混合工艺之有铅锡膏与无铅BGA的焊接-陶鹏
有铅工艺如何兼容无铅元器件
围 进 一步 受 限。 因此 ， 于 大 批 量 生产 线 而 言 ， 对 这种 解 决 方案 不 是 一 种 可行 的备 选 方案 。 随 着近 年 来 电子行 业 的飞 速 发展 ，废 弃 电子产 品所 带来 的环 境 纯 雾 锡 是 大批 量 半 导体 制 造 商镀 层 应 用 的 首选 。 原 因众 多 ： 其 对 影 响越来越被人们所重视。几乎所有电子 电气产 品都是将半导体器 于 各种 引脚 框架 而 言 ， 锡 工 艺 不仅 具 有 良好 焊 接 特性 ， 雾 而且 它 是 一 件焊在印制板上 ， 这些产品达 到使用寿命报废后 ， 常被进行填埋处 种低成 本解决方案 ， 通 不存在 Ｓ — ｇ Ｓ — ｉ Ｓ — ｕ系统中的双合 ｎＡ 、ｎＢ和 ｎＣ 理。锡铅焊料由于其使用方便、 价格经济 、 电气和机械性能良好的特 金 咸 份 控 制 问题 。 雾锡 解 决 方 案 得 以广 泛 应 用 的另 一 个 关键 因素是 性， 多年来一直被广泛用于电气连接。然而 ， Ｐ ， 铅（ ｂ）是一种有毒的 其供应充足 ， 此因素 与上述技 术密切相关。 雾锡最重要的一个优势可 金 属 ， 人 体 有 害 ， 且 对 自然 环 境 有 很 大 的破 坏 性 ， 年 来 由 于环 能在于它可与含铅焊料后 向兼容。鉴于世界上很许多无铅政策在执 对 并 近 境 污 染 ， 雨开 始 与 填埋 的铅 废 料 发生 化 学 反 应 ， 雨将 铅 转 化 成 很 行 上 存 在延 迟 ， 酸 酸 这种 后 向 兼容 仍 较 为 重 要。但 由于 Ｓ 表 面 容 易氧 化 ｎ 易溶于水 的离子化合物 ，污染水源。出于环境保护的要 求，特别是 形 成 很 薄 的氧 化 层 ， 电后 产 生压 力 ， 不 均 匀 处 会 把 Ｓ 加 在 ｎ推 出 来 ， ＩＯ１ ０ ０的导入 ，世界大多数国家开 始禁止在 焊接材 料中使用含 形成 Ｓ Ｓ ４０ ｎ须。Ｓ ｎ须在窄间距 的 ＱＦ Ｐ等元件处容 易造成短路 ， 响可 影 铅 的成 分 ， 即无 铅焊 接（ ｅ ｄｒｅ）绿 色制 造 必 将 造福 千秋 万 代 。 Ｌａｆ ｅ ， 靠 性 。 对于 低 端 产 品 以及 寿 命 要 求小 于 ５年 的 元器 件 可 以镀 纯 Ｓ ， ｎ 随着欧盟 Ｒ ｌ ＆ ＷＥ Ｅ指令 的实施 ， 目前许 多器件 或材料 对于高 可靠 产品以及寿命要求大于 ５年的元器件采 用先镀一层厚 ｏＳ Ｅ 已经转 向供 应无铅的 ， 含铅的 已经停止供 货。 这种情 况会随着无铅的 度 约 为 １ ｍ 以上 的 Ｎ ， 后 再度 ２ｕｍ ～ ｍ 厚 的 Ｓ 。 ｉ 然 ３ ｎ 逐 步 普 及 化 而更 重 要 ，最 终 将 会 使那 些不 想 转 化 的企 业 在 各种 压 力 般 ，镀纯雾锡 的无铅元器件同传统 的锡铅焊接工艺是完全兼 下 也必 须 进 入无 铅 。 而 ， 然 由于 无 铅 技 术 尚不 完 备 ， 然 ， 用 无 铅焊 容的， 虽 使 以下是安森美公司的声 明 逆向兼容性是指客户可将我们 的无 料 有 利 于环 境 保 护 ， 是 必 由 之路 ， 是 其 带 来 的一 系列 问题 对 质 量 铅产 品安 装 在其 电路 板 上 ， 使用 含 铅 的 焊料 进 行 回流 焊 处 理 。 森 也 但 并 安 和 可 靠 性 的 影响 是 不 可 忽视 的。 美 半导 体 已经对 无 铅 器 件进 行 了 回流 焊测 试 ，测试 中使 用含 铅 焊 料 有 些 电子 制 造 企业 ， 由于 对产 品 高可 靠 性 的要 求 还 没 能启 动 无 回流 焊 温 度 与工 艺 模 拟 这种 条 件 。 测 试在 ２ Ｏ至 ２ ０ Ｃ条 件 下 进 ’ ３。 铅 工 艺 ， 由于 有 的元器 件 厂 已经 不 再 生产 有 铅 的 器件 ， 此采 购 不 行 ， 果表 明无 可焊 性 问题 。 请 注 意 ： 但 因 结 这不 适 用 于 Ｂ Ａ 凸块 裸 片 或 Ｇ 、 到 有 铅器 件 ， 以不 可 避 免地 遇 到 了无铅 元器 件 ， 期 内 有铅 工 艺 需 倒装芯片器件 ； 所 短 如果这些器件 无铅 ， 需要使用无铅 回流焊工艺。 