回流焊无铅焊接的特点和对策

钎焊机理

钎焊分为硬钎焊和软钎焊。主要是根据钎料（以下称焊料）的熔化温度来区分的，一般把熔点在450℃以下的焊料叫作软焊料，使用软焊料进行的焊接就叫软钎焊；把熔点在450℃以上的焊料叫作硬焊料，使用硬焊料进行的焊接就叫硬钎焊。在美国MIL SPEC军用标准中，是以800℉（429℃）的金属焊料的熔点作为区分硬钎焊和软钎焊的标准。

电子装联用锡焊是一种软钎焊，其焊料主要使用锡Sn、铅Pb、银Ag、铟In、铋Bi等金属，目前使用最广的是Sn-Pb和Sn-Pb-Ag 系列共晶焊料，熔点一般在185℃左右。

钎焊意味着固体金属表面被某种熔化合金浸润。这种现象可用一定的物理定律来表示。如果从热力学角度来考虑浸润过程，也有各种解释的观点。有一种观点是用自由能来解释的。

⊿F＝⊿U－T⊿S 在这里，F是自由能，U是内能，S是熵。⊿F 与两种因素有关，即与内能和熵的改变有关。一般S常常趋向于最大值，因此促使－T⊿S也变得更小。实际上，当固体与液体接触时，如果自由能F减少，即⊿F是负值，则整个系统将发生反应或趋向于稳定状态。由此可知，熵是浸润的促进因素，因为熵使⊿F的值变得更小。⊿F的符号最终决定于⊿U的大小和符号，它控制着浸润是否

能够发生。为了产生浸润，焊料的原子必须与固体的原子接触，这就引起位能的变化，如果固体原子吸引焊料，热量被释放出来，⊿U是负值。如果不考虑⊿U的大小和量值，那么，熵值的改变与表面能的改变有同样的意义，浸润同样是有保证的。在基体金属和焊料之间产生反应，这就表明有良好的浸润性和粘附性。如果固体金属不吸引焊料，⊿U是正值，这种情况下，取决于⊿U在特殊温度下的大小值，才能决定能否发生浸润。这时，增加T⊿S值的外部热能，能对浸润起诱发作用。这种现象可以解释弱浸润。在焊接加温时，表面可能被浸润，在冷却时，焊料趋于凝固。在开始凝固的区域，⊿U是正值，其值比T⊿S大得多，当⊿F最终变为正值时，浸润现象就发生了。

有两种情况，一种是两种浸润材料互相发生浸润，导致结合，二者都呈现低表面能，这时的焊点具有良好强度。单纯的粘附作用不能产生良好的浸润性。假如把两种原子构成的固体表面弄得很光滑，在真空中叠合在一起，它们可能粘附在一起，这种现象是两个光滑断面之间的范德华力作用。这种结合接度以范德华力为基础，超过了任何接点的应用强度。生产中不会出现这种情况，因为范德华力是在很短距离时才起作用。实际工程上，表面都且有粗糙性，阻止原子密切接触。可是在一些局部，原子结合力也会起作用，这是很微小的。实际上，从宏观来观察时，也包括范德华力在内。

一般情况下，低表面能的材料在高表面能的材料上扩展，在这种情况下，整个系统的表面自由能减小。一个系统两个元件表面自由能相同时，就不发生扩展，或者说停止了扩展。

电子装联常用的锡-铅系列焊料焊接铜和黄铜等金属时，焊料在金属表面产生润湿，作为焊料成分之一的锡金属就会向母材金属中扩散，在界面上形成合金属，即金属间化合物，使两者结合在一起。在结合处形成的合金层，因焊料成分、母材材质、加热温度及表面处理等因素的不同会有变化。钎料的机理必须从以下几个方面来解释：

1、扩散理论

2、晶间渗透理论

3、中间合金理论

4、润湿合金理论

5、机械啮合理论

漫流：

漫流也叫扩展或铺展，它是一种物理现象，服从一般的力学规律，没有金属化学的变化。通常低表面能的材料在高表面能的材料上漫流。正如前面所述，漫流过程就是整个系统的表面自由能减小的过程。一个系统两个元件自由能相同时，不会产生漫流。在电子锡焊装联中，

我们所讨论的一般都是液相体在固体表面上的漫流，漫流与液体的表面能，固体的表面性质等有关。这是一种液体没固体表面的流动即流体力学问题，同时也有毛细作用。漫流是浸润的先决条件。

浸润（Wetting）：

软钎焊的第一个条件，就是已熔化的焊料在要连接的固体金属的表面上充分漫流以后，使之熔合一体，这样的过程叫作“浸润”（或润湿）。粗看起来，金属表面是很光滑的。但是，若用显微镜放大看，就能看到无数凹凸不平，晶粒界面和划痕等，熔化的焊料没着这种凹凸与伤痕，就产生毛细作用，引起漫流浸润。

产生浸润的条件

为了使已熔焊料浸润固体金属表面，必须具备一定的条件。条件之一就是焊料与固体金属面必须是“清洁”的，由于清净，焊料与母材的原子间距离就能够很小，能够相互吸引，也就是使之接近到原子间力能发生作用的程度。斥力大于引力，这个原子就会被推到远离这个原子的位置，不可能产生浸润。当固体金属或熔化的金属表面附有氧化物或污垢时，这些东西就会变成障碍，这样就不会产生润湿作用，金属表面必须清洁，这是一个充分条件。

表面张力：

表面张力是液体表面分子的凝聚力，它使表面分子被吸向液体内部，并呈收缩状（表面积最小的形状）。液体内部的每个分子都处在其它分子的包围之中，被平均的引力所吸引，呈平衡状态。但是，液体表面的分子则不然，其上面是一个异质层，该层的分子密度小，平均承受垂直于液面、方向指向液体内部的引力。其结果，出现了在液体表面形成一层薄膜的现象，表面面积收缩到最小，呈球状。这是因为体积相同、表面积最小的形状是球体。这种自行收缩的力是表面自由能，这种现象叫做表面张力现象，这种能量叫做表面张力或表面能。这个表面能是对焊料的润湿起重要作用的一个因素。

毛细管现象：

将熔化的清洁的焊料放在清洁的固体金属表面上时，焊料就会在固体金属表面上扩散，直到把固体金属润湿。这种现象是这样产生的：焊料借助于毛细管现象产生的毛细管力，沿着固体金属表面上微小的凸凹面和结晶的间隙向四方扩散。

液态金属不同于固体金属，其点阵排列不规则，以原子或分子的形态做布朗运动。因此，处在这种状态下的金属具有粘性和流动性，而没有强度。在这种情况下，金属在熔点附近的体积变化为3~4%左右。

关于毛细现象，有多种图表进行解释，初中物理课本的水银和水在细玻璃管壁的平衡形态，就是一个很好的解说。毛细原理是液态金属和固体金属间润湿的基础，有一个著名的托马斯－杨公式表示，大致是液态金属原子之间的作用力，液态金属和固体金属原子之间的作用力，液态金属原子和环境（空气、助焊剂等）原子作用力之间，三者的合力与液体球面切线的夹角，指向液态金属扩展的方向，则具有润湿的倾向，夹角越大，则润湿能力越强。具体可查阅相关资料。扩散（Diff usion）：

前面对软钎焊中的重要条件——浸润问题作了叙述，与这种浸润现象同时产生的，还有焊料对固体金属的扩散现象。由于这种扩散，在固体金属和焊料的边界层，往往形成金属化合物层（合金层）。

通常，由于金属原子在晶格点阵中呈热振动状态，所以在温度升高时，它会从一个晶格点阵自由地移动到其它晶格点阵，这人现象称为扩散现象。此时的移动速度和扩散量取决于温度和时间。例如，把金放在清洁的铅面上，在常温加压状态下放几天，就会结合成一体，这类的结合也是依靠扩散而形成的。

一般的晶内扩散，扩散的金属原子即使很少，也会成为固溶体而进入基体金属中。不能形成固溶体时，可认为只扩散到晶界处。因在常温加工时，靠近晶界处晶格紊乱，从而极易扩散。

固体之间的扩散，一般可认为是在相邻的晶格点阵上交换位置的扩散。除此之外，也可用复杂的空穴学说来解释。当把固体金属投入到熔化金属中搅拌混合时，有时可形成两个液相。一般说来，固体金属和熔化金属之间就要产生扩散。下面，就介绍这些金属间发生的扩散。

扩散的分类:

扩散的程度因焊料的成分和母材金属的种类及不同的加热温度

而异，它可分成从简单扩散到复杂扩散几类。

大体上说，扩散可分为两类，即自扩散（Self-diffusion）和异种原子间的扩散——化学扩散（Chemical diffusion）。所谓自扩散，是指同种金属原子间的原子移动；而化学扩散是指异种原子间的扩散。如从扩散的现象上看，扩散可分为三类：晶内扩散（Bulk diffusion）、晶界扩散（Grain-boundary diffusion）和表面扩散（Surface diffusion）。

