表面貼裝元器件有鉛與無(wú)鉛裝配工藝的研究

陳蓮英　徐衛(wèi)合

摘 要：為了解決印制板中有鉛和無(wú)鉛表面貼元器件混裝工藝的難題，通過(guò)改進(jìn)原先的電氣裝配工藝，如選擇適當(dāng)?shù)暮父嗖牧?，合理設(shè)定焊接溫度。經(jīng)檢驗(yàn)可知：采用新工藝后，有鉛和無(wú)鉛表面貼元器件混裝印制板的成品率得到了提高，且每塊印制板的加工成本有所下降。

關(guān)鍵詞：無(wú)鉛；有鉛；電氣裝配；表面貼裝

由于鉛錫焊膏表面張力小，流動(dòng)性好、熔點(diǎn)低、凝固時(shí)間短、焊點(diǎn)外觀(guān)好、導(dǎo)電性好、并有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、抗蝕性好等特性。長(zhǎng)期以來(lái)，鉛錫焊膏一直是電子工業(yè)中常用的工藝材料。但鉛錫焊膏主要成分為63Sn37Pb，被科學(xué)證明人體內(nèi)若存在過(guò)量鉛會(huì)對(duì)人的智力、神經(jīng)、生殖系統(tǒng)造成損傷。目前，美、日、歐盟等國(guó)家已強(qiáng)制推行無(wú)鉛焊接的電氣裝配標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也積極推行無(wú)鉛焊接工藝，但有鉛和無(wú)鉛電氣焊接裝配工藝共存的局面將會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，兩種焊接混裝也會(huì)給電氣裝配制造帶來(lái)一些問(wèn)題。

1 工藝難點(diǎn)

同一塊印制板中不同的表面貼裝元器件，所能采用焊接工藝可能存在三種情況：僅能有鉛焊接，僅能無(wú)鉛焊接或兩種方法皆可。

⑴有鉛焊接工藝。有鉛焊接時(shí)采用Sn63Pb37焊料，熔點(diǎn)溫度183℃?？奢^好的在有鉛元器件焊與焊料之間形成良好的銅錫合金層。但對(duì)無(wú)鉛元器件焊端的焊接通常采用錫銀銅合金，熔點(diǎn)溫度217℃。如果采用有鉛度焊料進(jìn)行焊接，在183℃焊料融化，但元器件焊端材料未達(dá)到熔點(diǎn)溫，就不能在元器件焊端與焊料之間形成良好的合金層。

⑵無(wú)鉛焊接工藝。如果采用無(wú)鉛的錫銀銅合金焊料進(jìn)行焊接，其熔點(diǎn)為217℃。與有鉛的錫鉛焊料183℃的熔點(diǎn)相比，熔點(diǎn)高出34℃，在焊接時(shí)溫度必須設(shè)置在235℃-245℃，對(duì)某些大熱容量的器件，甚至需要更高溫度。

兩種情況存在同一塊印制板裝配中，由于二者之間的工藝參數(shù)有較大差異（主要是焊接溫度），若采用之前僅針對(duì)一種焊接方式的裝配工藝會(huì)影響印制板的可靠性，損壞有鉛元器件封裝體及內(nèi)部連線(xiàn)，潮濕敏感元件（BGA）將產(chǎn)生不利影響，甚至?xí)苯訉?dǎo)致印制板報(bào)廢，且無(wú)鉛焊接會(huì)引起一個(gè)新的潛在空洞產(chǎn)生源。因此，選擇一種適合有鉛和無(wú)鉛印制板焊接的先進(jìn)工藝是必要的。

2 解決方案

解決有鉛和無(wú)鉛焊接混裝所帶來(lái)問(wèn)題，采用改進(jìn)后的電氣裝配工藝主要是針對(duì)焊膏材料的合理選擇以及合適焊接溫度的設(shè)置而進(jìn)行的。

⑴焊膏材料的合理選擇。針對(duì)不同的表面貼裝元器件僅能有鉛焊接，僅能無(wú)鉛焊接或兩種方法皆可的三種情況，分別對(duì)應(yīng)選擇樂(lè)泰公司三種不同的焊膏CR32、LF318-96SC、LF318-97SC。三種焊膏可焊接的表面貼元器件類(lèi)型：①CR32為含鉛焊膏材料，熔點(diǎn)為183℃僅對(duì)有鉛器件的焊接；②LF318-96SC為無(wú)鉛焊膏材料，熔點(diǎn)為217℃僅對(duì)無(wú)鉛器件的焊接；③LF318-97SC為無(wú)鉛焊膏材料，熔點(diǎn)為217℃可對(duì)無(wú)鉛也可對(duì)有鉛器件的焊接。

⑵合適焊接溫度的選擇。溫度曲線(xiàn)（如圖1所示），焊接時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：①升溫和預(yù)熱區(qū)要求緩慢升溫，使整個(gè)印制板溫度均勻，減小印制板及大、小元器件的溫度差；②快速升溫區(qū)，有鉛焊接從150℃升到183℃，升溫速率為0.55～1℃/s；而無(wú)鉛焊接從150℃升到217℃，升溫速率為0.96～1.34℃/s，升溫速率比有鉛高30%左右；③無(wú)鉛焊回流區(qū)峰值溫度235℃～245℃與印制板基材的極限溫度（240℃）差僅為5℃。在實(shí)際回流焊中，峰值溫度取決于板的尺寸、厚度、層數(shù)、元件布局、Cu的分布以及元件尺寸和熱容量。擁有大而復(fù)雜元件（如BGA、CSP等）的印制板，需要設(shè)置更高的溫度。

⑶混裝焊接工藝的流程。根據(jù)上述對(duì)焊膏材料和焊接溫度工藝參數(shù)的分析，改進(jìn)后的工藝流程主要為：首先，針對(duì)無(wú)鉛表面貼裝元件裝配，選擇LF318-96SC為無(wú)鉛焊膏材料，工作溫度在217℃以上；然后再針對(duì)可進(jìn)行無(wú)鉛和有鉛焊接元器件進(jìn)行裝配，選擇LF318-97SC無(wú)鉛焊膏材料，工作溫度在217℃以下和183℃以上的區(qū)間；最后再進(jìn)行有鉛焊接元器件的裝配，選擇CR32含鉛焊膏材料，工作溫度在183℃。采用這種方法進(jìn)行裝配，既保證了無(wú)鉛焊接元器件的裝配的可靠性，又避免了有鉛焊接元器件損壞。

裝配后對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行外觀(guān)檢查，未發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)表面有針孔、空穴，也未發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)有拉尖及橋聯(lián)等現(xiàn)象。焊點(diǎn)光亮平滑，表面均勻，元器件引線(xiàn)與焊點(diǎn)的潤(rùn)濕度良好。引線(xiàn)在焊料下輪廓清晰可辨。焊點(diǎn)吃錫量恰當(dāng)，達(dá)到了焊接要求。

綜上所述，無(wú)鉛化已成為電子制造錫焊技術(shù)不可逆轉(zhuǎn)的潮流，未來(lái)無(wú)鉛焊接及其應(yīng)用在電子制造業(yè)將取得重大進(jìn)展并取代有鉛焊接技術(shù)。鑒于有鉛與無(wú)鉛元器件的混裝所帶來(lái)的問(wèn)題，改進(jìn)后裝配工藝完全兼顧兩種元器件的焊接工藝特性，保證了整塊電路板的質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的成品率，也為我公司帶來(lái)一定經(jīng)濟(jì)效益。

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