则 要兼容 无铅元器件 。 其实 ， 一些元件早 已遵循 Ｒ ｌ ｏ Ｓ指令 ， 多年来使用无铅终端 ， 以 当 有铅 工 艺遇 到无 铅 器 件 时 ， 先 ， 搞清 楚 所 采 购 的 无铅 器 件 下 是 来 自 Ｋ ｍｅ ｌ ｔ ｎｃ 首 要 ｅ ｔ Ｅｅ ｒ ｉ ｃ ｏ ｓ公 司 （ ｒｅ ｖｌ ， 国南 卡 罗 来 纳 州 ） Ｇｅ ｎｉ 美 ｌ ｅ １ 的镀层情况。 目前无铅标准还没有完善， 因此无铅元器件焊端表面镀 的意 见 ：０多年 前 我 们 已经采 用无 铅 陶 瓷 表 面 贴 装 镀 层 工 艺 ，数 十 层 的种 类 很 多 ，主 要 有 以 下 五种 ：锡 一银 （ｎ Ａ ）镀层 、锡 一铋 亿 件 的 元件 成 功 用 于传 统 锡 铅和 高温 无 铅 焊接 工 艺 中 。 Ｓ—ｇ （ｎ Ｂ） 层 、 一铜 （ｎ Ｃ ） 层 、 Ｓ—ｉ 镀 锡 Ｓ — ｕ镀 预镀 镍 一钯 一金 （ — ｄ Ａ ） ＮｉＰ — ｕ引 总 之 ， 时使 用 无 铅 元件 和 传 统 的锡 铅 焊 接 工 艺时 ， 同 了解 无铅 元 查 通 脚 框架 和 纯 雾 锡（ｕｅ ｍａｔ ｉ 镀 层 。 Ｐ ｒ ｔ ｔ ） ｅ ｎ 美国 镀纯 Ｓ ｎ和 Ｓ ／ｇＣ ｎ ／ｕ的 件 的 镀层 情 况 ， 看 元 件 厂商 相 关 技 术声 明 ， 过 抬 高焊 接 温度 等措 Ａ 一 有 然 球 比较 多。 日本 的元 件 焊 接端 镀 层 种 类 比较 多 ， 各家 公 司 有所 不同 ， 除 施 ， 般 不 存在 问题 ， 一 些 公 司一 直 是 如 此操 作 。 而 也有 例 外 ， 栅 阵列 （Ｇ ） Ｂ Ａ 元件 在 每 一 个 触 点 有 一 个 小 焊 球 ， 它们 没 有 常 规 的 电 了镀 纯 Ｓ 和 Ｓ ／ ｇＣ ｎ ｎＡ ／ ｕ外 ， 有 镀 Ｓ ／ ｕ Ｓ ／ ｉ 合 金层 。 还 ｎＣ 、 ｎＢ 等 Ｇ 如 Ｓ— ｎ Ａｇ镀层 的锡含量约为 ３５ ．％，具有 良好 的可焊性和机械属 镀 引脚 。 如 果只 存 在 无 铅触 点 Ｂ Ａ 元件 会 怎样 ７ 果用 锡 铅焊 锡 膏 焊 简 性 。但 是 Ｓ — ｇ镀 层 容 易 产 生锡 毛 刺 ， 是 所 有 高锡 含 量 替 代 方案 和 回流 焊 接 ， 点 可 靠 吗 ７ 单 的 回答 是 否定 的。 这是 ～ 个 必需 提供 ｎＡ 这 Ｇ 的主要可靠性风险。由于材 料成 本较高 ， 并且镀￣（ｌ ｉ ａｈ 电 停 产前购 买期 限的领域 ，幸好大多数生产商只需要少量的 Ｂ Ａ元 ｐ ｔ ｇ ｂｔ， ａｎ ＢＡ 镀 溶 液） 制 程序 复 杂 ， ｎ Ａ 控 Ｓ — ｇ镀 层 比较 昂贵 。从 “ 总拥 有 成 本 ” 的角 件 。此 外 ， Ｇ 元件 生 产 商 知 道 一 些公 司在 短 期 内不 会 转 向使 用 无 铅 元件 ， 是 ， 但 即使 您 知 道 生产 商 会 在今 后 几 年 内同 时提供 含 铅 和 无 度考虑 ，ｎ Ａ Ｓ — ｇ镀层并不能作为一种完全可行的选择。 铅 的 Ｂ Ａ 包装 ， Ｇ 同供 货 商 进 行核 实仍 然 非 常重 要 。如 果 这 些器 件 无 自 ２０ ０ ０年 以来 ， ｎ Ｂ 作 为 引脚 镀 层 已在 日本 得 到广 泛应 用 ， Ｓ— ｉ 铅 ， 需要 使 用 无铅 回流 焊 工 艺 。 则 因此 人们 开 始 对 其 密切 关 注 。当铋 含 量 为 ３ 时 ， ｎ Ｂ 的熔 点 约 为 ％ Ｓ— ｉ 有 朝 一 日您 必 须 从 有铅 转 变 成 无铅 ， 完全 停 止 含铅 焊 料 的使 用 ， ２ ０Ｃ， ２ ｏ 选择该镀 层肯定可行。但 是 Ｓ — ｉ 料易碎 ， ｎＢ 材 镀层控 制复 这 可能是法律要求的， 也可能是 由于缺乏锡铅 Ｂ Ａ元件 引起 的， Ｇ 也 杂， 而且它会产生锡毛刺。关于铋的真实毒性也有疑问， 且含铅焊料 总之 ， 铅 产 品 不可 能 在 本行 业 无 限 含 后 向兼容 性 问题 仍 存在 争议 。 内部 筛选 实验和研 究确 认 了这 些 有 可 能 是 其他 商 业 决定 的结 果 ， 期存在 ， 无铅化焊接取代 目前的含铅工艺 ， 已是大势所趋。 