通过扩散而形成的中间层，会使结合部分的物理特性和化学特性发生变化，尤其是机械特性和耐腐蚀性等变化更大。因此，有必要对结合金属同焊料成分的组合进行充分的研究。

1、表面扩散：

结晶组织与空间交界处的原子，总是易于在结晶表面流动。可认为这与金属表面正引力作用有关。因此，熔化焊料的原子沿着被焊金属结晶表面的扩散叫做表面扩散。表面扩散可以看成是金属晶粒形核长大时发生的一种表面现象，也可以认为是金属原子沿着结晶表面移动的现象，是宏观上晶核长大的主要动力。当气态金属原子在固体表面上凝结时，撞到固体表面上的原子就会沿着表面自由扩散，最后附着在结晶晶格的稳定位置上。这种情况下的原子移动，也称为表面扩散。一般认为，这时的扩散活动能量是比较小的。如前如述：表面扩散也分为自扩散和化学扩散两种。

用锡-铅系列焊料焊接铁、铜、银、镍等金属时，锡在其表面有选择地扩散，由于铅使表面张力下降，还会促进扩散。这种扩散也属表面扩散。

2、晶界扩散：

这是熔化的焊料原子向固体金属的晶界扩散，液态金属原子由于具有较高的动能，沿着固体金属内部的晶粒边界，快速向纵深扩展。与异种金属原子间晶内扩散相比，晶界扩散是比较容易发生的。另外，在温度比较低的情况下，同后面说到的体扩散相比，晶界扩散容易产生，而且其扩散速度也比较快。

一般来说，晶界扩散的活化能量可比体扩散的活化

能量小，但是，在高温情况下，活化能量的作用不占主导地位，所以晶界扩散和体扩散都能够很容易地产生。然而低温情况下的扩散，活化能量的大小成为主要因素，这时晶界扩散非常显著，而体扩散减少，所以看起来只有晶界扩散产生。

用锡-铅焊料焊铜时，锡在铜中既有晶界扩散，又有体扩散。另外，越是晶界多的金属，即金属的晶粒越小，越易于结合，机械强度也就越高。由于晶界原子排列紊乱，又有空穴（空穴移动），所以极易熔解熔化的金属，特别是经过机械加工的金属更易结合。然而经过退火的金属，由于出现了再结晶、孪晶，晶粒长大，所以很难扩散。经退火处理的不锈钢难以焊接就是这个道理。为了易于焊接越见，加工后的母材的晶粒越小越好。

3、体扩散（晶内扩散）

熔化焊料扩散到晶粒中去的过程叫做体扩散或晶内扩散。

回流焊发展阶段以及控制特点

回流焊技术在电子制造领域并不陌生，我们电脑内使用的各种板卡上的元件都是通过这种工艺焊接到线路板上的，这种设备的内部有一个加热电路，将空气或氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板，让元件两侧的焊料融化后与主板粘结。这种工艺的优势是温度易于控制，焊接过程中还能避免氧化，制造成本也更容易控制。由于电子产品PCB板不断小型化的需要，出现了片状元件，传统的焊接方法已不能适应需要。首先在混合集成电路板组装中采用了回流焊工艺，组装焊接的元件多数为片状电容、片状电感，贴装型晶体管及二极管等。随着SMT整个技术发展日趋完善，多种贴片元件（SMC）和贴装器件(SMD)的出现，作为贴装技术一部分的回流焊工艺技术及设备也得到相应的发展，其应用日趋广泛，几乎在所有电子产品领域都已得到应用，而回流焊技术，围绕着设备的改进也经历以下发展阶段以及控制方法：

<1>:热板传导回流焊

这类回流焊炉依靠传送带或推板下的热源加热，通过热传导的方式加热基板上的元件，用于采用陶瓷（Al2O3）基板厚膜电路的单面

组装，陶瓷基板上只有贴放在传送带上才能得到足够的热量，其结构简单，价格便宜。我国的一些厚膜电路厂在80年代初曾引进过此类设备。

<2>:红外线辐射回流焊：

此类回流焊炉也多为传送带式，但传送带仅起支托、传送基板的作用，其加热方式主要依红外线热源以辐射方式加热，炉膛内的温度比前一种方式均匀，网孔较大，适于对双面组装的基板进行回流焊接加热。这类回流焊炉可以说是回流焊炉的基本型。在我国使用的很多，价格也比较便宜。

<3>:红外加热风（Hot air）回流焊：

这类回流焊炉是在IR炉的基础上加上热风使炉内温度更均匀，单纯使用红外辐射加热时，人们发现在同样的加热环境内，不同材料及颜色吸收热量是不同的，即（1）式中Q值是不同的，因而引起的温升ΔT也不同，例如IC等SMD的封装是黑色的酚醛或环氧，而引线是白色的金属，单纯加热时，引线的温度低于其黑色的SMD本体。加上热风后可使温度更均匀，而克服吸热差异及阴影不良情况，IR + Hot air的回流焊炉在国际上曾使用得很普遍。

<4>:充氮（N2）回流焊：

随着组装密度的提高，精细间距（Fine pitch）组装技术的出现，产生了充氮回流焊工艺和设备，改善了回流焊的质量和成品率，已成为回流焊的发展方向。氮气回流焊有以下优点：

（1）防止减少氧化

（2）提高焊接润湿力，加快润湿速度

（3）减少锡球的产生，避免桥接，得到较好的焊接质量

得到列好的焊接质量特别重要的是，可以使用更低活性助焊剂的锡膏，同时也能提高焊点的性能，减少基材的变色，但是它的缺点是成本明显的增加，这个增加的成本随氮气的用量而增加，当你需要炉内达到1000ppm含氧量与50ppm含氧量，对氮气的需求是有天壤之别的。现在的锡膏制造厂商都在致力于开发在较高含氧量的气氛中就能进

行良好的焊接的免洗焊膏，这样就可以减少氮气的消耗。对于中回流焊中引入氮气，必须进行成本收益分析，它的收益包括产品的良率，品质的改善，返工或维修费的降低等等，完整无误的分析往往会揭示氮气引入并没有增加最终成本，相反，我们却能从中收益。

在目前所使用的大多数炉子都是强制热风循环型的，在这种炉子中控制氮气的消耗不是容易的事。有几种方法来减少氮气的消耗量，减少炉子进出口的开口面积，很重要的一点就是要用隔板，卷帘或类似的

装置来阻挡没有用到的那部分进出口的空间，另外一种方式是利用热的氮气层比空气轻且不易混合的原理，在设计炉的时候就使得加热腔比进出口都高，这样加热腔内形成自然氮气层，减少了氮气的补偿量并维护在要求的纯度上。

<5>:双面回流焊

双面PCB已经相当普及，并在逐渐变得复那时起来，它得以如此普及，主要原因是它给设计者提供了极为良好的弹性空间，从而设计出更为小巧，紧凑的低成本的产品。到今天为止，双面板一般都有通过回流焊接上面（元件面），然后通过波峰焊来焊接下面（引脚面）。目前的一个趋势倾向于双面回流焊，但是这个工艺制程仍存在一些问题。大板的底部元件可能会在第二次回流焊过程中掉落，或者底部焊接点的部分熔融而造成焊点的可靠性问题。已经发现有几种方法来实现双面回流焊：一种是用胶来粘住第一面元件，那当它被翻过来第二次进入回流焊时元件就会固定在位置上而不会掉落，这个方法很常用，但是需要额外的设备和操作步骤，也就增加了成本。第二种是应用不同熔点的焊锡合金，在做第一面是用较高熔点的合金而在做第二面时用低熔点的合金，这种方法的问题是低熔点合金选择可能受到最终产品的工作温度的限制，而高熔点的合金则势必要提高回流焊的温度，那就可能会对元件与PCB本身造成损伤。对于大多数

元件，熔接点熔锡表面张力足够抓住底部元件话形成高可靠性的焊点，元件重量与引脚面积之比是用来衡量是否能进行这种成功焊接一个标准，通常在设计时会使用30g/in2这个标准，第三种是在炉子低部吹冷风的方法，这样可以维持PCB底部焊点温度在第二次回流焊中低于熔点。但是潜在的问题是由于上下面温差的产生，造成内应力产生，需要用有效的手段和过程来消除应力，提高可靠性。以上这些制程问题都不是很简单的。但是它们正在被成功解决之中。勿容置疑，在未来的几年，双面板会断续在数量上和复杂性性上有很大发展。

<6>:通孔回流焊

通孔回流焊有时也称作分类元件回流焊，正在逐渐兴起。它可以去除波峰焊环节，而成为PCB混装技术中的一个工艺环节。一个最大的好处就是可以在发挥表面贴装制造工艺的优点的同时使用通孔插件来得到较好的机械联接强度。对于较大尺寸的PCB板的平整度不能够使所有表面贴装元器件的引脚都能和焊盘接触，同时，就算引脚和焊盘都能接触上，它所提供的机械强度也往往是不够大的，很容易在产品的使用中脱开而成为故障点。尽管通孔回流焊可发取得偿还好处，但是在实际应用中仍有几个缺点，锡膏量大，这样会增加因助焊剂的挥了冷却而产生对机器污染的程度，需要一个有效的助

