有铅、无铅混装工艺的质量控制.ppt

3-2 有铅、无铅混装工艺的质量控制  （参考： [工艺] 第20章） 顾霭云 内容 1.有铅/无铅混合制程分析 ⑴ 再流焊工艺中无铅焊料与有铅元件混用 ⑵ 再流焊工艺中有铅焊料与无铅元件混用 2.有铅、无铅混装工艺的质量控制 ⑴ 有铅/无铅混用必须考虑相容性 ⑵ 严格物料管理 ⑶ 有铅/无铅混装工艺（用有铅焊料焊接有铅和无铅元器件）的质量控制 一．有铅/无铅混合制程分析 由于再流焊与波峰焊工艺不同； 无引线或有引脚元件的焊端镀层和引脚表面镀层中的Pb含量（或无铅材料的含量）与BGA焊球中Pb含量（或无铅材料的含量）的不同； 对焊点可靠性的影响也是不一样的。 因此需要对各种具体情况分别讨论。 (一） 无铅焊料与有铅元件混用 1. 无铅焊料与有铅镀层元件（无引线或有引脚元件）混用 2. 无铅焊料与有铅PBGA、CSP混用 无铅焊料与有铅元件混用（无引线或有引脚元件） 有铅元件引脚和焊端镀层只有几微米厚，焊端或引脚镀层中微量Pb在无铅焊料与焊端界面容易发生Pb偏析现象，形成Sn-Ag-Pb的174℃的低熔点层，可能发生焊缝起翘（ Lift-off ）现象，影响焊点长期可靠性。 Lift-off（焊点剥离）现象的机理——锡釺焊时的凝固收缩现象 63Sn37Pb合金的CTE是24.5×10-6，从室温升到183℃，体积会增大1.2%，而从183℃降到室温，体积的收缩却为4%，故锡铅焊料焊点冷却后有时有缩小现象。因此有铅焊接时也存在Lift-off，尤其在PCB受潮时。 A面回流焊＋B面波峰焊复合工艺中的问题 完成了A面回流焊，进行B面波峰焊时，在A面大的QFP和PLCC等元件的引脚镀层为Sn-Pb合金时，虽然焊点本身熔点在217 ℃，不会熔化，但在焊锡与焊盘界面容易形成Pb偏析——形成Sn-Ag-Pb的174℃的低熔点层，使界面发生熔化，在热应力的作用下造成焊点从焊盘上剥离。类似Lift-off（焊点剥离）。 2. 无铅焊料与有铅PBGA、CSP混用 “气孔多” 再流焊时，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，造成气孔。 (二) 有铅焊料与无铅元件混用 1. 有铅焊料与无铅镀层元件（无引线或有引脚元件）混用 2. 有铅焊料与无铅PBGA、CSP混用 有铅焊料与无铅元件混用（无引线或有引脚元件） 一般情况没有问题。因为焊端镀层非常薄， 例如应用最多的镀Sn层厚度在 3～7μm，Sn熔点为232℃，与Sn-37Pb合金焊接时，一般情况下峰值温度比焊接有铅元件略微高5℃左右即可以。 但是有一点要特别警惕！镀Sn-Bi元件只能应用在无铅工艺中，不能用到有铅工艺中。这是由于有铅焊料中的Pb与Sn-Bi镀层的在引脚或焊端界面形成Sn-Pb-Bi（熔点93℃）的三元共晶低熔点层、容易引起焊接界面剥离、空洞等问题，导致焊接强度劣化。 2. 有铅焊料与无铅PBGA、CSP混用 如果采用有铅焊料的温度曲线，焊点连接 可靠性是最差的。这是由于有铅焊料与无铅焊球的熔点不相同，有铅焊料熔点低先熔，而无铅焊球不能完全熔化，容易造成PBGA、CSP一侧焊点失效的缘故。 在元件一侧的界面失效 二. 有铅、无铅混装工艺的质量控制 1. 有铅/无铅混用必须考虑相容性 2. 严格物料管理 3. 有铅/无铅混装工艺（用有铅焊料焊接有铅和无铅元器件）的质量控制 高可靠领域暂时不建议采用无铅工艺建议：采用有铅焊料焊接有铅和无铅元器件工艺 无铅焊料是“高锡”焊料。高锡带来的是高温、表面张力大、黏度大、浸润性差、工艺窗口小等问题，高温又会带来工艺上的难度，可能会导致的元件和电路板降级甚至损坏。另外，焊接温度越高金属间化合物生长速度越快，界面微孔、空洞多，金属间化合物是脆性的，无铅焊点比Sn-Pb焊点更硬也传递了更大的应力，这些问题都会影响无铅产品的长期可靠性。 目前，如果采用无铅焊接，可以买到所有的无铅元件。对于大多数民用、通信等领域，由于使用环境应力小、不恶劣，应用无铅焊接的可靠性是没有问题的。 对于军工等高可靠领域，无铅产品的长期可靠性是有风险的。 1. 有铅/无铅混用必须考虑相容性 （1）材料相容性 焊料合金和助焊剂 焊料和元器件 焊料和PCB焊盘涂镀层 （2）工艺相容性 （3）设计相容性 由于有铅/无铅混装再流焊工艺中，使用传统Sn-37Pb焊膏，而混装焊接需要比传统有铅焊接提高温度，因此，如果使用传统的Sn-37Pb焊膏，焊膏中助焊剂的活化温度与活性可能与较高的混装焊接温度不相容。 因此，混装焊接工艺中，焊膏中助焊剂的活化温度与活性也要相应提高，使助焊剂的活性温度范围覆盖整个钎焊温度。 常用有铅、无铅元器件焊端镀