料和元器件焊料和元器件焊料和元器件焊料和元器件 焊料和焊料和焊料和焊料和PCBPCB焊盘涂镀层焊盘涂镀层焊盘涂镀层焊盘涂镀层（2 2）工艺相容性（再流焊、波峰焊和返修工艺）工艺相容性（再流焊、波峰焊和返修工艺）工艺相容性（再流焊、波峰焊和返修工艺）工艺相容性（再流焊、波峰焊和返修工艺）（3 3）设计相容性）设计相容性）设计相容性）设计相容性1无铅焊接必须注意材料的兼容性无铅焊接必须注意材料的兼容性 从从从从Sn-Ag-CuSn-Ag-Cu焊料与焊料与焊料与焊料与CuCu；Sn Sn合金与合金与合金与合金与Ni/AuNi/Au（ENIGENIG
26、）；）；）；）；Sn Sn系焊系焊系焊系焊料与料与料与料与4242号合金钢的界面反应和钎缝组织可看出：号合金钢的界面反应和钎缝组织可看出：号合金钢的界面反应和钎缝组织可看出：号合金钢的界面反应和钎缝组织可看出：不同的焊料合金，甚至同一种焊料合金与不同的金属焊接时的不同的焊料合金，甚至同一种焊料合金与不同的金属焊接时的不同的焊料合金，甚至同一种焊料合金与不同的金属焊接时的不同的焊料合金，甚至同一种焊料合金与不同的金属焊接时的界面反应和钎缝组织都不一样，它们的可靠性也不一样。界面反应和钎缝组织都不一样，它们的可靠性也不一样。界面反应和钎缝组织都不一样，它们的可靠性也不一样。界面反应和钎缝组织都不一
27、样，它们的可靠性也不一样。由于电子元器件的品种非常多，当前正处于过渡时期，特别是由于电子元器件的品种非常多，当前正处于过渡时期，特别是由于电子元器件的品种非常多，当前正处于过渡时期，特别是由于电子元器件的品种非常多，当前正处于过渡时期，特别是元件焊端的镀层很复杂，可能会存在某些元件焊端与焊料的失元件焊端的镀层很复杂，可能会存在某些元件焊端与焊料的失元件焊端的镀层很复杂，可能会存在某些元件焊端与焊料的失元件焊端的镀层很复杂，可能会存在某些元件焊端与焊料的失配现象，造成可靠性问题。因此一定要仔细选择并管理元件。配现象，造成可靠性问题。因此一定要仔细选择并管理元件。配现象，造成可靠性问题。因此一定要
28、仔细选择并管理元件。配现象，造成可靠性问题。因此一定要仔细选择并管理元件。另外，选择另外，选择另外，选择另外，选择 焊料和焊料和焊料和焊料和PCBPCB镀镀镀镀/涂材料同样十分重要。涂材料同样十分重要。涂材料同样十分重要。涂材料同样十分重要。材料相容性举例材料相容性举例通常同一块通常同一块通常同一块通常同一块PCBPCB要经过回流焊、波峰焊、返修等工艺。要经过回流焊、波峰焊、返修等工艺。要经过回流焊、波峰焊、返修等工艺。要经过回流焊、波峰焊、返修等工艺。很可能形成不同的残留物，在潮湿环境和一定电压下，很可能形成不同的残留物，在潮湿环境和一定电压下，很可能形成不同的残留物，在潮湿环境和一定电压下
29、，很可能形成不同的残留物，在潮湿环境和一定电压下，可能会与导电体之间发生电化学反应，引起表面绝缘电可能会与导电体之间发生电化学反应，引起表面绝缘电可能会与导电体之间发生电化学反应，引起表面绝缘电可能会与导电体之间发生电化学反应，引起表面绝缘电阻（阻（阻（阻（SIRSIR）的下降。如果有电迁移和枝状结晶生长的出现，）的下降。如果有电迁移和枝状结晶生长的出现，）的下降。如果有电迁移和枝状结晶生长的出现，）的下降。如果有电迁移和枝状结晶生长的出现，将发生导线间的短路，将发生导线间的短路，将发生导线间的短路，将发生导线间的短路，造成电迁移（俗称造成电迁移（俗称造成电迁移（俗称造成电迁移（俗称“漏电漏电