焊剂残留清除装置。另外一点是许多连接器并没有设计成可以承受回流焊的温度，早期基于直接红外加热的炉子已不能适用，这种炉子缺少有效的热传递效率来处理一般表面贴装元件与具有复杂几何外观的通孔连接器同在一块PCB上的能力。只有大容量的具有高的热传递的强制对流炉子，才有可能实现通孔回流，并且也得到实践证明，剩下的问题就是如何保证通孔中的锡膏与元件脚有一个适当的回流焊温度曲线。随着工艺与元件的改进，通孔回流焊也会越来越多被应用。影响回流焊工艺的因素很多，也很复杂，需要工艺人员在生产中不断研究探讨，将从多个方面来进行探讨。

回流焊无铅焊接的特点

一、技术的现无铅焊接状

无铅焊料合金成分的标准化目前还没有明确的规定。ＩＰＣ等大

多数商业协会的意见：铅含量<０.１－０.２ＷＴ％（倾向<０.１％，并且不含任何其它有毒元素的合金称为无铅焊料合金。

１、无铅焊料合金

无铅化的核心和首要任务是无铅焊料。据统计全球范围内共研制出焊膏、焊丝、波峰焊棒材１００多种无铅焊料，但真正公认能用的只有几种。

1)目前最有可能替代Ｓn／Ｐb焊料的合金材料

最有可能替代Ｓn／Ｐb焊料的无毒合金是Ｓn基合金。以Ｓn

为主，添加Ａg、Ｃu、Ｚn、Ｂi、Ｉn、Ｓb等金属元素，构成

二元、三元或多元合金，通过添加金属元素来改善合金性能，

提高可焊性、可靠性。主要有：Ｓn－Ｂi系焊料合金，Ｓn－

Ａg共晶合金，Ｓn－Ａg－Ｃu三元合金，Ｓn－Ｃu系焊料合

金，Ｓn－Ｚn系焊料合金（仅日本开发应用），Ｓn－Ｂi系焊

料合金，Ｓn－Ｉn和Ｓn－Ｐb 系合金。

2)目前应用最多的无铅焊料合金三元共晶形式的Ｓn９５.８\Ａg３.

５\Ｃu０.７（美国）和三元近共晶形式的Ｓn９６.５\Ａg３.０\Ｃu ０.５（日本）是目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料。其熔点为２１６－２２０℃左右。

由于Ｓn９５.８\Ａg３.５\Ｃu０.７无铅焊料美国已经有了专利权，另外由于Ａg含量为３.０ＷＴ％的焊料没有专利权，价格较便宜，焊点质量较好，因此ＩＰＣ推荐采用Ａg含量为３.０ＷＴ％（重量百分比）

的Ｓn－Ａg－Ｃu焊料。

Ｓn－０.７Ｃu－Ｎi焊料合金用于波峰焊。其熔点为２２７℃。

虽然Ｓn基无铅合金已经被较广泛应用，与Ｓn６３\Ｐb３７共晶焊料相比无铅合金焊料较仍然有以下问题：

（Ａ）熔点高３４℃左右。

（Ｂ）表面张力大、润湿性差。

（Ｃ）价格高

２、ＰＣＢ焊盘表面镀层材料

无铅焊接要求ＰＣＢ焊盘表面镀层材料也要无铅化，ＰＣＢ焊盘表面镀层的无铅化相对于元器件焊端表面的无铅化容易一些。目前主要有用非铅金属或无铅焊料合金取代Ｐb－Ｓn热风整平（ＨＡＳＬ）、化学镀Ｎi和浸镀金（ＥＮＩＣ）、Ｃu表面涂覆ＯＳＰ、浸银（Ｉ－Ａg）和浸锡（Ｉ－Ｓn）。

目前无铅标准还没有完善，因此无铅元器件焊端表面镀层的种类很多。美国和台湾省镀纯Ｓn和Ｓn/Ａg/Ｃu的比较多，而日本的元件焊端镀层种类比较多，各家公司有所不同，除了镀纯Ｓn和/Ｓn/Ａg/Ｃu外，还有镀Ｓn/Ｃu、Ｓn/Ｂi等合金层的。由于镀Ｓn的成本比较低，因此采用镀Ｓn工艺比较多，但由于Ｓn表面容易氧化形成很薄的氧化层、加电后产生压力、有不均匀处会把Ｓn推出来，形成Ｓn须。Ｓn须在窄间距的ＱＦＰ等元件处容易造成短路，影响可靠性。对于低端产品以及寿命要求小于５年的元器件可以镀纯Ｓn，

对于高可靠产品以及寿命要求大于５年的元器件采用先镀一层厚度约为１μm以上的Ｎi，然后再镀２－３μm厚的Ｓn。

３、目前无铅焊接工艺技术处于过渡和起步阶段

虽然国际国内都在不同程度的应用无铅技术，但目前还处于过渡和起步阶段，从理论到应用都还不成熟。没有统一的标准，对无铅焊接的焊点可靠性还没有统一的认识，因此无论国际国内无铅应用技术非常混乱，大多企业虽然焊接材料无铅化了，但元器件焊端仍然有铅。究竟哪一种无铅焊料更好？哪一种ＰＣＢ焊盘镀层对无铅焊更有利？哪一种元器件焊端材料对无铅焊接焊点可靠性更有利？什么样的温度曲线最合理？无铅焊对印刷、焊接、检测等设备究竟有什么要求。。。。都没有明确的说法。总之，对无铅焊接技术众说纷纭，各有一套说法、各有一套做法。这种状态对无铅焊接产品的可靠性非常不利。因此目前迫切需要加快对无铅焊接技术从理论到应用的研究。

二、无铅焊接的特点和对策

１、无铅焊接和焊点的主要特点

1)无铅焊接的主要特点：

（Ａ）高温、熔点比传统有铅共晶焊料高３４℃左右。

（Ｂ）表面张力大、润湿性差。

（Ｃ）工艺窗口小，质量控制难度大。

2)无铅焊点的特点

（Ａ）浸润性差，扩展性差。

（Ｂ）无铅焊点外观粗糙。传统的检验标准与ＡＯＩ需要升级。（Ｃ）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，助焊剂排不出去，造

成气孔。但气孔不影响机械强度。

（Ｄ）缺陷多－由于浸润性差，使自定位效应减弱。

无铅焊点外观粗糙、气孔多、润湿角大、没有半月形，由于无铅焊点外观与有铅焊点有较明显的不同，如果有原来有铅的检验标准衡量，甚至可以认为是不合格的，但对于一般要求的民用电子产品这些不影响使用质量。因此要说服客户理解，这是因为无铅焊接润湿性差造成的。随着无铅技术的深入和发展，由于助焊剂的改进以及工艺的进步，无铅焊点的粗糙外观已经有了一些改观，相信以后会有更好的进步。

２、从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点与对策，通过对有铅和无铅温度曲线的比较分析无铅焊接的特点及对策：

1)在升温区，有铅焊接从25℃升到100℃sec只需要60-90sec；而

无铅焊接从25℃升到110℃需要100-200 sec，其升温时间比有铅要延长一倍，当多层板、大板以及有大热容量元器件的复杂印制电路板时，为了使整个PCB温度均匀，减小PCB及大小元器件的温差Δt，无铅焊接需要缓慢升温。由此可以看出无铅焊接要求

焊接设备升温、预热区长度要加长。

2)在快速升温区，（助焊剂浸润区），有铅焊接从150℃升到183℃，

升温33℃，可允许在30-60sec之间完成，其升温速率为0.55-1℃/sec；而无铅焊接从150℃升到217℃，升温67℃，只允许在50-70sec之间完成，其升温速率为0.96-1.34℃/sec,要求升温速率比有铅高30%左右,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。为了提高助焊剂浸润区的升温斜率，应增加回流区的数目或提高加热功率。由于高温和浸润性差，要求提高焊膏中助焊剂的活动化温度和活性。

3)再看回流区，有铅的峰值温度为210-230℃，无铅的峰值温度为

235-245℃，由于FR-4基材PCB的极限温度为240℃，由此可以看出有铅焊接时，允许有30℃的波动范围，工艺窗口比较宽松；

而无铅焊接时，只允许有5℃的波动范围，工艺窗口非常窄。如果PCB表面温度是均匀的，那么实际工艺允许有5℃的误差。假若PCB表面有温度误差Δt>5℃，那么PCB某处已超过FR-4基材PCB的极限温度240℃，会损坏PCB。这个例孖仅仅适合简单产品，对于有大热容量的复杂产品。可能需要260℃才能焊好。因此FR-4基材PCB就不能满足要求了。

在实际回流焊中，在同一块PCB上，由于不同位置铜的分布面积

无铅与有铅锡的工艺区别

无铅和有铅工艺技术特点对比表： 类别无铅工艺特点 有多种焊料合金可供选择，目前逐步同意为 Sn96.5Ag3Cu0.5(SAC305)；最好回流焊接和波峰焊接无论是何种焊接方式，焊料合金一焊料合金成分都选择同一款焊料合金。但是考虑到成本，许多厂家波直采用Sn63Pb37,不会对生产现峰焊接会选择Sn99.3Cu0.7焊料。对生产现场焊料合 金的使用造成混乱 焊料合金使用混乱，目前有人提倡使用Cu的质量分数 焊料合金单一混乱 焊料合 波峰焊接用的锡条和手工焊接用的锡线，成本提高2.7 xx焊料成本 倍。回流焊接用的锡膏成本提高约1.5倍 焊料合金熔点 温度 焊料可焊性 焊点特点 焊料/焊端兼容 焊端中不能含铅性无论是波峰焊/回流焊/手工焊接，能耗比有铅焊接多 能耗焊接能耗 10%~15%

