一、我們面對的無鉛焊接挑戰(zhàn)

鉛是種特性十分適合焊接工藝的材料。當(dāng)我們將它除去后，到目前還無法找到一種能夠完全取代它的金屬或合金。當(dāng)我們在工藝、質(zhì)量、資源和成本等方面找到比較滿意的代用品時，我們在工藝和成本上都不得不做出讓步。而在工藝上較不理想的情況有以下幾個方面。

1．較高的焊接溫度。大多數(shù)的無鉛焊料合金的熔點都較傳統(tǒng)錫鉛焊料合金高。業(yè)界有少部份溶點低的合金，但由于其中采用如銦之類的昂貴金屬而成本高。熔點高自然需要更高的溫度來處理，這就需要較高的焊接溫度。

2．較差的潤濕性。無鉛合金也被發(fā)現(xiàn)具有較不良的潤濕性能。這不利于焊點的形成，并對錫膏印刷工藝有較高的要求。由于潤濕效果可以通過較高的溫度來提高，這又加強了無鉛對較高溫度的需求。熔化的金屬，一般在其熔點溫度上的潤濕性是很差的，所以實際焊接中我們都需要在熔點溫度上加上20度或以上的溫度以確保能有足夠的潤濕。

3．較長的焊接時間。由于溫度提高了，為了避免器件或材料經(jīng)受熱沖擊和確保足夠的恒溫以及預(yù)熱，焊接的時間一般也需要增長。

以上這些不理想的地方帶給用戶什么呢？總的來說就是器件或材料的熱損壞、焊點的外形和形成不良、以及因氧化造成的可焊性問題等工藝故障。這些問題，在錫鉛技術(shù)中都屬于相對較好處理的。所以到了無鉛技術(shù)時，我們面對的焊接技術(shù)挑戰(zhàn)更大。

MaterialandTechniquesforLead-FreeElectronicAssembly

J．Reachen

伴隨歐洲電子電氣設(shè)備指導(dǎo)法令(WEEEDirective)宣布到2006年部分含鉛電子設(shè)備的生產(chǎn)和進口在歐盟將屬非法，以及國外同業(yè)競爭者在全球不斷推廣無鉛電子裝配，相伴而生的對各種合金混合物的完好性和可靠性等問題的考慮越來越受到重視。簡言之，到底選用哪種合金，這一問題變得越來越緊要。本文將對Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三種合金做深入考察，并對其可靠性試驗結(jié)果與工藝上的考慮進行比較。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合電路與電子組裝工業(yè)的使用時間較長。正因如此，部分業(yè)者對使用Sn/Ag作為一種無鉛替代合金感覺得心應(yīng)手。但不巧的是這種合金存在幾方面的問題。首先這種合金的熔融溫度(221度)和峰值回流溫度(2400-260度)對于許多表面安裝部件和過程來說顯得偏高。此外，這種合金還含有3.5-4%的銀，對某些應(yīng)用構(gòu)成成本制約。而最主要的問題是這種合金會產(chǎn)生銀相變問題從而造成可靠性試驗失效。

我們注意到，在進行疲勞試驗(結(jié)果如表1)時，Sn96/Ag4在其中一種循環(huán)設(shè)置上產(chǎn)生了失效。對此問題作進一步研究得出的結(jié)論是：失效起因于相變。相變的產(chǎn)生是因合金的不同區(qū)有著不同的冷卻速率而致。

伴隨歐洲電子電氣設(shè)備指導(dǎo)法令(WEEEDirective)宣布到2006年部分含鉛電子設(shè)備的生產(chǎn)和進口在歐盟將屬非法，以及國外同業(yè)競爭者在全球不斷推廣無鉛電子裝配，相伴而生的對各種合金混合物的完好性和可靠性等問題的考慮越來越受到重視。簡言之，到底選用哪種合金，這一問題變得越來越緊要。本文將對Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三種合金做深入考察，并對其可靠性試驗結(jié)果與工藝上的考慮進行比較。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合電路與電子組裝工業(yè)的使用時間較長。正因如此，部分業(yè)者對使用Sn/Ag作為一種無鉛替代合金感覺得心應(yīng)手。但不巧的是這種合金存在幾方面的問題。首先這種合金的熔融溫度(221度)和峰值回流溫度(2400-260度)對于許多表面安裝部件和過程來說顯得偏高。此外，這種合金還含有3.5-4%的銀，對某些應(yīng)用構(gòu)成成本制約。而最主要的問題是這種合金會產(chǎn)生銀相變問題從而造成可靠性試驗失效。