另一方面 ， Ｓ— ｉ ｎ Ｂ 问题 的存在 ， 以这种镀层只能作 为临时解决方案。 所 正 如 本 文开 始 时 所 提及 的 ， 电子产 品 对 环 境 的污 染 主 要是 由废 弃造 Ｓ — ｕ镀层 可 形成 一种 铜含 量 为 Ｏ ％的 高强 度低 熔 点 合 金 ， ｎＣ ７ 其 着 绿 即可 回收 产 品 的设 计 与开 发 ， 能 从根 才 熔点 为 ２ ７ｃ 此镀 层的价 格相 对 低廉 ，且 具 有 良好 的可焊 性 。但是 成 的。 因 此 ， 重 “ 色产 品 ” ２ ｏ。 本 上 消 除 电子 行 业 对环 境 的污 染 。 这 个 意 义上 看 ， 铅 化只 是 减 少 从 无 Ｓ — ｕ 易产 生锡 毛刺 ， 合金 成份 的微 小 改 变就 会 大大 改 变共 晶 ｎＣ 容 甚至 温度 。 由于精确 控 制镀 层成 份 困 难 ， Ｓ — ｕ引脚 加 工 与合 金（ｌｙ 电子产品对环境污染的临时措施。 且 ｎＣ Ａｌ ） ｏ
有铅焊料焊接无铅BGA回流参数探索
受到全球无铅化趋势的影响，航天电子产品要 被动采用越来越多的无铅器件
[1,2]
为Sn-Ag-Cu的BGA的向后兼容可靠性问题进行了研 究，认为焊球合金、焊料合金、峰值温度和液相线 以上时间四个因素对焊点可靠性影响比较大[7]。本文 针对Sn-Ag-Cu焊球合金、Sn63Pb焊料和同时装有有 铅器件和无铅器件的印制板，探讨回流焊接峰值温 度和液相线上时间对其可靠性的影响。
图6 SEM厚度测量图
3.3.3 EDS检测
图3 焊点外观图
对焊点中不同位置进行Pb成分的检测，Pb在焊
第32卷第6期
徐驰，等：有铅焊料焊接无铅BGA回流参数探索 参考文献：
Research on Parameters of Lead-free BGA Reflow with Sn-Pb Solder-paste
XU chi, BAO xiao-yun
(The Shanghai Institute of Radio Equipment, Shanghai 200090, China)
随后进行了X光检测，焊球大小均匀，形态一 致，偏角检测视图中，焊球呈扁鼓形，焊点三环明 显，和BGA焊盘与印制板焊盘都形成良好润湿。焊 球中的空洞较少，个别焊球存在可以接受的空洞， 出现的位置在BGA的中心附近。X光检测图如图4所 示。说明保温曲线设置合理，回流排气时间充足。
该焊接温度曲线在保温区按焊膏要求的保温温 度和保温时间进行设定，然后尽量加快保区到回流 的升温速率，减少从保温区到回流区过渡阶段焊膏 溶剂的挥发，峰值温度要兼顾有铅焊料和无铅焊球 回流焊接要求，设定在228 ℃~232 ℃之间，液相线 上温度的时间为50 s~60 s，使无铅焊料能充分回流， 却避免过高温度对有铅器件的热冲击，同时增加回 流区的排气时间，以减少焊点氧化和焊点空洞。最 终得到了良好的回流焊接效果。 2.2 小结 通过焊接试验可知，回流曲线的预热和保温阶 段要按照焊膏特性进行设定，有利于提高焊接效 果，降低焊接缺陷。回流峰值温度为230 ℃左右，液 相线（217 ℃）以上时间为50 s~60 s的回流曲线能较 好完成有铅焊料对无铅BGA的焊接。
有铅焊料与无铅BGA混合焊点显微组织性能研究
2013年3月电子工艺技术Electronics Process Technology第34卷第2期79自欧盟提出电器电子产品中危害物质禁限用指令（RoHS）以来，无铅焊料和无铅焊接工艺得到大量的研究，并已在消费类电子产品领域广泛应用。
电子元器件制造商为获取市场份额转向无铅器件的生产，并减少甚至停止有铅器件的供应。
尽管军事、航天和医疗等高可靠电子领域在禁限用指令中享有豁免权，电子装配中依然允许采用有铅焊料和有铅焊接工艺，但是由于器件供应链无铅化带来的压力不断增加，采购有铅器件的难度越来越大。
近年来高可靠电子产品摘 要：随着近年来电子产品无铅化的发展，越来越多的有铅器件被无铅器件替代，其中SnAgCu合金成为BGA器件锡球的主要成分。
然而在无铅焊点的可靠性未被认可之前的过渡时期，有铅焊膏和无铅器件混合焊接的情况就不可避免，尤其是在高可靠电子产品领域。