设备需 回流焊求手工焊接炉体长 更换烙铁头度曲线调整的灵活性 不需要更换需要添加新的波峰焊机不需要(提升产能例外)能耗较低焊端中可以含铅差 焊点脆，不适合手持和振动产品好焊点韧性好温度高217℃ 温度低183℃焊料成本低在1%~2%的合金，但是市场上还没有此类产品场焊料合金的使用造成混乱有铅工艺特点设备温区数量要多，以增加调整回流温度曲线灵活性。也可以采用多温区的设备，增强温印刷/贴片机 水清洗工艺不需要更换，但是印刷/贴片精度要求更高 不建议使用不需要更换 可以使用工艺窗口小，温度曲线调整较难。焊点空洞难以消除。工艺窗口大，温度曲线调整较易。 回流焊接 焊点xx不好 焊接工 焊点xx较好，锡槽合金杂质含量艺 波峰焊接 频繁度加大，有可能生产现场需要检测仪器 检测仪器手工焊接烙铁头损耗加快 可以沿用有铅时用的板材，最好采用高Tg板材。采用

pcb表面处理方式一是osp二是hasl此两种表面处理之区别在那呢 (1)

PCB表面处理方式:一是OSP ,二是HASL,此两种表面处理之区别在那呢? 1热风整平（HAL） 热风整平（HAL）或热风焊料整平（HASL）是20世纪80年代发展起来的一种先进工艺，到了90年代中、后期，它占据着整个PCB 表面涂（镀）覆层的90%以上。只是到了90年代的末期，由于表面安装技术（SMT）的深入发展，才使HAL在PCB中的占有率逐步降低下来，但是，目前HAL在PCB表面涂（镀）覆中的占有率仍在50%左右。尽管SMT的高密度发展会使HAL在PCB中的应用机率不断下降，但是HAL技术在PCB生产中的应用仍有很长的生命力，即使禁用铅的焊料（无铅的绿色焊料），无铅的HAL技术和工艺也会开发和应用起来。 1.1热风整平工艺和应用 热风整平技术是指把PCB（一般为在制板 panel）浸入熔融的低共熔点（183℃，如图1所示）Sn/Pb（比例应等于或接近于63/37，操作温度为230∽250℃之间）合金中，然后拉出经热风（控制热风温度、风速和风刀角度，其中风刀结构与PCB板距离等已优化而固定下来）吹去多余的Sn/Pb合金，得到所要求组成和厚度的Sn/Pb合金层。在热风整平生产过程中要控制和维护好Sn/Pb合金组成的成份比例（一般要定期补充纯锡，因为才锡比铅更易于氧化，加上锡也易于与其它金属形成合金，所以锡消耗比铅要快）。同时，在高温热风整平的过程中，PCB上的铜也会熔入到Sn/Pb 合金中去，使Sn/Pb合金中含有铜的组分，由于铜和锡会形成高熔点的合金化合物，如Cu6/Sn5、Cu4/Sn3、Cu3/Sn等。当Sn/Pb合金中的铜含量≥0.3%（重量百分比）时，不仅会是使热风整平温度提高（如超过250℃以上）才能得到平整而光亮的涂覆Sn/Pb合金层，甚至会形成粗糙不平或沙石状的表面。因此应定期进行分析Sn和Pb含量与比例，以保证其比例处于62∽64/38∽36之间。同时，由于锡比铅更易于氧化，因此，熔融的锡/铅合金表面应具有耐高温的防氧化剂或耐热助焊剂等加以保护。另外，还要经常清除去在熔融的锡/铅合金表面上的氧化物和锡与铜的合金化合物（要采用比HAL更高的温度和一定保温时间，使铜与锡能充分反应，并漂浮在熔融的锡/铅合金表面上。然后降低温度到230℃左右清除去表面层或残渣），以保证熔融的锡/铅合金的组成比例和纯洁。 HAL的锡/铅合金厚度的控制是极其重要的。对于THT（通孔插装技术）来说，HAL的锡/铅合金厚度一般为5∽7um或更大些。但对于SMT（表面安装技术）来说，HAL的锡/铅合金厚度应控制在3∽5μm之间为宜，厚度太厚或太薄都会带来PCB焊接的可靠性问题。 1.2 热风整平问题和挑战 HAL的锡/铅合金的最大的优点是它具有与焊料相同的组成和成分比例，同时，它能够很好覆盖于新鲜的铜的表面上而保护了铜不被氧化和污染。因此，HAL的锡/铅合金具有极好的保护性、可焊性和可靠性。 但是，HAL的锡/铅合金层在SMT的应用中也遇到了问题和挑战，主要是来自熔融锡/铅合金的表面张力太大（约为水的表面张力的6∽8倍）和在高温下产生锡/铜金属间化合物（IMC，intermetallic compound）以及在HAL过程中PCB受到高温（230∽250℃）的热冲击等三大方面。 （1）熔融的锡/铅合金表面张力太大带来的问题和挑战。当表面安装用的PCB不断向高密度发展时，PCB的连接盘（焊盘）的密度越来越大，而其尺寸越来越小，在涂覆相同要求厚度的熔融锡/铅合金下，由于表面张力的作用，使尺寸小的连接盘上锡/铅合金层呈显“龟背”现象（如图2所示）。这种“龟背”现象将随着高密度化（或连接盘微小化）的发展而严重化起来，其结果会导致元器件(特别是SMD 表面安置器件)的引脚与连接盘之间形成“点”的接触,从而影响焊接的可靠性(特别是在高密度化焊接时,会引起位移和错等位)问题.

无铅焊接工艺温度曲线

无铅回流焊接工艺温度曲线冷却速率至关重要 https://www.wendangku.net/doc/502075462.html, 作者:Ursula Marquez, 工艺研究工程师和Denis Barbini博士，高级技术经理，维多利绍德（Vitronics Soltec）有限公司 良好可控的回流工艺影响焊接质量。对无铅焊接，各种不同的回流参数及工艺、材料与成品率和质量的关系，再次成为今天研究的主题。由于现在的强制对流回流炉子的设计可以获得并控制很好的热稳定性和一致性,许多问题已经可以得到回答或解决，比如最高温度对零件可靠性的影响,如何降低回流最高温的要求,焊料成份的影响,减小ΔT的重要性,焊料在液态的滞留时间,以及焊料和助焊剂的匹配兼容性，等。但是人们通常忽略了对冷却速率在焊接质量和成品率影响的研究和评估。 传统电子组装的冷却仅仅强调PCB板子的出炉温度和快速的回流回流速度，当无铅材料出现的时候,这个问题又被重新拿出来讨论。最近的研究显示冷速率影响了焊接的微细构造的形成和最终焊接质量。更快的冷却速率被采纳和应用，还因为快冷却速率的好处包括降低出炉温度,降低PCB板子、板子的镀层、热敏感性元器件、助焊剂和焊料在高温的时间, 减少金属化合物的形成。然而，人们仍然面临这样的矛盾，即比较慢的冷却率可以减少不同热膨胀或热容量系数材料中的内应力。这份报告研究和阐述了冷却的速率在回流工艺中的重要影响。其中描述了冷却过程中焊接剪切力及微观组织的变化趋势，和不同板子的焊接表面材料对焊接力的影响。为发展复杂无铅工艺找到了几把钥匙。 实验 研究使用了一个标准的有可控冷却系统的回流炉。板子是一块放满元器件的中等尺寸的板子(33cmx40.6cm,1.25kg)。当三个冷却区被配置达到慢的和快速的冷却率的时候,加热部分的温度曲线保持不变。温度测量使用了一个标准的数据装置和新的标准的热电偶。用紫外线可修整的粘胶把热电偶粘在二个代表板子最冷的和最热的位置的器件上。先前就对这些元器件做过了一些评估。无铅回流曲线的冷却斜率是以最高温度和200°C之间来计算取值的。 在当今使用典型的板子和现代的强制对流的回流回流炉时,冷却速率决定了焊料在液态的时间和冷却的速度。 本研究共使用三种板子,它们是铜有机(Cu-OSP)，无电镀的镍-金(ENIG)和渗锡(ImmSn)表层的板子。板子基体材料包括玻璃化的,四功能化合物FR-4环氧基树脂,它具有175°C的玻璃化转变温度,厚度有0.81毫米。焊接区域直径是0.56毫米。 所有对无铅做的回流模拟实验都使用了一种非洁净的有点粘的助焊剂。助焊剂是用一个小模板手动刷到板子上的。使用小镊子人工把焊球放置在板子上。实验选用了63Sn/37Pb和95.5Sn/3.8Ag/0.7Cu材料,0.76毫米的焊球。 回流曲线 样品大小需要裁减以适合热量计(DSC)的大小。热量计是一个在氮环境中工作的炉子。每一组实验配置,无论无铅还是有铅焊料,每一个板子都跑8次同样的回流曲线。每块板子上焊4个焊球。每个曲线都用了Omega型号K的热电偶和可用紫外修整的粘结剂。实验设计调查了焊料在液相上面的时间（60或90秒）,直线加热升温曲线(L),或经过升温、恒温浸润、再融化的温度曲线(RSS)对焊接力的影响和最高温度后的冷却速率的影响。无铅的最高温度是244℃－245℃,有铅的最高温度是210℃－211℃。无铅最快速的冷却速率是-2.5℃/sec,有铅最快速的冷却速率是-2.4℃/sec。最慢的冷却速率两个都是-0.5℃/sec。