我們注意到，在進行疲勞試驗(結(jié)果如表1)時，Sn96/Ag4在其中一種循環(huán)設(shè)置上產(chǎn)生了失效。對此問題作進一步研究得出的結(jié)論是：失效起因于相變。相變的產(chǎn)生是因合金的不同區(qū)有著不同的冷卻速率而致。

為對此問題進行深入研究，用一根Sn96/Ag4焊條，從底部對其進行回流加熱及強制冷卻，以便對其暴露在不同冷卻速率下的合金的微結(jié)構(gòu)進行觀察。Sn96/Ag4合金按冷卻速率的不同產(chǎn)生三種不同的相。由此考慮同樣的脆性結(jié)構(gòu)會存在于焊接互連中，從而造成焊區(qū)失效。正是由于這種原因，大多數(shù)OEM及工業(yè)財團反對把Sn/Ag作為主流無鉛合金來用。銀相變問題的存在也對高銀Sn/Ag/Cu合金提出了質(zhì)問。

Sn/Ag/Cu合金

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J．Reachen

伴隨歐洲電子電氣設(shè)備指導(dǎo)法令(WEEEDirective)宣布到2006年部分含鉛電子設(shè)備的生產(chǎn)和進口在歐盟將屬非法，以及國外同業(yè)競爭者在全球不斷推廣無鉛電子裝配，相伴而生的對各種合金混合物的完好性和可靠性等問題的考慮越來越受到重視。簡言之，到底選用哪種合金，這一問題變得越來越緊要。本文將對Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三種合金做深入考察，并對其可靠性試驗結(jié)果與工藝上的考慮進行比較。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合電路與電子組裝工業(yè)的使用時間較長。正因如此，部分業(yè)者對使用Sn/Ag作為一種無鉛替代合金感覺得心應(yīng)手。但不巧的是這種合金存在幾方面的問題。首先這種合金的熔融溫度(221度)和峰值回流溫度(2400-260度)對于許多表面安裝部件和過程來說顯得偏高。此外，這種合金還含有3.5-4%的銀，對某些應(yīng)用構(gòu)成成本制約。而最主要的問題是這種合金會產(chǎn)生銀相變問題從而造成可靠性試驗失效。

我們注意到，在進行疲勞試驗(結(jié)果如表1)時，Sn96/Ag4在其中一種循環(huán)設(shè)置上產(chǎn)生了失效。對此問題作進一步研究得出的結(jié)論是：失效起因于相變。相變的產(chǎn)生是因合金的不同區(qū)有著不同的冷卻速率而致。

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J．Reachen

伴隨歐洲電子電氣設(shè)備指導(dǎo)法令(WEEEDirective)宣布到2006年部分含鉛電子設(shè)備的生產(chǎn)和進口在歐盟將屬非法，以及國外同業(yè)競爭者在全球不斷推廣無鉛電子裝配，相伴而生的對各種合金混合物的完好性和可靠性等問題的考慮越來越受到重視。簡言之，到底選用哪種合金，這一問題變得越來越緊要。本文將對Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三種合金做深入考察，并對其可靠性試驗結(jié)果與工藝上的考慮進行比較。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合電路與電子組裝工業(yè)的使用時間較長。正因如此，部分業(yè)者對使用Sn/Ag作為一種無鉛替代合金感覺得心應(yīng)手。但不巧的是這種合金存在幾方面的問題。首先這種合金的熔融溫度(221度)和峰值回流溫度(2400-260度)對于許多表面安裝部件和過程來說顯得偏高。此外，這種合金還含有3.5-4%的銀，對某些應(yīng)用構(gòu)成成本制約。而最主要的問題是這種合金會產(chǎn)生銀相變問題從而造成可靠性試驗失效。

我們注意到，在進行疲勞試驗(結(jié)果如表1)時，Sn96/Ag4在其中一種循環(huán)設(shè)置上產(chǎn)生了失效。對此問題作進一步研究得出的結(jié)論是：失效起因于相變。相變的產(chǎn)生是因合金的不同區(qū)有著不同的冷卻速率而致。

一、我們面對的無鉛焊接挑戰(zhàn)

