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SMT制程中,无铅焊接的特点和对策

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SMT制程中,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、 无铅波峰焊特点及对策 无铅波峰焊接的主要特点也是高温、润湿性差、工艺窗口小。质量控制难度比再流焊更大。(1) 用对波峰焊的焊料通常采用Sn-0.7Cu或Sn-0.7Cu-0.05Ni,熔点227℃,焊接温度250-260℃。Sn-Cu焊料中加入少量的Ni可增加流动性和延伸率。波峰焊也可以使用Sn/Ag/Cu,一般不推荐用Sn/Ag/Cu焊料,除了因为Sn/Ag/Cu焊料的成本比较高,另外Ag也会腐蚀Sn锅,而且腐蚀作用比Sn更严重。 

(2) 无铅波峰焊接Sn锅中焊料温度高达250-260℃,Sn在高温下有溶蚀Sn锅的现象,温度越高熔蚀性越严重,而且无铅焊料中Sn成分占99%,比有铅焊料多40%,如果采用传统的不锈钢锅胆进行无铅焊,大约三个月就会发生漏锅现象。因此要求波峰焊设备的Sn锅,喷嘴耐高温、耐腐蚀,目前一般采用钛合金钢锅胆,  由于无铅焊料的浸润性差,工艺窗口小,焊接时为了减小PCB表面的温度差,要求Sn锅温度均匀, 

(3) 由于高熔点,PCB预热温度也要相应提高,一般为100-130℃。为了PCB内外温度均匀,预热区要加长。使缓慢升温。焊接时间3-4s。两个波之间的距离要短一些。 

(4) 对于大尺寸的PCB,为了预防PCB变形,传输导轨增加中间支撑。 

(5) 由于高温,为了防止焊点冷却疑固时间过长造成焊点结晶颗粒长大,波峰焊设备应增加冷却装置,使焊点快速降温。但是冷却速度过快又可能对陶瓷体结构的CHIP元件伤害,有可能会使无件产生开裂,因此还要控制不要过快冷却。另外对Sn锅吹风会影响焊接温度,因此还要考虑采用适当的冷却手段。 

(6) 由于高温和浸润性差,要提高助焊剂的活化温度和活性,工艺上可增加一些助剂涂覆盖。 

(7) 要密切关注Sn-Cu焊料中Cu的比例,Cu的成分达0.2%,液相温度改变多达6℃。这样的改变可能导致动力学的改变以及焊接质量的改变。Cu比例超过1%,必须换新焊料。由于Cu随工作时间不断增多,因此一般选择低Cu合金。 

(8) 波峰焊时通孔元件插装孔内上锡高度可能达不到75%(传统Sn\Pb要求75%),因此要求从PCB孔径比的设计、助焊剂活性与涂覆量、波峰温度、波峰高度、导轨的倾斜角度等方面综合考虑。

(9) 由于高温,Sn会加速氧化,因此无铅波峰焊工艺还有一个很大的缺点是产生大量的残渣,充氮气(N2)可以减少焊Sn渣的形成。当然也可以不充N2,或者加入无铅锡渣还原粉,将产生大量的残渣还原后重复利用,但一定要比有铅焊接更注意每天的清理和日常维护。 

(10) 波峰焊后分层LIFT-OFF(剥离、裂纹)现象较严重。

山西英特丽电子科技有限公司(简称SIT)成立于2021年,坐落于中国素有“三晋门户、太行首冲”美誉之称的千年古城晋城市经济开发区(距离郑州1H左右车程);现有32000平方米的厂房面积,28条SMT产线,8条插件线,4条波峰焊线,8条组装线,4条包装线,总投资10个亿,配备先进完善的数字化管理体系,其中包括ERP、MES、WMS智能软件管理系统;并正在取得IS09001、ISO14000、IATF16949、ISO13485等国际认证;SIT致力于打造工业4.0智慧工厂,是山西省最大的EMS电子产品智能制造工厂之一。

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