揭开PCB最后表面处理之迷

揭开PCB最后表面处理之迷 By Eric Stafstrom 电子工业都把注意力集中在作为潜在的HASL替代的OSP、浸银和浸锡上面。 虽然以产品生命周期短和迅猛的技术改变闻名，电子工业还不得不采用一种工业应用广泛的热空气焊锡均涂(HASL, hot air solder leveling)的替代技术。在过去十年，有无数的论文发表，预言HASL会由有机可焊性保护层(OSP, organic solderability preservatives)、无电镀镍/浸金(ENIG, electroless nickel/immersion gold)或新的金属浸泡技术诸如银与锡所取代。到目前为止，还没有一个预言变成现实。 HASL是在世界范围内主要应用的最终表面处理技术。一个可预计的、知名的涂层，HASL今天使用于亿万计的焊接点上。尽管如此，三个主要动力：成本、技术和无铅材料的需要，推动着电子工业考虑HASL的替代技术。 从成本的观点来看，许多电子元件诸如移动通信和个人计算机正变成任意使用的商品，以成本或更低的价格销售，来保证互连网或电话服务合约。这个策略使得这些商品大量生产和日用品化。因此，必须考虑成本和对环境的长期影响。环境的关注通常集中在潜在的铅泄漏到环境中去。仅管在北美的立法禁止铅的使用还是几年后的事情，但是原设备制造商(OEM, original equipment manufacturer)必须满足欧洲和日本的环境法令，以使其产品作全球销售。这个考虑已经孕育出许多课题，评估在每一个主要的OEM那里消除铅的可选方法。 HASL的替代方法允许无铅印刷电路板(PWB, printed wiring board)，也提供平坦的共面性表面，满足增加的技术要求。更密的间距和区域阵列元件已允许增加电子功能性。通常，越高的技术对立着降低成本。可是，大多数替代方法改进高技术装配和长期的可靠 性，而还会降低成本。 成本节约是整个过程成本的函数，包括过程化学、劳 力和企业一般管理费用(图一)。象OSP、浸银和浸锡等替 代技术可提供最终表面处理成本的20 ~ 30%的减少。虽然 每块板的节约百分比在高层数多层电路板产品上可能低， 日用电子的成本节约，随着更大的功能性和铅的消除，将 驱使替代方法使用的急剧增加。 替代方法的使用将不仅会增加，而且将取代HASL作为最终表面处理的选择。今天替代的问题是选择的数量和已经发表的数据的纯卷积。诸如ENIG、OSP、浸锡和浸银等替代方法都提供无铅、高可焊性、平整、共面的表面，在生产中对第一次通过装配合格率提供重大改进。为了揭开最终表面处理的神秘面纱，这些HASL的替代方法可通过比较每个涂层对装配要求和PWB设计的优点来区分。 装配要求 HASL替代方法对装配过程的作用反映表面的可焊性和它如何与使用的焊接材料相互作用。每一类替代的表面涂层— OSP、有机金属的organometallic)(浸锡和银)或金属的(ENIG) —具有不同的焊接机制。焊接机制的这种差异影响装配过程的设定和焊接点的可靠性。 OSP是焊接过程中必须去掉的保护性涂层。助焊剂必须直接接触到OSP表面，以渗透和焊接到PWB 表面的铜箔上。1

无铅焊的发展现状和发展趋势

无铅焊技术的发展现状和发展趋势 摘要 在焊接技术的发展过程中，锡铅合金一直是最优质的、廉价的焊接材料，无论是焊接质量还是焊后的可靠性都能够达到使用要求；但是，随着人类环保意识的加强，“铅”及其化合物对人体的危害及对环境的污染，越来越被人类所重视。随着无铅焊接的逐步应用（这是大势所趋），越来越多的用户开始寻找合适的焊接工具与密管脚芯片返修设备。2006年7月起，进入欧盟市场的电子电气产品将禁用的有害物质包括：镉、六价铬、铅、汞、PBB（多溴联苯）和PBDE （多溴二苯醚）。我国也已制定了相应的法律法规，最后期限也是2006年7月。本文对无铅焊接技术做了主要的介绍。 关键词：焊料趋势工艺窗口设备 Abstract In the process of the development of solder alloys，tin lead has been the most high-quality，low-cost， whether the quality of welding welding materials or reliability of welding is used to achieve requirements，But，as the environmental protection consciousness， strengthen human "and" lead compounds for the harm to human body and pollution to the environment， more and more attention by humans. With the application of lead-free soldering gradually （this is inevitable）， more and more users start looking for the right tools and pipe welding equipment repair feet chips. 2006 July，into the eu market electric products will disable the harmful material include: hexavalent chromium， cadmium， lead，mercury，PBB （br） and PBDE （more spin bromine diphenyl ether）. China has formulated relevant laws and regulations， the deadline is July 2006. In order to make everyone to lead-free soldering have more understanding of lead-free soldering， this paper mainly introduces the doing.

通孔回流工艺解析经典版

通孔回流焊接的作用 一.什么叫通孔回流焊接技 在传统的电子组装工艺中，对于安装有过孔插装元件采用波峰焊接技术。但波峰焊接有许多不足之处：不适合高密度、细间距元件焊接；桥接、漏焊较多；需喷涂助焊剂； PCB板受到较大热冲击翘曲变形。因此波峰焊接在许多方面不能适应高精密度电子组装技术的发展。为了适应这种高精密度表面组装技术的发展，解决以上焊接难点的措施是采用通孔回流焊接技(THRThrough-holeReflow)，又称为穿孔回流焊PIHR(Pin-in-HoleReflow)。该技术原理是在PCB板完成贴片后，使用一种安装有许多针管的特殊钢网模板，调整模板位置使针管与插装元件的过孔焊盘对齐，使用刮刀将模板上的锡膏漏印到焊盘上，然后安装插装元件，最后插装元件与贴片元件同时通过回流焊完成焊接。从中可以看出穿孔回流焊相对于传统工艺的优越性：首先是减少了工序，省去了波峰焊这道工序，节省了人工费用，在效率上也得到了提高；其次回流焊相对于波峰焊，产生桥接的可能性要小的多，这样就提高了一次通过率。穿孔回流焊相对传统工艺在生产效率、先进性上都有很大优势。通孔回流焊接技术起源于日本SONY公司，20世纪90年代初已开始应用，但它主要应用于SONY自己的产品上，如电视调谐器及CDWalkman。 通孔回流焊有时也称作分类元件回流焊，正在逐渐兴起。它可以去除波峰焊环节，而成为PCB混装技术中的一个工艺环节。通孔回流焊最大的好处就是可以在发挥表面贴装制造工艺的优点的同时使用通孔插件来得到较好的机械联接强度。对于较大尺寸的PCB板的平整度不能够使所有表面贴装元器件的引脚都能和焊盘接触，同时，就算引脚和焊盘都能接触上，它所提供的机械强度也往往是不够大的，很容易在产品的使用中脱开而成为故障点。尽管通孔回流焊可发取得偿还好处，但是在实际应用中通孔回流焊仍有几个缺点，锡膏量大，这样会增加因助焊剂的挥了冷却而产生对机器污染的程度，需要一个有效的助焊剂残留清除装置。通孔回流焊另外一点是许多连接器并没有设计成可以承受通孔回流焊的温度，早期通孔回流焊基于直接红外加热的回流焊炉子已不能适用，这种回流焊炉子缺少有效的热传递效率来处理一般表面贴装元件与具有复杂几何外观的通孔连接器同在一块PCB上的能力。只有大容量的具有高的热传递的强制对流通孔回流焊炉子，才有可能实现通孔回流，并且也得到实践证明，剩下的问题就是如何保证通孔中的锡膏与元件脚有一个适当的回流焊温度曲线。随着工艺与元件的改进，通孔回流焊也会越来越多被应用。影响回流焊工艺的因素很多，也很复杂，需要工艺人员在生产中不断研究探讨，将从多个方面来进行探讨。 二．通孔回流焊接工艺的特点 1. 通孔回流焊与波峰焊相比的优点 (1)通孔回流焊焊接质量好，不良比率PPM(百万分率的缺陷率)可低于20。 (2)虚焊、连锡等缺陷少，返修率极低。 (3)PCB布局的设计无须像波峰焊工艺那样特别考虑。 (4)工艺流程简单，设备操作简单。 (5)通孔回流焊设备占地面积少，因其印刷机及回流炉都较小，故只需较小的面积。 (6)无锡渣问题。 (7)机器为全封闭式，干净，生产车间里无异味。 (8)通孔回流焊设备管理及保养简单。 (9)印刷工艺中采用了印刷模板，各焊接点及印刷的焊膏量可根据需要调节。

