3-5-无铅焊接的特点及工艺控制
无铅焊接的特点无铅焊接的特点无铅焊接的特点无铅焊接的特点 及工艺控制及工艺控制及工艺控制及工艺控制 顾霭云顾霭云顾霭云顾霭云 内容内容内容内容 一无铅工艺与有铅工艺比较一无铅工艺与有铅工艺比较一无铅工艺与有铅工艺比较一无铅工艺与有铅工艺比较 二无铅焊接的二无铅焊接的二无铅焊接的二无铅焊接的特点特点特点特点 （1 1）从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点）从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点）从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点）从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点 （2 2） 无铅波峰焊特点及对策无铅波峰焊特点及对策无铅波峰焊特点及对策无铅波峰焊特点及对策 三无铅焊接对焊接设备的要求三无铅焊接对焊接设备的要求三无铅焊接对焊接设备的要求三无铅焊接对焊接设备的要求 四四四四无铅焊接工艺控制无铅焊接工艺控制无铅焊接工艺控制无铅焊接工艺控制 无铅工艺设计无铅工艺设计无铅工艺设计无铅工艺设计 无铅无铅无铅无铅PCBPCBPCBPCB设计设计设计设计 印刷印刷印刷印刷 贴装贴装贴装贴装 再流焊再流焊再流焊再流焊 波峰焊波峰焊波峰焊波峰焊 检测检测检测检测 无铅返修无铅返修无铅返修无铅返修 清洗清洗清洗清洗 一一一一无铅工艺与有铅工艺比较无铅工艺与有铅工艺比较无铅工艺与有铅工艺比较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 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 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IPCIPC- -A A- -610C610CIPCIPC- -A A- -610D610D 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 有铅有铅有铅有铅无铅无铅无铅无铅 相同相同相同相同 通过无铅通过无铅通过无铅通过无铅、有铅比较，正确认识无铅技术、有铅比较，正确认识无铅技术、有铅比较，正确认识无铅技术、有铅比较，正确认识无铅技术 （a a a a）无铅工艺技术并不是高不可攀的技术）无铅工艺技术并不是高不可攀的技术）无铅工艺技术并不是高不可攀的技术）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因为基本原理、工艺方法与有铅技术是相同的因为基本原理、工艺方法与有铅技术是相同的因为基本原理、工艺方法与有铅技术是相同的。 （b b b b）但由于无铅的焊接材料、元器件、）但由于无铅的焊接材料、元器件、）但由于无铅的焊接材料、元器件、）但由于无铅的焊接材料、元器件、PCBPCBPCBPCB都发生了变都发生了变都发生了变都发生了变 化，因此工艺参数必须随之改变。主要变化是温度高、化，因此工艺参数必须随之改变。主要变化是温度高、化，因此工艺参数必须随之改变。主要变化是温度高、化，因此工艺参数必须随之改变。主要变化是温度高、 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、工艺难度大，工艺难度大，工艺难度大，工艺难度大，容易产生可靠性容易产生可靠性容易产生可靠性容易产生可靠性 问题问题问题问题，因此要求比有铅时更加重视理论学习、工艺技术，因此要求比有铅时更加重视理论学习、工艺技术，因此要求比有铅时更加重视理论学习、工艺技术，因此要求比有铅时更加重视理论学习、工艺技术 研究、工艺实践，尤其要掌握关键技术：印、焊。研究、工艺实践，尤其要掌握关键技术：印、焊。研究、工艺实践，尤其要掌握关键技术：印、焊。研究、工艺实践，尤其要掌握关键技术：印、焊。 （c c c c）进行设备改造或添置必要的焊接设备）进行设备改造或添置必要的焊接设备）进行设备改造或添置必要的焊接设备）进行设备改造或添置必要的焊接设备 （d d d d）提高提高提高提高管理管理管理管理水平。水平。水平。水平。 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 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 (1)(1)从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点 110 130 155 185 240 250 90 PCB 入口 出口 100 130 155 185 240 250 90 传送带速度：60cm/min 温度 焊接时间 峰值温度 200225 183 150 1.23.5/s 100 冷却区 2/s 0.551/s 4/s 升温区 预热区 回流区 时间 min 6090s 6090s 3060s 6090s 助焊剂浸润区 （快速升温区） 63Sn37Pb63Sn37Pb铅锡焊膏再流焊温度曲线铅锡焊膏再流焊温度曲线铅锡焊膏再流焊温度曲线铅锡焊膏再流焊温度曲线 无铅焊接再流焊温度曲线无铅焊接再流焊温度曲线无铅焊接再流焊温度曲线无铅焊接再流焊温度曲线 Kester Reflow Profile for Lead-Free Alloy (SnAgCu) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 050100150200250300 Time (sec.) Temperature (C) Soak Zone 50-70 secs typical Reflow Zone 50-60 secs typical Peak Temp.