因此混合焊接工艺和焊点的性能成为高可靠性电子产品组装和焊点寿命分析中的研究重点。
总结了近年来对有铅焊料和无铅BGA混合焊接的一些相关研究，主要涉及混合焊接温度、混合焊点的显微组织、界面处金属间化合物、焊点力学性能、可靠性以及焊点失效机制等方面。
关键词：BGA；焊接温度曲线；显微组织；金属间化合物；可靠性；失效机制中国分类号：TN605 文献标识码：Ａ 文章编号：1001-3474（2013）02-0079-07Abstract: With the development of lead-free soldering processes in electronic assembly, more and more lead components have being replaced by lead-free components. The composition of typical solder balls of lead-free ball grid array (BGA) components is SnAgCu. Hence during the transition period, the soldering of lead-free components with SnPb paste in electronics manufacturing is inevitably because the reliability of lead-free solder joints is still unknown, especially in high reliability applications. The soldering process and solder reliability have being chief concerns in electronic assembly and life prediction of mixed solders. Introduce some studies on mixed assemblies of lead-free BGA with SnPb paste in recent years involving soldering temperature and microstructure, interfacial intermetallics and properties of mixed solders.Key Words: BGA; Soldering temperature profile; Microstructure; Intermetallics; Reliability; Failure mechanism Document Code: A Article ID: 1001-3474,2013,02-0079-07组装中遇到的无铅器件不断增多，有铅焊料和无铅器件混合焊接的情况就不可避免。
有铅和无铅BGA混装工艺研究
有铅和无铅BGA混装工艺研究一、引言BGA（Ball Grid Array）是一种国际上广泛应用的SMT（Surface Mount Technology）封装形式，其特点是具有高密度、高可靠性和良好的热性能。
BGA封装已广泛应用于通信设备、计算机、消费类电子产品等领域。
随着环保意识的提高，无铅BGA封装的应用也越来越受到重视。
目前，市场上既有有铅BGA也有无铅BGA封装。
有铅BGA封装在制程和焊接工艺上与无铅BGA封装存在一定的不同。
尤其是在混装工艺中，有铅BGA和无铅BGA的混用更加需要考虑各种因素对混装工艺的影响。
本文通过对有铅和无铅BGA混装工艺进行研究，探索有铅和无铅BGA在混装过程中的影响因素和解决方案，为工艺优化提供理论依据。
二、有铅和无铅BGA混装工艺的影响因素在实际应用中，有铅和无铅BGA混装工艺时，会受到多种因素的影响，影响因素主要包括以下几点：1. 温度曲线有铅BGA和无铅BGA的熔点和熔程不同，因此需要在炉温曲线设计时考虑两者的熔点和熔程，以确保焊接温度能够同时满足有铅和无铅BGA的要求。
2. 焊膏选择有铅BGA和无铅BGA使用不同的焊膏，有铅BGA通常使用Sn63Pb37焊膏，而无铅BGA 则使用SnAgCu等无铅焊膏。