SMT无铅制程工艺要求及问题解决方案

一、锡膏丝印工艺要求 1、解冻、搅拌 首先从冷藏库中取出锡膏解冻至少4小时，然后进行搅拌，搅拌时间为机械2分钟，人手3分钟，搅拌是为了使存放于库中的锡膏产生物理分离或因使用回收造成金属含量偏高使之还原，目前无铅锡膏Sn/Ag3.0/Cu0.5代替合金，比重为7.3,Sn63/Pb37合金比重为8.5因此无铅锡膏搅拌分离时间可以比含铅锡膏短。 2、模板 不锈钢激光开口,厚度80-150目(0.1-0.25mm)、铜及电铸Ni模析均可使用。 3、刮刀 硬质橡胶(聚胺甲酸酯刮刀)及不锈钢金属刮刀。 4、刮刀速度\角度 每秒2cm-12cm。（视PCB元器件大小和密度确定）；角度:35-65℃。 5、刮刀压力（图一） 1.0-2Kg/cm2 。 6、回流方式 适用于压缩空气、红外线以及气相回流等各种回流设备。

7、工艺要求 锡膏丝印工艺包括4个主要工序，分别为对位、充填、整平和释放。要把整个工作做好，在基板上有一定的要求。基板需够平，焊盘间尺寸准确和稳定，焊盘的设计应该配合丝印钢网，并有良好的基准点设计来协助自动定位对中，此外基板上的标签油印不能影响丝印部分，基板的设计必需方便丝印机的自动上下板，外型和厚度不能影响丝印时所需要的平整度等。 8、回流焊接工艺 回流焊接工艺是目前最常用的焊接技术，回流焊接工艺的关键在于调较设置温度曲线。温度曲线必需配合所采用的不同厂家的锡膏产品要求。 二、回流焊温度曲线 本文推荐的无铅回流焊优化工艺曲线说明(如图二):推荐的工艺曲线上的四个重要点: 1、预热区升温速度尽量慢一些(选择数值2-3℃/s)，以便控制由锡膏的塌边而造成的焊点桥接、焊球等。 2、活性区要求必须在(45-90sec、120-160℃)范围内，以便控制PCB基板的温差及焊剂性能变化等因数而发生回流焊时的不良。 3、焊接的最高温度在230℃以上保持20-30sec，以保证焊接的湿润性。 4、冷却速度选择在-4℃/s。 回流温度曲线如下：（图二）

回流焊原理以及工艺 (1)

回流焊机原理以及工艺 1.什么是回流焊 回流焊是英文Reflow是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏装软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。回流焊是将元器件焊接到PCB板材上，回流焊是对表面帖装器件的。回流焊是靠热气流对焊点的作用,胶状的焊剂在一定的高温气流下进行物理反应达到SMD的焊接；之所以叫"回流焊"是因为气体在焊机内循环流动产生高温达到焊接目的。 回流焊机原理分为几个描述： （回流焊温度曲线图） A.当PCB进入升温区时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘，将焊盘、元器件引脚与氧气隔离。 B.PCB进入保温区时，使PCB和元器件得到充分的预热，以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件。 C.当PCB进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡对PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点。 D.PCB进入冷却区，使焊点凝固此；时完成了回流焊。 2.回流焊机流程介绍 回流焊加工的为表面贴装的板，其流程比较复杂，可分为两种：单面贴装、双面贴装。 A，单面贴装：预涂锡膏→贴片（分为手工贴装和机器自动贴装）→回流焊→

检查及电测试。 B，双面贴装：A面预涂锡膏→贴片（分为手工贴装和机器自动贴装）→回流焊→B面预涂锡膏→贴片（分为手工贴装和机器自动贴装）→回流焊→检查及电测试。 回流焊的最简单的流程是"丝印焊膏--贴片--回流焊，其核心是丝印的准确，对贴片是由机器的PPM来定良率，回流焊是要控制温度上升和最高温度及下降温度曲线。" 回流焊机工艺要求 回流焊技术在电子制造领域并不陌生，我们电脑内使用的各种板卡上的元件都是通过这种工艺焊接到线路板上的。这种工艺的优势是温度易于控制，焊接过程中还能避免氧化，制造成本也更容易控制。这种设备的内部有一个加热电路，将氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板，让元件两侧的焊料融化后与主板粘结。 1.要设置合理的再流焊温度曲线并定期做温度曲线的实时测试。 2.要按照PCB设计时的焊接方向进行焊接。 3.焊接过程中严防传送带震动。 4.必须对首块印制板的焊接效果进行检查。 5.焊接是否充分、焊点表面是否光滑、焊点形状是否呈半月状、锡球和残留物的情况、连焊和虚焊的情况。还要检查PCB表面颜色变化等情况。并根据检查结果调整温度曲线。在整批生产过程中要定时检查焊接质量。 影响工艺的因素: 1.通常PLCC、QFP与一个分立片状元件相比热容量要大，焊接大面积元件就比小元件更困难些。 2.在回流焊炉中传送带在周而复使传送产品进行回流焊的同时，也成为一个散热系统，此外在加热部分的边缘与中心散热条件不同，边缘一般温度偏低，炉内除各温区温度要求不同外，同一载面的温度也差异。 3.产品装载量不同的影响。回流焊的温度曲线的调整要考虑在空载，负载及不同负载因子情况下能得到良好的重复性。负载因子定义为： LF=L/(L+S);其中L=组装基板的长度，S=组装基板的间隔。回流焊工艺要得到重复性好的结果，负载因子愈大愈困难。通常回流焊炉的最大负载因子的范围为0.5~0.9。这要根据产品情况（元件焊接密度、不同基板）和再流炉的不同型号来决定。要得到良好的焊接效果和重复性，实践经验很重要的。 3.回流焊机技术有那些优势？ （1）再流焊技术进行焊接时，不需要将印刷电路板浸入熔融的焊料中，而是采用局部加热的方式完成焊接任务的；因而被焊接的元器件受到热冲击小，不会因过热造成元器件的损坏。 （2）由于在焊接技术仅需要在焊接部位施放焊料，并局部加热完成焊接，因而避免了桥接等焊接缺陷。 （3）再流焊技术中，焊料只是一次性使用，不存在再次利用的情况，因而焊料很纯净，没有杂质，保证了焊点的质量。 4.回流焊机的注意事项 1.为确保人身安全，操作人员必须把厂牌及挂饰摘下，袖子不能过于松垮。

回流焊学习

在讲回流焊之前我们首先大概的了解一下回流焊的。、 无铅回流焊工艺是当前表面贴装技术中最重要的焊接工艺，它已经在包括手机，电脑，汽车电子，控制电路，通讯，LED 照明等许多行业得到大规模的应用。越来越多的电子元器件从通孔转换为表面贴装，而回流焊在相当的范围内取代波峰焊已经是焊接行业的明显趋势。 下面我们我们深入了解回流焊。 本课将由分成五部分进行讲解 1. 2. 3. 4. 5. 首先我们先了解一下关于涉及回流焊的一些专业术语 1.Smt 2.smd 3.smc 4.pcb （单板/双板/多层板/柔性板） Smt 装置生产线 整条流水线，一般有钢网锡膏印刷机，贴片机和回流焊等三部分组成， 锡膏印刷机起到锡膏供给的作用。 印刷机中用到的钢网现在一般由激光雕刻完成，这种工艺比较准确。现在又有专门生产钢网的厂家，价格一般一般比较高利润比较丰厚。500*500以下的基本在290`~350左右，500*500以上的大型钢网价格在450~600之间不等。 贴片机完成元件的搭载贴片作用 贴片机，顾名思义为贴装电器元件的机器，原件送料器，基板PCB 是固定的，贴片头（安装多个真空吸料嘴）在送料器与基板之间来回移动，将原件从吸料口取出，经过对原件位置及方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于架台的X/Y 坐标横梁上。实现激光或者摄像头定位。对于贴片机机就不做过多说明。 接下来就看到了回流焊 点胶机：又称滴液机，主要用于定量分配滴涂贴片胶或作为CSP 底部填充工艺，有时也用来分配滴涂焊膏。是专门对流体进行控制，并将流体点滴、涂覆于产品表面或产品内部的自动化机器。点胶机主要用于产品工艺中的胶水、油漆以及其他液体精确点、注、涂、点滴到每个产品精确位置，可以用来实现打点、画线、圆型或弧型。 Aoi 视觉误配检查机：A tomatic Optic Inspection ，根据检测原理分为2大类，一类使用激光laser 作为检测手段，另一类使用CCD 镜头摄取图像进行处理。在使用CCD 方式的AOI 产品中，绝大多数还在使用黑白的图像处理模式，实现三维的另一个措施是，使用彩色原理结合彩色CCD 镜头对组装板进行“彩色高亮度(color highlight)”方式处理。 AOI 检测分为两部分：光学部分和图像处理部分。 AOI 的应用，可放置在印刷后、焊前、焊后的不同位置。 印刷后：焊膏量过多，过少，焊膏图形的位置有无偏移，焊膏图形之间有无粘连； 贴装后，焊接前：元件贴错、移位、贴反（如电阻翻面）、元件侧立、元件丢失、极性错误、贴片压力过大造成焊膏图形之间粘连等。 再流焊炉之后：可检测元件贴错、元件移位、元件贴反（如电阻翻面）、元件丢失、极性错误、焊点润湿度、焊锡量过多、焊锡量过少、漏焊、虚焊、桥接、焊球（引脚之间的焊球）、元件翘起（竖碑）等焊接缺陷。 柔性板又称为软板，应用范围较为广，且 占有量为PCB 行业的20~30%，且有逐年增加的趋势。所以这个行业也是比较有前景的。

无铅焊接的可靠性.