30、漏电漏电”）的）的）的）的风险风险风险风险。为了保证为了保证为了保证为了保证电气电气可靠性，需要对不同免清洗助焊剂的性能可靠性，需要对不同免清洗助焊剂的性能可靠性，需要对不同免清洗助焊剂的性能可靠性，需要对不同免清洗助焊剂的性能进行评估，同一块进行评估，同一块进行评估，同一块进行评估，同一块PCBPCB要尽量采用相同的助焊剂。要尽量采用相同的助焊剂。要尽量采用相同的助焊剂。要尽量采用相同的助焊剂。助焊剂不相容可能影响电气可靠性助焊剂不相容可能影响电气可靠性助焊剂不相容可能影响电气可靠性助焊剂不相容可能影响电气可靠性电迁移和枝状结晶造成导线间的短路电迁移和枝状结晶造成导线间的短路问题举例问题举例
31、有铅工艺也遇到了有铅工艺也遇到了无铅元器件无铅元器件 BGACSPBGACSP LLPLLP特别警惕！特别警惕！有的日本元件镀有的日本元件镀Sn-BiSn-Bi，必须在无铅焊料中使用。，必须在无铅焊料中使用。如果焊料中有如果焊料中有PbPb，BiBi与与PbPb会形成会形成9393的熔点，将的熔点，将严重影响可靠性。严重影响可靠性。2无铅产品对元器件的要求无铅产品对元器件的要求必须考虑元件的必须考虑元件的必须考虑元件的必须考虑元件的可焊性和耐焊性可焊性和耐焊性可焊性和耐焊性可焊性和耐焊性必须考虑焊料和元器件表面镀层的必须考虑焊料和元器件表面镀层的必须考虑焊料和元器件表面镀层的必须考虑焊料和元器
32、件表面镀层的相容性相容性相容性相容性BOMBOM表上必须标注的内容：表上必须标注的内容：表上必须标注的内容：表上必须标注的内容：耐温、焊端表面镀耐温、焊端表面镀耐温、焊端表面镀耐温、焊端表面镀层材料、潮敏度等级层材料、潮敏度等级层材料、潮敏度等级层材料、潮敏度等级（有利于加工厂正确选择（有利于加工厂正确选择（有利于加工厂正确选择（有利于加工厂正确选择焊接材料，制定工艺路线，设置温度曲线）焊接材料，制定工艺路线，设置温度曲线）焊接材料，制定工艺路线，设置温度曲线）焊接材料，制定工艺路线，设置温度曲线）3无铅无铅PCB材料与焊盘涂镀层的选择材料与焊盘涂镀层的选择必须考虑高温与必须考虑高温与必须考虑
33、高温与必须考虑高温与PCBPCB材料的相容性材料的相容性材料的相容性材料的相容性必须考虑焊料和必须考虑焊料和必须考虑焊料和必须考虑焊料和PCBPCB焊盘涂镀层的相容性焊盘涂镀层的相容性焊盘涂镀层的相容性焊盘涂镀层的相容性4无铅产品无铅产品PCB设计设计无铅无铅PCB设计设计提倡为环保设计，需要考虑提倡为环保设计，需要考虑提倡为环保设计，需要考虑提倡为环保设计，需要考虑WEEEWEEEWEEEWEEE在选材、制造、使用、回在选材、制造、使用、回在选材、制造、使用、回在选材、制造、使用、回收成本等方面因素，但到目前为止收成本等方面因素，但到目前为止收成本等方面因素，但到目前为止收成本等方面因素，但
34、到目前为止还没有对无铅还没有对无铅还没有对无铅还没有对无铅PCBPCBPCBPCB焊盘焊盘焊盘焊盘设计提出特殊要求，没有标准设计提出特殊要求，没有标准设计提出特殊要求，没有标准设计提出特殊要求，没有标准。有一种说法有一种说法有一种说法有一种说法值得讨论值得讨论值得讨论值得讨论：由于浸润性（铺展性）差，无铅焊：由于浸润性（铺展性）差，无铅焊：由于浸润性（铺展性）差，无铅焊：由于浸润性（铺展性）差，无铅焊盘设计可以比有铅小一些。盘设计可以比有铅小一些。盘设计可以比有铅小一些。盘设计可以比有铅小一些。还有一种说法还有一种说法还有一种说法还有一种说法：无铅焊盘设计应比有铅大一些。：无铅焊盘设计应比有铅