需要选择适合混装工艺的焊膏，以确保焊接质量。
3. PCB设计有铅BGA和无铅BGA的封装结构不同，因此在PCB设计时需要考虑两者的结构差异，尤其是引脚排列和焊盘大小，以确保BGA封装能够正确焊接到PCB上。
4. 焊接过程控制有铅和无铅BGA混装时，需要对焊接过程进行严格控制，包括预热、温度均匀性、冷却速度等方面的控制，以确保混装的焊接质量。
5. 环境因素有铅BGA封装中含有铅，而无铅BGA封装环境友好，因此需要考虑环境因素对混装工艺的影响，尤其是在焊接过程中产生的气体和废弃物处理。
以上因素是影响有铅和无铅BGA混装工艺的重要因素，需要在实际生产中进行综合考虑和研究。
SMT无铅焊接技术与有铅、无铅混装工艺的质量控制
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一．SMT发展动态与新技术介绍1．电子组装技术与SMT的发展概况2．元器件发展动态3．窄间距技术（FPT）是SMT发展的必然趋势4．无铅焊接的应用和推广5．非ODS清洗介绍6．贴片机向模块化、多功能、高速度方向发展7．其它新技术介绍PCB-SMD复合化、新型封装FC-BGA 、MCM多芯片模块、3D封装、POP技术等二. SMT无铅焊接技术(一) 学习运用焊接理论，正确设置再流焊温度曲线，提高无铅焊接与混装焊接质量1．锡焊机理与焊点可靠性分析⑴概述⑵锡焊机理⑶焊点强度和连接可靠性分析⑷关于无铅焊接机理⑸锡基焊料特性2．运用焊接理论正确设置无铅与混装再流焊温度曲线⑴以焊接理论为指导分析再流焊的焊接机理⑵从再流焊温度曲线分析无铅焊接与混装焊接的特点⑶运用焊接理论正确设置无铅焊接与混装再流焊温度曲线(二) SMT关键工序-再流焊技术⑴再流焊原理⑵再流焊工艺特点⑶影响再流焊质量的因素⑷如何正确测试再流焊实时温度曲线包括：热偶测温原理、固定方法、注意事项、如何获得精确的测试数据等⑸SMT再流焊接中常见的焊接缺陷分析与预防对策(三) 波峰焊工艺⑴波峰焊原理⑵波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求⑶波峰焊材料⑷波峰焊工艺流程⑸波峰焊操作步骤⑹波峰焊工艺参数控制要点⑺波峰焊常见焊接缺陷分析及预防对策(四) 无铅焊接的特点、无铅产品设计、模板设计及工艺控制⑴无铅工艺与有铅工艺比较⑵无铅焊接的特点a.从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点b.无铅波峰焊特点及对策⑶无铅焊接对焊接设备的要求⑷无铅产品设计及工艺控制a.无铅产品工艺设计（组装方式与工艺流程设计原则）b.无铅产品PCB设计•选择无铅元器件•选择无铅PCB材料及焊盘涂镀层•选择无铅焊接材料（包括合金和助焊剂）•无铅产品PCB焊盘设计c. 无铅模板设计d. 无铅工艺控制无铅印刷、贴装、再流焊、波峰焊、检测、返修及清洗工艺三. 无铅焊接可靠性讨论及有铅、无铅混装工艺的质量控制(一)无铅焊接可靠性讨论1. 目前正处于从有铅产品向无铅产品过渡的特殊阶段2. 从无铅焊接“三要素”分析无铅焊接的特点3．关于过渡时期无铅产品长期可靠性的讨论⑴高温损坏元器件⑵高温损坏PCB基材⑶锡须⑷空洞、裂纹⑸金属间化合物的脆性⑹机械震动失效⑺热循环失效⑻焊点机械强度⑼电气可靠性(二) 有铅、无铅混装工艺的质量控制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）的质量控制四. 部分新技术与案例分析解决1. 通孔元件再流焊工艺介绍2. 部分问题解决方案实例•案例1 “爆米花”现象解决措施•案例2 元件裂纹缺损分析•案例3 Chip元件“立碑”和“移位” 分析•案例4 连接器断裂问题•案例5 金手指沾锡问题•案例6 抛料的预防和控制•波峰焊接中产生锡珠（球）、短路问题分析和正确的工艺方法3. BGA、CSP焊点缺陷分析与自动X射线检测（AXI）图像的评估和判断⑴BGA的主要焊接缺陷与验收标准⑵BGA主要焊接缺陷的原因分析•空洞•脱焊（裂纹或“枕状效应”)•桥接和短路•冷焊、锡球熔化不完全•焊点扰动•移位（焊球与PCB焊盘不对准）•球窝缺陷⑶X射线检测BGA、CSP焊点图像的评估和判断⑷大尺寸BGA 的焊盘与模板设计4. 0201、01005与PQFN的印刷和贴装5. BGA的返修和置球工艺介绍6. POP的贴装与返修技术介绍五. 问题讨论和现场答疑参考教材：1.《表面组装技术（SMT）基础与可制造性设计（DFM）》2.《表面组装技术（SMT）通用工艺与无铅实施》3.《表面组装技术（SMT）基础与通用工艺》讲师介绍－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－顾霭云，原公安一所副研究员，北京电子学会SMT专业委员会委员。