鉛是種特性十分適合焊接工藝的材料。當(dāng)我們將它除去后，到目前還無法找到一種能夠完全取代它的金屬或合金。當(dāng)我們在工藝、質(zhì)量、資源和成本等方面找到比較滿意的代用品時，我們在工藝和成本上都不得不做出讓步。而在工藝上較不理想的情況有以下幾個方面。

1．較高的焊接溫度。大多數(shù)的無鉛焊料合金的熔點都較傳統(tǒng)錫鉛焊料合金高。業(yè)界有少部份溶點低的合金，但由于其中采用如銦之類的昂貴金屬而成本高。熔點高自然需要更高的溫度來處理，這就需要較高的焊接溫度。

2．較差的潤濕性。無鉛合金也被發(fā)現(xiàn)具有較不良的潤濕性能。這不利于焊點的形成，并對錫膏印刷工藝有較高的要求。由于潤濕效果可以通過較高的溫度來提高，這又加強了無鉛對較高溫度的需求。熔化的金屬，一般在其熔點溫度上的潤濕性是很差的，所以實際焊接中我們都需要在熔點溫度上加上20度或以上的溫度以確保能有足夠的潤濕。

3．較長的焊接時間。由于溫度提高了，為了避免器件或材料經(jīng)受熱沖擊和確保足夠的恒溫以及預(yù)熱，焊接的時間一般也需要增長。

以上這些不理想的地方帶給用戶什么呢？總的來說就是器件或材料的熱損壞、焊點的外形和形成不良、以及因氧化造成的可焊性問題等工藝故障。這些問題，在錫鉛技術(shù)中都屬于相對較好處理的。所以到了無鉛技術(shù)時，我們面對的焊接技術(shù)挑戰(zhàn)更大。

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J．Reachen

伴隨歐洲電子電氣設(shè)備指導(dǎo)法令(WEEEDirective)宣布到2006年部分含鉛電子設(shè)備的生產(chǎn)和進口在歐盟將屬非法，以及國外同業(yè)競爭者在全球不斷推廣無鉛電子裝配，相伴而生的對各種合金混合物的完好性和可靠性等問題的考慮越來越受到重視。簡言之，到底選用哪種合金，這一問題變得越來越緊要。本文將對Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三種合金做深入考察，并對其可靠性試驗結(jié)果與工藝上的考慮進行比較。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合電路與電子組裝工業(yè)的使用時間較長。正因如此，部分業(yè)者對使用Sn/Ag作為一種無鉛替代合金感覺得心應(yīng)手。但不巧的是這種合金存在幾方面的問題。首先這種合金的熔融溫度(221度)和峰值回流溫度(2400-260度)對于許多表面安裝部件和過程來說顯得偏高。此外，這種合金還含有3.5-4%的銀，對某些應(yīng)用構(gòu)成成本制約。而最主要的問題是這種合金會產(chǎn)生銀相變問題從而造成可靠性試驗失效。

我們注意到，在進行疲勞試驗(結(jié)果如表1)時，Sn96/Ag4在其中一種循環(huán)設(shè)置上產(chǎn)生了失效。對此問題作進一步研究得出的結(jié)論是：失效起因于相變。相變的產(chǎn)生是因合金的不同區(qū)有著不同的冷卻速率而致。

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J．Reachen

伴隨歐洲電子電氣設(shè)備指導(dǎo)法令(WEEEDirective)宣布到2006年部分含鉛電子設(shè)備的生產(chǎn)和進口在歐盟將屬非法，以及國外同業(yè)競爭者在全球不斷推廣無鉛電子裝配，相伴而生的對各種合金混合物的完好性和可靠性等問題的考慮越來越受到重視。簡言之，到底選用哪種合金，這一問題變得越來越緊要。本文將對Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三種合金做深入考察，并對其可靠性試驗結(jié)果與工藝上的考慮進行比較。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合電路與電子組裝工業(yè)的使用時間較長。正因如此，部分業(yè)者對使用Sn/Ag作為一種無鉛替代合金感覺得心應(yīng)手。但不巧的是這種合金存在幾方面的問題。首先這種合金的熔融溫度(221度)和峰值回流溫度(2400-260度)對于許多表面安裝部件和過程來說顯得偏高。此外，這種合金還含有3.5-4%的銀，對某些應(yīng)用構(gòu)成成本制約。而最主要的問題是這種合金會產(chǎn)生銀相變問題從而造成可靠性試驗失效。