(235-245oC) Pre-heat Zone 40 - 70 secs typical Preheat Zone = 110-150oC Soak Zone = 150-220oC Reflow Zone = Above 220oC Ramp Rate 0.5- 100200 sec 有铅、无铅再流焊温度曲线比较有铅、无铅再流焊温度曲线比较有铅、无铅再流焊温度曲线比较有铅、无铅再流焊温度曲线比较 焊膏类型 铅锡焊膏 （ 焊膏类型 铅锡焊膏 （63Sn37Pb） 无铅焊膏 （） 无铅焊膏 （Sn -Ag -Cu） 温度 ） 温度25100 0C25110 0C 时间时间6090 sec100200 sec 工艺窗口要求缓慢升温 温度 工艺窗口要求缓慢升温 温度100150 0C110150 0C 时间时间6090 sec4070 sec 温度温度150183 0C150217 0C 时间时间3060 sec5070 sec 工艺窗口工艺窗口30 sec20 sec 升温斜率升温斜率升温斜率升温斜率0.551 0.551/ /secsec0.961.340.961.34 / /secsec 峰值温度峰值温度210230 0C235245 0C PCB极限温度（极限温度（FR-4）240 0C240 0C 工艺窗口工艺窗口240-210= 300C240-235= 5 0C 回流时间回流时间6090 sec5060 sec 工艺窗口工艺窗口30 sec10 sec 回流 （焊接区） 快速 升温区 预热区 升温区 回流 （焊接区） 快速 升温区 预热区 升温区 从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点 及对策及对策及对策及对策 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，要求无铅焊接的工艺窗口比铅锡焊膏小，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，因此要求焊接设备升温、预热区长度要加长。，因此要求焊接设备升温、预热区长度要加长。 b 150217/5070sec快速升温区（助焊剂浸润区）。 有铅焊接从 快速升温区（助焊剂浸润区）。 有铅焊接从150升到升到183，升温，升温33，可允许在，可允许在 3060 sec之间完成，其升温速率为之间完成，其升温速率为0.551/sec；而无铅 焊接从 ；而无铅 焊接从150升到升到217，升温，升温67，只允许在，只允许在5070sec 之间完成，其升温速率为之间完成，其升温速率为0.961.34/sec，要求升温速 率比有铅高 ，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左右，另外由于无铅比有铅的熔点高 34，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 ，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。 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 回流区峰值温度回流区峰值温度235与与FR-4基材基材PCB的极限温度 （ 的极限温度 （240 0C ）差（工艺窗口）仅为）差（工艺窗口）仅为5 。如果。如果PCB表面温 度是均匀的， 那么实际工艺允许有 表面温 度是均匀的， 那么实际工艺允许有5 的误差。假若的误差。假若 PCB表面有温度误差表面有温度误差t 5 ，那么，那么PCB某处已超过某处已超过 FR-4基材基材PCB的极限温度的极限温度240，会损坏，会损坏PCB。 对于简单的产品，峰值温度对于简单的产品，峰值温度235240可以满足要 求；但是 可以满足要 求；但是对于复杂产品，可能需要260才能焊好对于复杂产品，可能需要260才能焊好。因 此 。因 此FR-4基材基材PCB就不能满足要求了。就不能满足要求了。 在实际回流焊中，如果最小峰值温度为在实际回流焊中，如果最小峰值温度为235，最大峰 值温度取决于板面的温差 ，最大峰 值温度取决于板面的温差t，它取决于板的尺寸、厚 度、层数、元件布局、 ，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（如 的分布以及元件尺寸和热容 量。拥有大而复杂元件（如CBGA、CCGA等）的大、 厚印制板，典型 等）的大、 厚印制板