有铅和无铅BGA混装工艺研究
有铅和无铅BGA混装工艺研究摘要：本文针对有铅和无铅BGA混装工艺进行了研究，通过对比有铅和无铅BGA焊接的工艺特点，分析了两种工艺的优劣势，并探讨了混装工艺在实际应用中的可行性。
通过实验验证，得出了混装工艺对于不同类型BGA组件的适用性，并提出了相应的工艺控制方法和注意事项，为有铅和无铅BGA混装工艺提供了实用的参考指南。
关键词：BGA；有铅；无铅；混装工艺；焊接引言BGA（Ball Grid Array）是一种在封装底部焊球排列成的网格状连接引脚的封装结构，广泛应用于电子产品的制造中。
随着环保意识的提高，无铅焊接工艺逐渐取代了传统的有铅焊接工艺，以达到环保要求。
在实际应用中，有时需要在同一电路板上混合使用有铅和无铅BGA封装，这就要求工艺师需要针对混装工艺进行优化和研究。
有铅和无铅BGA混装工艺，即在同一电路板上同时使用有铅和无铅BGA封装进行焊接。
这种混装工艺不仅需要考虑有铅和无铅两种焊料的特性不同，还需要考虑两种BGA封装的焊接特性差异。
对于有铅和无铅BGA混装工艺的研究具有重要的实际意义。
一、有铅和无铅BGA的工艺特点对比1.1 有铅BGA工艺特点有铅BGA的焊接工艺使用的是含铅焊料，其主要特点包括：焊接温度较低、焊接速度快、容易形成良好的焊点。
有铅焊料由于含有铅成分，其熔点较低，一般在183℃左右。
在焊接过程中，当焊温提高到150℃以上时，焊料就开始融化并涂覆在焊点上，达到焊接的效果。
有铅焊料能与焊接表面形成良好的结合，从而保障焊接质量。
与有铅焊料相比，无铅焊料在环境条件要求上更为苛刻，如要求工艺师必须严格控制焊接温度、湿度、通风等环境条件，以确保无铅焊料的焊接质量。
1.3 两种工艺的优劣势对比通过对比有铅和无铅BGA的工艺特点，可以得出两种工艺的优劣势，如下所示：（1）有铅BGA工艺的优势a. 焊接温度较低，便于控制焊接过程；b. 焊接速度快，适用于大规模生产；c. 容易形成良好的焊点，焊接质量较为稳定。
有铅和无铅BGA混装工艺研究
有铅和无铅BGA混装工艺研究刘添福【摘要】BGA封装器件具有较高的密度,而且具有高性能、多功能及高I/O引脚封装特点,是目前使用最为广泛的器件种类之一.但军工生产为追求产品的更高可靠性,目前还是以有铅锡膏生产为主,主流芯片都是无铅化,所以决定了军品混铅生产的必要性.文章从有铅和无铅焊料温度特性展开分析,结合有铅焊料和无铅BGA混合组装工艺中的难点部分、生产存在问题提出焊接工艺要求及注意事项等内容.另外,通过采取合理的试验,阐述混合组装焊点的可靠性和稳定性,为有铅锡膏生产过程提供更有价值的指导意义.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2019(016)007【总页数】2页(P119-120)【关键词】有铅;无铅;BGA;混装工艺【作者】刘添福【作者单位】广州海格通信集团股份有限公司,广东广州 510000【正文语种】中文对于焊球阵列封装（Ball Grid Array，BGA）封装的分类，主要是依照以下的几种方式进行划分：根据芯片表面不同的封装技术，可划分陶瓷封装BGA以及塑料封装BGA（Plastic Ball Grid Array package，PBGA）。
根据内部芯片以及衬底连接要求，可划分成柔性BGA以及倒装片BGA。
根据引出端形状，划分成针栅阵列和孔栅阵列[1]；根据球间距的不同，又有可分为BGA、FBGA和CSP。
下面基于BGA封装优势和不足的基础上，分析有铅和无铅BGA混装工艺情况。
1 BGA封装的优势和不足分析BGA封装具有以下优势。