35、大一些。：无铅焊盘设计应比有铅大一些。：无铅焊盘设计应比有铅大一些。业界较一致的看法：业界较一致的看法：业界较一致的看法：业界较一致的看法：（a a a a）为了减小焊接过程中为了减小焊接过程中为了减小焊接过程中为了减小焊接过程中PCBPCBPCBPCB表面表面表面表面tttt，应仔细考虑散热设应仔细考虑散热设应仔细考虑散热设应仔细考虑散热设计，计，计，计，例如均匀的例如均匀的例如均匀的例如均匀的元器件分布、铜箔分布，优化元器件分布、铜箔分布，优化元器件分布、铜箔分布，优化元器件分布、铜箔分布，优化PCBPCBPCBPCB板的布板的布板的布板的布局。局。局。局。尽量使印制板上尽量使印制板上尽量
36、使印制板上尽量使印制板上tttt达到最小达到最小达到最小达到最小 值值值值。（b b b b）椭圆形焊盘）椭圆形焊盘）椭圆形焊盘）椭圆形焊盘可减少焊后焊盘露铜现象。可减少焊后焊盘露铜现象。可减少焊后焊盘露铜现象。可减少焊后焊盘露铜现象。过度阶段过度阶段过度阶段过度阶段BGABGA、CSPCSP采用采用采用采用“SMD”“SMD”焊盘设计焊盘设计焊盘设计焊盘设计减减减减少少少少“孔洞孔洞孔洞孔洞”SMD NSMD SMD NSMDSMD(soldermask defined)SMD(soldermask defined)NSMDNSMD non-soldermasknon-soldermask
37、defined defined）有利于排气有利于排气有利于排气有利于排气不有利于排气不有利于排气不有利于排气不有利于排气（c c）BGA BGA、CSP CSP 采用采用采用采用SMDSMD焊盘设计有利于排气。焊盘设计有利于排气。焊盘设计有利于排气。焊盘设计有利于排气。（d d）过度时期双面焊（）过度时期双面焊（）过度时期双面焊（）过度时期双面焊（A A面再流焊，面再流焊，面再流焊，面再流焊，B B面波峰焊）时，面波峰焊）时，面波峰焊）时，面波峰焊）时，A A面的大元件也可采用面的大元件也可采用面的大元件也可采用面的大元件也可采用SMDSMD焊盘设计，可减轻焊点焊盘设计，可减轻焊点焊盘设计，可
38、减轻焊点焊盘设计，可减轻焊点剥离现象。剥离现象。剥离现象。剥离现象。（e e）为了减少气孔，）为了减少气孔，）为了减少气孔，）为了减少气孔，BGA BGA、CSP CSP 焊盘上的过孔应采焊盘上的过孔应采焊盘上的过孔应采焊盘上的过孔应采用盲孔技术，并要求与焊盘表面齐平。用盲孔技术，并要求与焊盘表面齐平。用盲孔技术，并要求与焊盘表面齐平。用盲孔技术，并要求与焊盘表面齐平。5 SMDSMD潮湿敏感等级潮湿敏感等级及去潮烘烤原则及去潮烘烤原则（1 1）SMDSMDSMDSMD潮湿敏感等级潮湿敏感等级潮湿敏感等级潮湿敏感等级（2 2 2 2）湿敏元件管理措施湿敏元件管理措施湿敏元件管理措施湿敏元件管理
39、措施（3 3 3 3）去潮烘烤原则去潮烘烤原则去潮烘烤原则去潮烘烤原则（4 4 4 4）去潮处理注意事项）去潮处理注意事项）去潮处理注意事项）去潮处理注意事项（1 1）SMDSMD潮湿敏感等级潮湿敏感等级敏感性敏感性 芯片拆封后置放环境条件芯片拆封后置放环境条件 拆封后必须使用的期限拆封后必须使用的期限 （标签上最低耐受时间）1 1级级 30 30，90%RH 90%RH 无限期无限期2 2级级 30 30，60%RH 160%RH 1年年 2a2a级级 30 30，60%RH 460%RH 4周周3 3级级 30 30，60%RH 16860%RH 168小时小时4 4级级 30 30，60