无铅焊接的可靠性 考虑到环境和健康的因素，欧盟已通过立法将在2008年停止使用含铅钎料，美国和日本也正积极考虑通过立法来减少和禁止铅等有害元素的使用。铅的毒害目前全球电子行业用钎料每年消耗的铅约为20000ｔ，大约占世界铅年总产量的5%。铅和铅的化合物已被环境保护机构(ＥＰＡ)列入前17种对人体和环境危害最大的化学物质之一。无铅钎料目前常用的含铅合金焊料粉末有锡一铅（Sn-Pb）、锡一铅一银（Sn-Pb-Ag）、锡一铅一铋（Sn-Pb-Bi）等，常用的合金成分为63%Sn/37%Pb以及62%Sn/36%Pb/2%Ag。不同合金比例有不同的熔化温度。对于标准的Sn63和Sn62焊料合金来说，回流温度曲线的峰值温度在203到230度之间。然而，大部分的无铅焊膏的熔点比Sn63合金高出30至45度，因此，无铅钎料的基本要求目前国际上公认的无铅钎料定义是:以Sn为基体，添加了Ag、Cu、Sb、In其它合金元素，而Pb的质量分数在0.2%以下的主要用于电子组装的软钎料合金。无铅钎料不是新技术，但今天的无铅钎料研究是要寻求年使用量为5～6万吨的Sn-Pb钎料的替代产品。因此，替代合金应该满足以下要求: (1)其全球储量足够满足市场需求。某些元素，如铟和铋，储量较小，因此只能作为无铅钎料中的微量添加成分; (2)无毒性。某些在考虑范围内的替代元素，如镉、碲是有毒的。而某些元素，如锑，如果改变毒性标准的话，也可以认为是有毒的; (3)能被加工成需要的所有形式，包括用于手工焊和修补的焊丝;用于钎料膏的焊料粉;用于波峰焊的焊料棒等。不是所有的合金能够被加工成所有形式，如铋的含量增加将导致合金变脆而不能拉拔成丝状; (4)相变温度(固/液相线温度)与Sn-Pb钎料相近; (5)合适的物理性能，特别是电导率、热导率、热膨胀系数; (6)与现有元件基板/引线及PCB材料在金属学性能上兼容; (7)足够的力学性能:剪切强度、蠕变抗力、等温疲劳抗力、热机疲劳抗力、金属学组织的稳定性; (8)良好的润湿性; (9)可接受的成本价格。 新型无铅钎料的成本应低于 22.2/ｋｇ，因此其中In的质量分数应小于 1.5%，Bi含量应小于 2.0%。早期的研发计划集中于确定新型合金成分、多元相图研究和润湿性、强度等基本性能考察。后期的研发计划主要集中于五种合金系列:SnCu、SnAg、SnAgCu、SnAgCuSb和SnAgBi。并深入探讨其疲劳性能、生产行为和工艺优化。表2.3 ＮＣＭＳ美国国家制造科学中心提出的无铅钎料性能评价标准ＩＰＣ也于2000年6月发布了研究报告“A guide line for assembly of lead-free electronics”。 目前国际上关于无铅钎料的主要结论如下:现在已经有很多种无铅钎料面世没有一种能够为SnPb钎料的直接替代提供全面的解决方案。 (1)对于某些特殊的工艺过程，某些特定的无铅钎料可以实现直接替代; (2)目前而言，最吸引人的无铅钎料是Sn-Ag-Cu系列。其他有潜力的组合包括Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag和Ｓn-Ag-Bi; (3)目前还没有合适的高铅高熔点钎料的无铅替代品;

SMT无铅化工艺

SMT无铅化工艺 一．无铅焊料： 与传统的含铅焊料相比，无铅焊料的原理就是由一些合金混合物 来替代原有的铅，其特点就是这种合金的熔融温度要略高于含铅焊料。 以Sn/Ag合金为例，其熔融温度为221摄氏度，高于含铅焊料的熔融温度183 摄氏度，而另一些无铅焊料Sn/Ag/Cu 熔点为218摄氏 度、Sn/Ag/Cu/Sb熔点为217摄氏度。 二．无铅焊接工具： 无铅焊接工具与以往含铅焊接相比，生产设备方面不会有太多的 改变，而对于返修工艺来说，将面临更大的挑战。 如前段无铅焊料中，已提及无铅焊料的原理就是由一些合金混合 物来替代原有的铅，而这些合金材料的成分中Cu的使用最多。Cu是易氧化物，其氧化物CuO2与Cu相比硬度降低，就如同氧化铁（铁锈）。一旦无铅焊料中的Cu 在焊接过程中焊接时间过长，就容易造成被氧化，最终会成为产品质量的缺陷。 由此可以得出结论，焊接过程越短，焊接质量就越为可靠！在目前市场上有多款面向于无铅焊接领域的烙铁，对此做出了一个实验 以下是2个试验条件和结果：

1. 4种烙铁头的温度都设在329CO,每个烙铁头连续完成10 个焊点，每个焊点的温度达到同样的温度232CO时，完成 下一个焊点。 当10 个焊点都完成后，记录每种烙铁所用的全部时间如下： METCA——150 秒PACE204 秒 WELLE——245 秒HAKK 316 秒 该试验表明，METCAI烙铁所用时间最短，说明其功率输出效率 高，比HAKKO勺速度快一倍以上。 2.如果使这4 种烙铁都保持同样的焊接速度，即使每一个烙铁所 用时间都保持在150 秒，其它烙铁就必须升高烙铁头的温度，而METCA烙铁仍维持329Co的温度不变： METCA—L—150 秒——329 CO PACE——150 秒——349 CO WELLE—R—150 秒——380 CO HAKKO——150 秒——409 CO 我们可以得出结论，Metcal SP200的升温速度比其它至少快25% 而比Hakko926ESD!y要快一倍以上。 无铅焊接虽然对焊接工具提出了更高的要求，但经实验我们发现 部分无铅烙铁已经能满足现有无铅焊料的要求，使用Metcal 烙铁更能有效的防止焊接过程中氧化现象的产生，确保了无铅焊接的可靠性。三. 无铅焊接环境： 无铅焊接环境是指在无铅焊接过程中，对无铅焊接成功与否造成 决定性因素的一些周围环境。较为典型的例子，就是在无铅回流焊、无

有铅工艺和无铅工艺的区别

有铅工艺和无铅工艺的区别 趋势 首先我们来看看有铅和无铅的趋势，随着国际环保要求逐步提高，无铅工艺成为电子产业发展的一个必然过程。尽管无铅工艺已经推行这么多年，仍有部分企业使用有铅工艺，但无铅工艺完全代替有铅这是一个必然的结果。但是无铅工艺在使用方面有些地方也许还不如有铅工艺，所以我们以后要研究的是如何让无铅工艺更好地替代有铅工艺。让rosh环保更广泛的普及，达到既盈利又环保的双赢目标。 现状 当前国内许多大公司也没有完全采用无铅工艺而是采取有铅工艺技术来提高可 靠性，在机车行业中西门子和庞巴迪等国际知名公司也没有完全采用无铅工艺进行生产，而是尽量豁免。 当前有许多专业也认为无铅技术还有许多问题有待于进一步认识，如著名工艺专家李宁成博士也认为当前的无铅工艺技术的发展还没有有铅技术成熟，如先前的无铅焊接采用的最多的Sn3Ag0.5Cu焊料合金，最近发现由于Cu的含量稍低，焊点可靠性有些问题，有人建议将Cu的质量分数提高到1%~2%，但是现在时常上还没有这种焊料合金的产品。同时无铅焊接的电子产品的可靠性数据远远没有有铅焊接生产的电子产品丰富。 比较 有铅工艺技术有上百年的发展历史，经过一大批有铅工艺专家研究，具有交好的焊接可靠性和稳定性，拥有成熟的生产工艺技术，这主要取决于有铅焊料合金的特点。 有铅焊料合金熔点低，焊接温度低，对电子产品的热损坏少；有铅焊料合金润湿角小，可焊性好，产品焊点“假焊”的可能性小；焊料合金的韧性好，形成的焊点抗震动性能好于无铅焊点。