（1）就性能方面，BGA焊球引脚相对较短，将传输信号路径明显的减少，所以有效地减小寄生参数，对于电路性能起到积极的改善作用，在高速应用中体现了这一优点。
（2）BGA具有较多的I/O引脚数，在小型结构内可处理高I/O数量，所以有助于实现高密度、低功耗、产品微型化[2]。
（3）BGA 封装的IC具有自对中心能力，在再流焊接过程中可以抑制板级组装工艺质量问题，能够将贴装成品率进行明显的提升，以减少成本支出。
有铅和无铅BGA混装工艺研究
摘
要 ：分析 比对 了有铅和无铅两种焊料 的不 同温度 特性 。针对军工产品经常面对的有铅和无铅 Ｂ Ａ Ｇ 同时组
装在一块印制板上的情况 ，提出了有铅和无铅 Ｂ Ａ Ｇ 混合组装的工艺难点 。通过工艺试验列举 了混合组装 中各个环
节所应注意 的要点 ，强调要加强过程控制 。最后利用各种可靠性试验和分析证 明了混合组装焊点 的可靠性 。
Ｂ Ａ Ｇ 主要 由基板 、芯片和封装组成 。基板一面为
焊接 面，另一面为芯片封装面 ，焊接 面上 的焊球呈矩
四周 ，当Ｉ 数越来 越多 时 ，其 间距 必然越来 越小 ， ／ Ｏ
当 间距 ＜ ． 时 ，Ｓ Ｔ 备精度难 以满足要求 ， ０４ ｍｍ ０ Ｍ设 加之 引脚极 易变形 ，从 而导 致贴 装失 效率 增加 ；然
电子工艺技 术
８ ２
Ｅ ｃ ｏ ｉ ｒｃ ｓ Ｔｃ ｎ ｌ ｙ ｌ ｔ ｎ ｓ ｏ ｅｓ ｅ ｈ ｏ ｇ ｅ ｒ ｃＰ ｏ
２１年３ 第３卷第２ ０２ 月 ３ 期
有铅 和无铅 Ｂ 混装 工艺研究 ＧＡ
吴 军
（ 中国 电子科技集团公司第十研究所 。四川 成都 ６ ０ ３ ） １０６
阵状排列 ，基板为特别精细 的印制线路板 ，有 双面板
与 多层板等形式 。对于引 出端数较多的基板一般 为多
层板 ，内部为走线层 、电源和接地层 。对 于引出数端
较少 的基板用双 面板 即可 。在芯片封装面上Ｉ芯片 以 Ｃ Ｃ Ｂ（ ｈ — ｎ Ｂ ａ Ｏ Ｃ ｉ ｏ— ｏｒ 方 式与基板连接 。 ｐ ｄ）
于散热 。 （ ３）提高 了贴装成 品率 ，潜在地降低 了成本 。 传 统 的Ｑ Ｐ（ ｕ ｄＦ ａ Ｐ ｃ ａ ｅ）和Ｐ Ｃ （ ｌｓｉ Ｆ Ｑ ａ ｌｔ ａ ｋ ｇ Ｌ Ｃ Ｐ ａｔ ｃ Ｌ ａ ｅ ｈｐＣ ｒｅ ）器件引脚均匀地分布在封装体 的 ｅｄｄＣ ｉ ａ ｉｒ ｒ
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混合工艺之有铅锡膏与无铅BGA 的焊接
北京德天泉机电设备有限公司 陶 鹏
引言
在当前表面贴装技术（SMT）中，我们对有铅无铅的混合焊接方式并不陌生，尤为代表性的是：有铅锡膏与无铅BGA 的焊接。
这也是我们今天所要介绍的主题与实际案例。
1. 从有铅与无铅的特殊性来分析，我们可以先看以下几点
首先，从润湿性的角度看，我们先考虑焊料的特性：相对来说含铅焊料的表面张力较小；而无铅焊料的表面张力相对较大。
从其特性可以看出焊膏的流动性与实际焊接的润湿能力存在最直接的关系。
所以与锡铅或是普通的低熔点焊料合金相比，无铅焊料合金的润湿效果较差。
其次，我们从其本身的自我矫正的角度来看，与之润湿能力成正相关，以BGA 焊接为例，有铅BGA 的自我矫正（焊球对位）焊接能力明显强于无铅BGA 的自矫正能力。
再之，我们来看它们在可靠性方面的特点，对于无铅焊料合金的长期可靠性目前还没有定论，但其焊点在受力的情况下表现出较大的离散性而容易损伤，值得一提的是在所受应力较低的情况下，SAC 合金的可靠性能与SnPb 合金水平相当或者比它稍好。
针对这种混合制程的焊接方法，我们知道很多产品因为设计的需求或考虑其成本等各方面因素不可避免的采用有铅无铅混做的方式对产品进行焊接加工，所以在可制造性方面形成了阻力，而各个厂家以及各类辅材供应商也就此做出了针对性的试验与改良。
2. 下面，我们通过针对有铅制程无铅BGA 的实际焊接过程进行详述
（1）通常我们使用的锡铅焊膏的回流温度范围在215-235℃。
（2）BGA 焊球SAC 合金的回流温度范围在235±5℃。
以上是我们在回流制程中的重要参数和基本条件。
我们调出在进行混合制程生产过程中曾出现过的问题标本： 首先了解一下产品的相关基础数据：
