有铅与无铅元器件混装焊接工艺方法巩向法

有铅与无铅元器件混装焊接工艺方法巩向法

巩向法

（中车青岛四方车辆研究所有限公司山东省青岛市）

摘要：随着我国科技的不断进步，电子行业有着非常迅速的发展，在我国目前的电子行业生产市场上，部分器件生产厂商将有铅生产线改造成了无铅生产线。市场上的无铅器件也迅速占领着主要的市场，替代了以往的有铅元器件。由于有铅元器件和无铅元器件在焊接工艺上有着不同的差别，所以要想改变传统的生产模式，需要我们去针对有铅与无铅元器件混装焊接工艺的方法进行一定的探索。本文通过对有铅和无铅焊接工艺的本质区别上进行充分分析，怎样通过合理的方式，加强对混装焊接产品的质量管控，满足客户需求。

关键词：有铅；无铅；元器件；混装；焊接；工艺；方法

RoHS标准向国际性通用的呃一项强制性标准。也就是关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令。这项指令主要规范的是电子电器生产产品的材料和工艺标准，使得这些产品能够符合符合不危害人体健康和以及能够充分保护和环境绿化生环境生态的一个标准。我目前电子产业当中的无铅化的改变，也是顺应了这个指定标准要求。对于满足可持续发展以及生保护生态绿化环境的保护人体的健康安全来说有着非常重要的帮助，所以说无铅是电子行业发展的一大重要趋势。无铅生产线对于有铅生产线的取代来说有着非常重要的意义。由于有铅元器件和无铅元器件存在着不同的焊接工艺，所以说我们在对有铅锡膏和无铅元器件及其混装焊接的过程中，必须使用正确的焊接工艺，从而保证电子产品的可靠性。

一、有铅元器件和无铅元器件的区别

（一）成分和特性方面

通常，有铅元器件的焊端成分是Sn-Pb合金，而无铅元器件的成分则是Sn、Sn-Cu合金、Sn-Bi合金。所以说有铅和无铅元器件在组分上便有着很大的差别。此外，二者的耐热性也有所不同，有铅元器件的耐热性的最高温度在240℃左右，而无铅元器件的耐热性最高温度在260℃左右。

（二）有铅元器件和无铅元器件的焊接参数区别

升温区：通常指由室温升至100℃左右的区域。在升温区，元器件生升温速度往往是缓缓升温，从而支撑起以后的高温。但PCBA表面因此存在着元器件大小不一致的现象，导致也使得其温度不均，升温区的升温速率通常控制在<2C/s。如果温度升高的速度控制不好，出现过热的现象，陶瓷电容会产生细微裂纹、PCB变形及损坏内部构造，同时也伴随有锡珠的出现。

恒温区：温度通常维持在100~150℃的区域，在这个区域PCBA表面不同的元器件温度都能保持均匀，维持时间约60~90S。若时间过长.助焊剂挥发过多，会对上锡操作产生一定的影响，如果时间过短则会影响焊接质量，BGA焊点气泡增多，甚至对元器件产生一定的损害。

助焊剂浸润区：锡膏处于即将熔化的阶段，锡膏中的助焊剂润湿焊盘元件焊端，能够有效的帮助去除表面的氧化物。

回流区：温度最高，PCBA进人该区后迅速升温，并超出锡膏熔点约30~40C.基板温度瞬时达到210~230℃，时间约为5~10S.但要保证183℃以上时间为60~90S，183℃为有铅焊料熔点。PCB在运行到冷却区后，会使得焊点迅速地降温，进一步强化焊料材质，整体强度得以提高。

二、有铅和无铅元器件混装焊接工艺的具体操作

（一）焊料选择

SnAgCu无铅锡膏：PCBA上既有有铅BGA，又有无铅BGA，采用SnAgCu无铅锡膏，在回流焊接时，有铅焊球会先熔化覆盖在焊盘和元器件焊端的上面，助焊剂不易完全排出，易发生严重空洞。

63Sn37Pb有铅锡膏：63Sn37Pb有铅锡膏熔点低于SnAgCu锡球熔点，不会造成严重空洞，并能与SnAgCu锡球相容。

所以，有铅、无铅混装选择63Sn37Pb是一个非常不错的选择。

（二）温度曲线的优化

采用有铅锡膏、无铅器件，如果在焊接时继续采用有铅焊料的温度曲线，就会出现下面的几个问题：即使铅焊料达到熔点时，焊端的无铅焊料仍然没有熔化，继续升高温度，有铅焊料已完全熔化，无铅焊料还没有全部熔化，使元件焊端与焊料的界面不能生成金属间合金层，另一侧原来的结构被破坏，这样便会直接影响到焊接的质量，容易造成焊接失败的结果。这种情况下，有铅焊料与无铅焊端（球）混用时的焊接效果差，焊接失败率极高。

为了解决该问题，采取以下方法。

1）提高焊接温度，焊接温度由210-230℃提高到230-235℃，正常情况下在240摄氏度以下有铅器件是可以承受的。

2）延长回流时，183℃以上时间由60-90s延长到90-120S

三、有铅、无铅混装工艺可靠性验证

为了验证有铅、无铅混装焊接技术的可靠性，可做以下相应试验：原材料：FR4有铅喷锡PCB板，板卡上包含有铅、无铅BGA封装器件，有铅、无铅SOP芯片。将PCB板焊盘印刷63Sn37Pb锡膏，并把有铅器件和无铅器件同时贴放于同块PCB板，再用进行回流焊接，对焊点质量进行检查，并做相应的高低温实验和振动实验，记录好具体的实验结果。焊点外观质量检测，进行及时的记录，发现焊点湿润性良好、光滑、效果好，满足IPC610焊点外观检验标准。焊点空洞检查中发现，有铅BGA焊点中没有空洞，质量良好，无铅BGA焊点有一些空洞，但空洞率<25%，满足IPC-610标准要求。试验结果，试验后产品焊点外观和可靠性都满足工艺要求。

总结：

随着我国社会经济的不断发展，我国的电子行业也有着长足的发展。在元器件生产的发展过程当中，无铅元器件已经逐渐取代了有铅元器件，并形成了一定的发展趋势。元器件的这样一种发展趋势也是符合当今社会的可持续发展观，以及能够保护人类身体健康的一个重要趋势。我们通过一定的分析和实验可以看出焊料科学的选择以及一个适宜的焊接温度曲线，是保障有铅与无铅混装焊接质量的重要因素。在进行元器件的有铅与无铅混装的过程当中，要选择熔点不低于需求熔点的焊接温度钱，还要非常充分的考虑到无铅焊接工艺的温度，保证拥有一定的工序操作环境，从而确保有铅器件能够承受的最高温度。只有从各方面进行充分的考虑，才能保障好有铅与无铅元器件的混装焊接技术的有效施行。

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