无铅焊接工艺从目前的研究结果中摸索有可替代合金的熔点温度都高于现有的 锡铅合金。例如从目前较可能被业界广泛接受的“锡——银——铜”合金看来，起熔点是217℃，这将在焊接工艺中造成工艺窗口的大大缩小。理论上工艺窗口的缩小为从锡铅焊料的37℃降到23℃。实际上，工艺窗口的缩小远比理论值大。因为在实际工作中我们的测温法喊有一定的不准确性，加上DFM的限制，以及要很好地照顾到焊点“外观”等，回流焊接工艺窗口其实只有约14℃。 图：有铅工艺窗口和无铅工艺窗口对比 不只是工艺窗口的缩小给工艺人员带来巨大的挑战，焊接温度的提高也使得焊接工艺更加困难。其中一项就是高温焊接过程中的氧化现象。我们都知道，氧化层会使焊接困难、润湿不良以及造成虚焊。氧化程度除了器件来料本身要有足够的控制外，拥护的库存条件和时间、加工前的处理(例如除湿烘烤)以及焊接中预热(或恒温)阶段所承受的热能(温度和时间)等都是决定因素。 由于无铅焊接工艺窗口比起含铅焊接工艺窗口有着显著的缩小，业界有些人认为氮气焊接环境的使用也许有必要。氮气焊接能够减少熔锡的表面张力，增加其湿润性。也能防止预热期间造成的氧化。但氮气非万能，它不能解决所有无铅带来的问题。尤其是不可能解决焊接工艺前已经造成的问题。 在目前的回流焊接设备中，使用强制热风对流原理的炉子设计是主流。热风对流技术在升温速度的可控性以及恒温能力方面较强。在加热效率和加热均匀性以重复性等方面较弱。这些弱点，在含铅技术中体现的并不严重，许多情况下还可以被接受。随着无铅技术工艺窗口的缩小和对重复性的更高要求，热风对流技术将受到挑战。

混合工艺之有铅锡膏与无铅BGA的焊接-陶鹏

混合工艺之有铅锡膏与无铅BGA 的焊接 北京德天泉机电设备有限公司 陶 鹏 引言 在当前表面贴装技术（SMT）中，我们对有铅无铅的混合焊接方式并不陌生，尤为代表性的是：有铅锡膏与无铅BGA 的焊接。这也是我们今天所要介绍的主题与实际案例。 1. 从有铅与无铅的特殊性来分析，我们可以先看以下几点 首先，从润湿性的角度看，我们先考虑焊料的特性：相对来说含铅焊料的表面张力较小；而无铅焊料的表面张力相对较大。从其特性可以看出焊膏的流动性与实际焊接的润湿能力存在最直接的关系。所以与锡铅或是普通的低熔点焊料合金相比，无铅焊料合金的润湿效果较差。 其次，我们从其本身的自我矫正的角度来看，与之润湿能力成正相关，以BGA 焊接为例，有铅BGA 的自我矫正（焊球对位）焊接能力明显强于无铅BGA 的自矫正能力。 再之，我们来看它们在可靠性方面的特点，对于无铅焊料合金的长期可靠性目前还没有定论，但其焊点在受力的情况下表现出较大的离散性而容易损伤，值得一提的是在所受应力较低的情况下，SAC 合金的可靠性能与SnPb 合金水平相当或者比它稍好。 针对这种混合制程的焊接方法，我们知道很多产品因为设计的需求或考虑其成本等各方面因素不可避免的采用有铅无铅混做的方式对产品进行焊接加工，所以在可制造性方面形成了阻力，而各个厂家以及各类辅材供应商也就此做出了针对性的试验与改良。 2. 下面，我们通过针对有铅制程无铅BGA 的实际焊接过程进行详述 （1）通常我们使用的锡铅焊膏的回流温度范围在215-235℃。 （2）BGA 焊球SAC 合金的回流温度范围在235±5℃。 以上是我们在回流制程中的重要参数和基本条件。 我们调出在进行混合制程生产过程中曾出现过的问题标本： 首先了解一下产品的相关基础数据： ① PCB 为四层板，厚度1.6mm，长宽210*185mm,PCB 表面处理采用浸锡工艺； ② BGA(SAC)尺寸27*27 225球，pitch1.5mm；（如图2.1，图2.2） U n R e g i s t e r e d

回流焊无铅焊接的特点和对策

钎焊机理 钎焊分为硬钎焊和软钎焊。主要是根据钎料（以下称焊料）的熔化温度来区分的，一般把熔点在450℃以下的焊料叫作软焊料，使用软焊料进行的焊接就叫软钎焊；把熔点在450℃以上的焊料叫作硬焊料，使用硬焊料进行的焊接就叫硬钎焊。在美国MIL SPEC军用标准中，是以800℉（429℃）的金属焊料的熔点作为区分硬钎焊和软钎焊的标准。 电子装联用锡焊是一种软钎焊，其焊料主要使用锡Sn、铅Pb、银Ag、铟In、铋Bi等金属，目前使用最广的是Sn-Pb和Sn-Pb-Ag 系列共晶焊料，熔点一般在185℃左右。 钎焊意味着固体金属表面被某种熔化合金浸润。这种现象可用一定的物理定律来表示。如果从热力学角度来考虑浸润过程，也有各种解释的观点。有一种观点是用自由能来解释的。 ⊿F＝⊿U－T⊿S 在这里，F是自由能，U是内能，S是熵。⊿F 与两种因素有关，即与内能和熵的改变有关。一般S常常趋向于最大值，因此促使－T⊿S也变得更小。实际上，当固体与液体接触时，如果自由能F减少，即⊿F是负值，则整个系统将发生反应或趋向于稳定状态。由此可知，熵是浸润的促进因素，因为熵使⊿F的值变得更小。⊿F的符号最终决定于⊿U的大小和符号，它控制着浸润是否

能够发生。为了产生浸润，焊料的原子必须与固体的原子接触，这就引起位能的变化，如果固体原子吸引焊料，热量被释放出来，⊿U是负值。如果不考虑⊿U的大小和量值，那么，熵值的改变与表面能的改变有同样的意义，浸润同样是有保证的。在基体金属和焊料之间产生反应，这就表明有良好的浸润性和粘附性。如果固体金属不吸引焊料，⊿U是正值，这种情况下，取决于⊿U在特殊温度下的大小值，才能决定能否发生浸润。这时，增加T⊿S值的外部热能，能对浸润起诱发作用。这种现象可以解释弱浸润。在焊接加温时，表面可能被浸润，在冷却时，焊料趋于凝固。在开始凝固的区域，⊿U是正值，其值比T⊿S大得多，当⊿F最终变为正值时，浸润现象就发生了。 有两种情况，一种是两种浸润材料互相发生浸润，导致结合，二者都呈现低表面能，这时的焊点具有良好强度。单纯的粘附作用不能产生良好的浸润性。假如把两种原子构成的固体表面弄得很光滑，在真空中叠合在一起，它们可能粘附在一起，这种现象是两个光滑断面之间的范德华力作用。这种结合接度以范德华力为基础，超过了任何接点的应用强度。生产中不会出现这种情况，因为范德华力是在很短距离时才起作用。实际工程上，表面都且有粗糙性，阻止原子密切接触。可是在一些局部，原子结合力也会起作用，这是很微小的。实际上，从宏观来观察时，也包括范德华力在内。

无铅焊接技术论文

无铅焊接技术论文 因为环境保护的责任和市场竞争的需要 ,无铅焊接技术的应用是必然趋势。下面是为大家精心推荐的无铅焊接技术论文，希望能够对您有所帮助。 无铅手工焊接工艺分析 摘要：目前电子产品生产已经基本实现无铅化，手工焊接是最基础的焊接方法，而电烙铁是手工无铅焊接的主要工具。从无铅与有铅焊料工艺窗口的比较、手工焊接工具的选择、电烙铁的操作方法、手工焊接温度曲线及其热能量传导方面对手工焊接工艺进行分析，探讨如何提高手工焊接的工艺水平。 关键词：无铅手工焊接焊接工艺分析 ：TG441 ：A ：1007-3973(xx)001-060-03 尽管随着贴片技术与波峰焊技术的普遍使用，电子制造对手工的焊接使用慢慢减少，但是在产品试制、科学研究、学校实训和产品维修过程中手工焊接仍然需要。手工焊接是自动焊接的基础，也是电子工程人员必须掌握的基本技能。xx年以前我国基本都是有铅的焊接，欧盟从xx 年7月1日起在消费类电子产品中禁用铅，我国

也从xx年3月1日起对电子产品推行无铅化，现在已经基本实现无铅化了。电烙铁是手工无铅焊接的主要工具，理论实践但可以指导实践，只有深刻领会“焊接温度”、“焊接时间”的含意，通过理论的指导再加上勤奋的练习才能把电烙铁使用好。 1 有铅与无铅焊料工艺窗口比较 无铅焊料种类繁多，不同国家有不同的指定材料，SAC305是我国常用的无铅焊料，即Sn-3.0Ag-0.5Cu(Sn-Ag-Cu系)。焊料对整个工艺的可操作性、可靠性等方面起着决定性的作用，无铅焊料与有铅焊料Sn63Pb37相比有不同特性。图1中分别是锡铅焊料与无铅焊料的手工焊接工艺窗口。 PCB损坏温度区，温度为300℃左右，焊点达到这个温度会造成PCB焊盘损坏;元器件损坏温度区，温度为260℃左右，焊点达到这个温度会造成元件损坏;回流焊接温度区;虚线为焊锡熔点温度;助焊剂活化区，为该区域的下半部分。 从图1可知，Pb-Sn焊料的回流焊接温度为215℃ -230℃，无铅回流焊接温度为245℃ -255℃左右。若以元器件损坏温度为260℃为顶线，焊料的回流焊接温度为底线，则两线之间的温度差称为“焊接工艺窗口”。Pb-Sn焊料的工艺窗口为40℃左右;无铅焊料