① PCB 为四层板，厚度1.6mm，长宽210*185mm,PCB 表面处理采用浸锡工艺；
② BGA(SAC)尺寸27*27 225球，pitch1.5mm；（如图2.1，图2.2） U n R e g i s t e r e d
图2.1
图2.2
③ BGA 在PCB 中心偏右2-3cm 位置；（PCB 入厂无变形和划伤，BGA 外观检验合格）
④ 使用的焊膏：铟泰锡铅SP8系列，推荐120-175恒温60-120秒，215-235回流45-90秒；
⑤ 回流焊：八温区 热风 非氮气 ；
⑥ 工艺参数：120 140 160 180 190 220 245 255 链速68cm/min；
（上下温区温度一致）
温度测量：Profile 测温板针对BGA 做底部的热偶采点；
测试数据： Peak --228℃ >217℃--32秒；
其它数据都均在锡膏Datasheet 工艺窗口范围内。
从我们的回流曲线上看，我们采用的是三角波的回流方式，使用这样的回流曲线有可能会导致热量不足，但从混合制程来说，对FULX 有利，有铅焊膏的FLUX 比无铅焊膏耐热性差很多，而对于针对性的混合制程来讲，理论上在润湿性上就具有明显落差，而在制程上给予补偿并不是不可行的。
从印刷，贴片，到回流，我们对产品进行严格的制程跟踪； U n R e g i s t e r e d
然而在产品首件进行测试时，问题出现：测试无法通过；我们对产品进行了较全面的检查，发现BGA 的焊接状况有异常：焊球发乌无光泽，坍塌不明显，底部焊盘回流后的锡膏焊点外观色泽基本良好，但焊球与焊膏未能回流成型；
我们通过外力对BGA 进行下压，再进行测试，测试状态非常不稳定，且BGA 在下压的供电测试情况下有发热迹象，在经过反复的多次测试还是无法PASS；如果是BGA 虚焊，验证它的最实用直接的方法就是再回流，我们将该BGA 加入适量助焊剂进行再回流实验后，测试PASS.
问题初步判定的结果：BGA 虚焊。
3. 对于缺陷的原因，我们通过实际焊接过程结合它的基础数据与特性进行分析
我们分析：BGA 焊球与底部焊膏的不充分融合，导致了虚焊缺陷的发生。
原因为制程工艺参数的Peak（回流）温度/时间不够，无铅焊球没有充分熔化并正常坍塌，无法与焊膏充分融合导致虚焊（假焊）的发生。
我们对回流焊的参数进行了调整，延长回流的时间，放慢链速并增加后两区回流峰值温度；所测Profile 曲线数据 Peak—234℃ >217℃--70秒。
并进行再次产品的焊接。
产品的焊接效果目视良好，焊球色泽一般，坍塌情况很好；测试一次性PASS，问题解决。
在混合制程中，我们首先选择的可靠性温度一定是遵循BGA 与焊膏能够充分融合为前提，这个温度通常选择在235℃--240℃之间；（在此提及一下，理论上的有铅与无铅的焊接并不能够真正的在结构上充分合金化，我们在工艺制程参数的调整是针对非结构合金化的改善）
而当锡铅焊膏的回流温度超过235℃时，润湿性开始变弱，其属性就开始过度氧化，影响合金化效果，所以建议考虑的温度不能大于235℃； 但是其它元器件的耐热性也给我们的制程范围带来了局限，所以在其它元器件耐温的最大范围仍然无法满足BGA 充分合金化温度条件下，我们将只能选择延长回流时间。
4. 通过有铅制程无铅BGA 的实际焊接过程的剖析和总结，我们的建议
针对以上的实际案例和其本身工艺的特殊限制，建议：在SAC305 BGA 做有铅制程情况下，回流217℃以上的时间控制在80-110秒（并可以适当的延长预热的时间）来作为热补充，Peak 建议控制在230-235℃，建议的最佳值在234-236℃。
（必须在满足器件的耐热限度的基础上来设定）
当然，这样的最佳温度范围很难包容的了在量产以及在使用夹具等情况下出现的温度浮动，所以务必做好Profile 的实际（模拟）测量，以及在实际生产中对炉内板距，工装的先进先出等进行操作控制。
然而，针对不同封装的BGA 和基板，我们还需要做大量实验来验证，做出有针对性的参数优化，并以此为依据进行调整。
目前不少公司对于混合工艺的使用面都较为广泛，本文的论述还缺少更全面的数据论证，希望能向业内各位老师前辈们请教和探讨，通过更多的深入研究来提升SMT 行业技术的发展。
U n R e g i s t e r e d。