我們注意到，在進行疲勞試驗(結(jié)果如表1)時，Sn96/Ag4在其中一種循環(huán)設(shè)置上產(chǎn)生了失效。對此問題作進一步研究得出的結(jié)論是：失效起因于相變。相變的產(chǎn)生是因合金的不同區(qū)有著不同的冷卻速率而致。

MaterialandTechniquesforLead-FreeElectronicAssembly

J．Reachen

伴隨歐洲電子電氣設(shè)備指導(dǎo)法令(WEEEDirective)宣布到2006年部分含鉛電子設(shè)備的生產(chǎn)和進口在歐盟將屬非法，以及國外同業(yè)競爭者在全球不斷推廣無鉛電子裝配，相伴而生的對各種合金混合物的完好性和可靠性等問題的考慮越來越受到重視。簡言之，到底選用哪種合金，這一問題變得越來越緊要。本文將對Sn/Ag、Sn/Ag/Cu和Sn/Cu等三種合金做深入考察，并對其可靠性試驗結(jié)果與工藝上的考慮進行比較。

Sn/Ag合金

Sn/Ag3.5-4.0合金在混合電路與電子組裝工業(yè)的使用時間較長。正因如此，部分業(yè)者對使用Sn/Ag作為一種無鉛替代合金感覺得心應(yīng)手。但不巧的是這種合金存在幾方面的問題。首先這種合金的熔融溫度(221度)和峰值回流溫度(2400-260度)對于許多表面安裝部件和過程來說顯得偏高。此外，這種合金還含有3.5-4%的銀，對某些應(yīng)用構(gòu)成成本制約。而最主要的問題是這種合金會產(chǎn)生銀相變問題從而造成可靠性試驗失效。

我們注意到，在進行疲勞試驗(結(jié)果如表1)時，Sn96/Ag4在其中一種循環(huán)設(shè)置上產(chǎn)生了失效。對此問題作進一步研究得出的結(jié)論是：失效起因于相變。相變的產(chǎn)生是因合金的不同區(qū)有著不同的冷卻速率而致。

摘要:針對某型號譯碼器電路板有鉛無鉛元器件混裝帶來的問題，在工藝試驗基礎(chǔ)上，優(yōu)化工藝流程及回流焊接參數(shù)，以保證采用有鉛焊膏焊接有鉛無鉛元器件的可靠性。

關(guān)鍵詞:有鉛;無鉛;混裝;工藝優(yōu)化

1緒論

隨著世界環(huán)保的推行，市場上有鉛元器件的種類在逐漸減少，越來越多的無鉛器件已進入高可靠電子產(chǎn)品組裝中，國內(nèi)軍工行業(yè)高新及部分預(yù)研項目為實現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)和功能，必須選購國外集成電路芯片。在某型號譯碼器電路板使用的表面安裝元器件中，各種集成芯片主要依賴進口，BGA封裝器件的焊球、QFP封裝器件的引線鍍層已經(jīng)改用無鉛材料，而片式電阻、電容、電感、二極管等國產(chǎn)元件的引腳還是采用傳統(tǒng)的錫鉛合金，這就在有鉛制程下出現(xiàn)了有鉛和無鉛混裝現(xiàn)象，需要設(shè)置合理的工藝流程和焊接參數(shù)來保證焊接質(zhì)量。

2優(yōu)化前的工藝流程

某型號譯碼器電路板由于存在無鉛BGA封裝器件，生產(chǎn)中采取了用有鉛焊膏(主要成分為Sn62Pb36Ag2)3次回流焊接的工藝流程.第1次回流時完成電路板上含BGA面的BGA器件和同面其它無鉛器件焊接，峰值溫度235℃;第2次回流時完成電路板反面阻容元件的焊接，峰值溫度210℃;第3次回流時完成BGA面剩余元器件的焊接，峰值溫度220℃;對于部分未能絲印焊膏又無法手工點焊膏的器件，采取手工焊接的形式完成焊接。上述流程考慮了有鉛、無鉛焊接對回流溫度要求的區(qū)別和公司具備的生產(chǎn)條件，經(jīng)過數(shù)批產(chǎn)品生產(chǎn)驗證和試驗考核，可以保證焊接質(zhì)量，尤其是無鉛BGA器件的焊接質(zhì)量能得到保證。