40、%RH 7260%RH 72小时小时5 5级级 30 30，60%RH 4860%RH 48小时小时5a5a级级 30 30，60%RH 2460%RH 24小时小时（2）湿敏元件管理措施）湿敏元件管理措施（a）设计在明细表中应注明元件潮湿敏感度）设计在明细表中应注明元件潮湿敏感度（b）工艺要对潮湿敏感元件做时间控制标签）工艺要对潮湿敏感元件做时间控制标签（c）对已受潮元件进行去潮处理，去潮后及时）对已受潮元件进行去潮处理，去潮后及时使用，剩下的元件在干燥的环境中保存。使用，剩下的元件在干燥的环境中保存。（d）再流焊时）再流焊时缓慢升温缓慢升温缓慢升温缓慢升温；尽量降低峰值温度；尽量降低峰值温
41、度；尽量降低峰值温度；尽量降低峰值温度；让小元件等着大元件达到焊接条件。让小元件等着大元件达到焊接条件。让小元件等着大元件达到焊接条件。让小元件等着大元件达到焊接条件。（3）湿敏元件去潮烘烤原则）湿敏元件去潮烘烤原则a a 领料时进行核对器件的潮湿敏感度等级。领料时进行核对器件的潮湿敏感度等级。湿敏元件降级使湿敏元件降级使湿敏元件降级使湿敏元件降级使用，根据用，根据用，根据用，根据温度每提高温度每提高温度每提高温度每提高1010，潮湿敏感元件（，潮湿敏感元件（，潮湿敏感元件（，潮湿敏感元件（MSLMSL）的敏感）的敏感）的敏感）的敏感度升一级的推理，度升一级的推理，度升一级的推理，度升一级的推
42、理，过去不被看作湿敏的元件（包括连接器过去不被看作湿敏的元件（包括连接器过去不被看作湿敏的元件（包括连接器过去不被看作湿敏的元件（包括连接器和某些无源元件）也必须谨慎处理。和某些无源元件）也必须谨慎处理。和某些无源元件）也必须谨慎处理。和某些无源元件）也必须谨慎处理。包括包括包括包括PCBPCB受潮处理。受潮处理。受潮处理。受潮处理。b b 对于有防潮要求的器件，检查是否受潮。开封后检查包装对于有防潮要求的器件，检查是否受潮。开封后检查包装内附的湿度显示卡，当指示湿度内附的湿度显示卡，当指示湿度2020（在（在235235时时读取）读取）,说明器件已经受潮，对受潮器件进行去潮处理。说明器件已经
43、受潮，对受潮器件进行去潮处理。去潮的方法可采用电热鼓风干燥箱，根据潮湿敏感度等级去潮的方法可采用电热鼓风干燥箱，根据潮湿敏感度等级在在12511251下烘烤下烘烤121248h48h。（4 4）去潮处理注意事项）去潮处理注意事项a a 应把器件码放在耐高温应把器件码放在耐高温(大于大于150)150)防静电塑料托盘中进行烘烤；防静电塑料托盘中进行烘烤；b b 烘箱要确保接地良好，操作人员手腕带接地良好的防静电手镯；烘箱要确保接地良好，操作人员手腕带接地良好的防静电手镯；c c 操作过程中要轻拿轻放，注意保护器件的引脚，引脚不能有任何变操作过程中要轻拿轻放，注意保护器件的引脚，引脚不能有任何变形
44、和损坏。形和损坏。对于有防潮要求器件的存放和使用：对于有防潮要求器件的存放和使用：开封后的器件和经过烘烤处理的器件必须存放在相对湿度开封后的器件和经过烘烤处理的器件必须存放在相对湿度2020的环境下（干燥箱或干燥塔），贴装时随取随用；开封后，在环境温的环境下（干燥箱或干燥塔），贴装时随取随用；开封后，在环境温度度3030，相对湿度，相对湿度6060的环境下的环境下7272小时（小时（4 4级）内完成贴装；当天级）内完成贴装；当天没有贴完的器件，应存放在没有贴完的器件，应存放在233233、相对湿度、相对湿度2020的环境下。的环境下。无铅工艺总结：无铅工艺总结：根据具体产品选择材料，并进行系统
45、评估根据具体产品选择材料，并进行系统评估根据具体产品选择材料，并进行系统评估根据具体产品选择材料，并进行系统评估 锡膏（合金和焊剂）锡膏（合金和焊剂）锡膏（合金和焊剂）锡膏（合金和焊剂）器件（焊端和本体材料）器件（焊端和本体材料）器件（焊端和本体材料）器件（焊端和本体材料）基板（基材、焊盘表层和阻焊层）基板（基材、焊盘表层和阻焊层）基板（基材、焊盘表层和阻焊层）基板（基材、焊盘表层和阻焊层）评估现有炉子是否满足无铅要求，了解自炉子的温度分布情况评估现有炉子是否满足无铅要求，了解自炉子的温度分布情况评估现有炉子是否满足无铅要求，了解自炉子的温度分布情况评估现有炉子是否满足无铅要求，了解自炉子的温
46、度分布情况检查并修改检查并修改检查并修改检查并修改PCBPCB焊盘设计（散热、布局），钢网设计焊盘设计（散热、布局），钢网设计焊盘设计（散热、布局），钢网设计焊盘设计（散热、布局），钢网设计严格物料管理严格物料管理严格物料管理严格物料管理 采购、包装保护、标识、库存条件采购、包装保护、标识、库存条件采购、包装保护、标识、库存条件采购、包装保护、标识、库存条件/管理、使用管理、使用管理、使用管理、使用正确设置、仔细优化温度曲线正确设置、仔细优化温度曲线正确设置、仔细优化温度曲线正确设置、仔细优化温度曲线 正确选择测试点和连接热耦、温度正确选择测试点和连接热耦、温度正确选择测试点和连接热耦、温度正
47、确选择测试点和连接热耦、温度/时间控制时间控制时间控制时间控制采用无铅质量检查标准采用无铅质量检查标准采用无铅质量检查标准采用无铅质量检查标准把工艺做得更细把工艺做得更细目前正处于从有铅向无铅过度阶段，有不少企业有铅、目前正处于从有铅向无铅过度阶段，有不少企业有铅、目前正处于从有铅向无铅过度阶段，有不少企业有铅、目前正处于从有铅向无铅过度阶段，有不少企业有铅、无铅两种工艺并存。无铅两种工艺并存。无铅两种工艺并存。无铅两种工艺并存。由于有铅和无铅混用时，由于有铅和无铅混用时，由于有铅和无铅混用时，由于有铅和无铅混用时，特别是当无铅焊端的元器件特别是当无铅焊端的元器件特别是当无铅焊端的元器件特别是
48、当无铅焊端的元器件采用有铅焊料和有铅工艺时会发生严重的可靠性问题，采用有铅焊料和有铅工艺时会发生严重的可靠性问题，采用有铅焊料和有铅工艺时会发生严重的可靠性问题，采用有铅焊料和有铅工艺时会发生严重的可靠性问题，这些问题这些问题这些问题这些问题不仅不仅不仅不仅是当前过渡阶段是当前过渡阶段是当前过渡阶段是当前过渡阶段无铅焊接要注意无铅焊接要注意无铅焊接要注意无铅焊接要注意，而且，而且，而且，而且对于过渡阶段的对于过渡阶段的对于过渡阶段的对于过渡阶段的有铅焊接，甚至对于那些获得法规豁有铅焊接，甚至对于那些获得法规豁有铅焊接，甚至对于那些获得法规豁有铅焊接，甚至对于那些获得法规豁免的企业（行业），也是
49、要注意的问题免的企业（行业），也是要注意的问题免的企业（行业），也是要注意的问题免的企业（行业），也是要注意的问题。只要严格管理，并掌握正确的工艺方法，只要严格管理，并掌握正确的工艺方法，只要严格管理，并掌握正确的工艺方法，只要严格管理，并掌握正确的工艺方法，有铅可以顺利向无铅过度。有铅可以顺利向无铅过度。有铅可以顺利向无铅过度。有铅可以顺利向无铅过度。谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH