无铅工艺的技术要求
回流焊接工艺及无铅技术要求
回流焊接工艺及无铅技术要求回流焊接是一种常见的电子组装工艺，旨在通过在电路板上加热的同一区域内同时完成焊接和热残留的去除。
回流焊接工艺的目的是确保焊接质量，并尽量减少热应力对电子器件造成的损害。
无铅焊接是一种环保型的回流焊接工艺，旨在取代含铅焊料并减少对环境的污染。
下面将详细介绍回流焊接工艺和无铅技术要求。
回流焊接工艺通常包括以下几个步骤：预热、焊接、冷却和清洗。
首先是预热阶段，通过加热电路板上的焊盘和元件至预定温度，以准备焊接。
焊接阶段是回流焊接的关键步骤，焊盘和元件表面的焊膏会熔化并形成焊点。
在此过程中，需要控制好温度和焊接时间，以确保焊接的质量。
冷却阶段是将焊点迅速冷却至室温，以固化焊膏。
最后是清洗阶段，通过去除焊接过程中产生的流动剂和焊膏残留物，以使电路板达到可靠的电气和机械性能。
无铅焊接是对传统含铅焊接的替代方案，以减少对环境的污染和人体健康的影响。
无铅焊料通常使用锡和其他合金元素的组合，以替代传统含铅焊料。
由于无铅焊料的熔点较低和流动性相对较差，需要对回流焊接工艺进行调整。
以下是无铅焊接技术的一些要求：1.温度控制：无铅焊接的温度一般较高，通常在240-260摄氏度之间。
需要确保焊接区域的温度能够达到要求，并且在焊接过程中保持稳定。
2.施加力度：由于无铅焊料的流动性较差，需要增加施加于元件的重量，以确保焊盘和元件之间能够良好接触。
3.回流焊炉的设计：无铅焊接需要的温度较高，而焊炉的设计应考虑到这一点，以确保工艺的可行性。
4.元件的选择：无铅焊接对元件有一定的要求，不同的元件可能需要适用于无铅焊接的制造工艺。
5.环境和健康安全：无铅焊接强调环保和健康安全，需要遵守相关的法规和标准，并对焊接工艺进行有效的控制和监测。
总之，回流焊接是一种常见的电子组装工艺，无铅焊接是其环保型的变体。
为了确保焊接质量和减少环境污染，需要对回流焊接工艺进行调整，并且遵守无铅焊接技术的要求。
这些要求包括温度控制、施加力度、焊炉设计、元件选择以及环境和健康安全等方面。
无铅化技术与工艺
42Sn/58Bi
48Sn/58In 63Sn/37Pb（属有铅系） 三元或四元体系 95Sn/3.5Ag/1.5In 96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu 95.2Sn/3.5Ag/0.8Cu/0.5In 91.8Sn/4.8Bi/3.4Ag 77.2Sn/20In/2.8Ag
139
118 183
主要缺点 合金熔点高、焊接温度高、 润湿性较差 合金熔点高、焊接温度高、 润湿性较差
Sn/3.5Cu
221℃
Sn/3.5Ag
217℃
合金熔点高、焊接温度高、 润湿性较差、成本较高 润湿性差、易氧化、脆性 机械强度低、易形成空洞、 脆性大
Sn/9.0Zn Sn/58Bi
198℃ 139℃
表3 无铅焊料与有铅焊料的比较
铅及其合金具有优良的机械、化学和电气特性，在PCB加 工、焊接与组装等领域广泛应用 废弃电子产品中的铅元素的污染在20世纪90年代前后充分 引起了人们的重视 美国首先提出了无铅工艺并相应制定了一个标准来限制电 子产品中的铅的含量 无铅化是目前和未来推动CCL材料、PCB生产和电子组装 等行业变革与发展的热点
第18章 无铅化技术与工艺
现代印制电路原理和工艺
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第18章 无铅化技术与工艺
1
2 3 4 5 6 的焊接
电子元器（组）件无铅化
实施无铅化对CCL的基本要求
实施无铅化对PCB基板的主要要求 电子产品实施无铅化的某些规范与标准
§1 电子产品实施无铅化的提出
§ 2 无铅化焊料及其特性
2.1 无铅化焊料的基本条件
⑴无铅焊料组成的合金低共（晶）熔点
⑵无铅焊料组成合金的可焊性
⑶无铅焊料的焊接点可靠性：
线路板装配中的无铅工艺应用规则
线路板装配中的无铅工艺应用原则电子装配对无铅焊料的基本要求无铅焊接装配的基本工艺包括: a. 无铅PCB制造工艺; b. 在焊锡膏中应用的96.5Sn/3.5Ag和95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu共晶和近似共晶合金系统; c. 用于波峰焊应用的99.3Sn/0.7Cu共晶合金系统; d. 用于手工焊接的99.3Sn/0.7Cu合金系统。
尽管这些都是可行工艺, 但具体实施起来还存在几个大问题, 如原料成本依然高于标准Sn/Pb工艺、对湿润度的限制有所增加、要求在波峰焊工艺中保持惰性空气状态(要有足量氮气)以及可能将回流焊温度升到极限温度范围(235～245℃之间)而提高了对各种元件的热性要求等等。
就无铅替代物而言, 现在并没有一套获得普遍认可的规范, 经过与该领域众多专业人士的多次讨论, 我们得出下面一些技术和应用要求:1.金属价格许多装配厂商都要求无铅合金的价格不能高于63Sn/37Pb, 但不幸的是现有的所有无铅替代物成本都比63Sn/37Pb高出至少35%以上。
在选择无铅焊条和焊锡丝时, 金属成本是其中最重要的因素; 而在制作焊锡膏时, 由于技术成本在总体制造成本中所占比例相对较高, 因此对金属的价格还不那么敏感。
2.熔点大多数装配厂家(不是所有)都要求固相温度最小为150℃, 以便满足电子设备的工作温度要求,最高液相温度则视具体应用而定。
波峰焊用焊条: 为了成功实施波峰焊, 液相温度应低于炉温260℃。
手工/机器焊接用焊锡丝: 液相温度应低于烙铁头工作温度345℃。
焊锡膏: 液相温度应低于回流焊温度250℃。
对现有许多回流焊炉而言, 该温度是实用温度的极限值。
许多工程师要求最高回流焊温度应低于225～230℃, 然而现在没有一种可行的方案来满足这种要求。
人们普遍认为合金回流焊温度越接近220℃效果越好, 能避免出现较高回流焊温度是最理想不过的, 因为这样能使元件的受损程度降到最低, 最大限度减小对特殊元件的要求, 同时还能将电路板变色和发生翘曲的程度降到最低, 并避免焊盘和导线过度氧化。
半导体无铅标准
半导体无铅标准一、半导体无铅标准的背景半导体在现代科技中那可是超级重要的存在，从我们的手机到电脑，到处都有它的身影。
以前的半导体生产中可能会用到含铅的材料。
但是呢，铅这东西对环境和人体健康可都不太友好。
随着大家环保意识的增强，对无铅化的要求就越来越高啦。
而且很多国家和地区都出台了相关的规定，限制含铅产品的使用，这就促使半导体行业必须建立无铅标准。
二、无铅标准的具体内容1. 铅含量的限定数值在半导体中，铅的含量到底要限制在多少才算是无铅标准呢？不同的应用场景和产品类型可能会有不同的数值。
比如说，在一些消费电子产品的半导体组件中，铅含量可能要低于0.1%。
这就像是给半导体里的铅画了一条红线，不能越界哦。
2. 无铅材料的替代选择要达到无铅标准，就得找新的材料来替代含铅的材料。
像锡 - 银 - 铜合金（SAC）就是一种很常见的替代材料。
它在性能上能够满足半导体的很多需求，而且不含铅，对环境和健康更友好。
不过，这种材料也不是完美的，它可能在某些特殊性能方面和含铅材料还有点小差距，但是大家都在努力改进呢。
3. 无铅工艺的要求在半导体制造过程中，工艺也得跟着改变。
以前用含铅材料时的焊接工艺就不能直接用了。
无铅焊接需要更高的温度，这就对设备和操作工艺都提出了新的要求。
比如说，焊接设备得能够精确控制更高的温度，操作人员也得经过专门的培训，才能保证焊接的质量。
三、无铅标准的检测方法1. 化学分析检测这是最直接的方法啦。
可以把半导体样品送到专门的实验室，通过化学分析的手段，准确地测量出铅的含量。
就像是给半导体做一个超级精确的体检，看看它里面到底有多少铅。
2. 无损检测技术有时候，我们不想破坏半导体样品，那就可以用无损检测技术。
比如说X射线荧光光谱法（XRF），它可以在不破坏样品的情况下，检测出表面的铅含量。
这种方法速度快，还不破坏样品，很方便呢。
四、无铅标准对半导体行业的影响1. 对企业成本的影响要达到无铅标准，企业得投入不少钱呢。
无铅焊接工艺
1、IPC(美国电子电路和电子互连行业协会)：≤0.1wt% (1000ppm)
2、NEMI(国家电子制造创始组织)
: ＜ 0.1wt%
3、Europe EUELVD (欧盟废弃车辆回收指令)：＜0.1wt% Pb
4、U.S. JEDEC(电子元件工业联合会 ) ：＜0.2wt% Pb
铋容易与Sn/Pb形成低熔相 （形成的Bi-Pb相较脆且易于破裂) 铋会导致健康问题（如：使染色体畸变） 铋需要特殊的回收利用工艺 铋是铅矿的副产品 铋是脆性金属，在镀层中容易造成龟裂 润湿性不佳 材料、维护、人力等费用较高 有锡须生长之虞
(四)锡铜（Sn99.3% Cu0.7%)
ROHS (Restrictions of Hazardous Substances
关于在电子电器设备中禁止使用某些有害物质指令 )
WEEE（Waste Electrical and Electronic Equipment directive
关于报废电子电器设备指令 ) 执行期限：2006年7月1日
目前，锡-银-铜是一种用于 SMT 装配应用 的常用合金。这些合金的回流温度范围为 217-221℃ ，峰值温度为235-255℃时即可对 大多数无铅表面达到良好的可焊性
用于波峰焊的无铅焊料多为锡-银-铜或锡-铜
五、无铅波峰焊
建议的无铅焊料 – SnAgCu或SnCu
T (℃)300
250 200 150 100 50
二、无铅简介
(一)定义：迄今为止国际上尚无通用定义
1、无铅的定义是指端头无铅，其铅含量不超过 100ppm(Sony SS-00259)
2、电子电气产品在原料和制造过程中未有意加入 铅元素可认为是无铅
SMT无铅制程工艺要求及问题解决方案
一、锡膏丝印工艺要求1、解冻、搅拌首先从冷藏库中取出锡膏解冻至少4小时，然后进行搅拌，搅拌时间为机械2分钟，人手3分钟，搅拌是为了使存放于库中的锡膏产生物理分离或因使用回收造成金属含量偏高使之还原，目前无铅锡膏Sn/Ag3.0/Cu0.5代替合金，比重为7.3,Sn63/Pb37合金比重为8.5因此无铅锡膏搅拌分离时间可以比含铅锡膏短。
2、模板不锈钢激光开口,厚度80-150目(0.1-0.25mm)、铜及电铸Ni模析均可使用。
3、刮刀硬质橡胶(聚胺甲酸酯刮刀)及不锈钢金属刮刀。
4、刮刀速度\角度每秒2cm-12cm。
（视PCB元器件大小和密度确定）；角度:35-65℃。
5、刮刀压力（图一）1.0-2Kg/cm2 。
6、回流方式适用于压缩空气、红外线以及气相回流等各种回流设备。
7、工艺要求锡膏丝印工艺包括4个主要工序，分别为对位、充填、整平和释放。
要把整个工作做好，在基板上有一定的要求。
基板需够平，焊盘间尺寸准确和稳定，焊盘的设计应该配合丝印钢网，并有良好的基准点设计来协助自动定位对中，此外基板上的标签油印不能影响丝印部分，基板的设计必需方便丝印机的自动上下板，外型和厚度不能影响丝印时所需要的平整度等。
8、回流焊接工艺回流焊接工艺是目前最常用的焊接技术，回流焊接工艺的关键在于调较设置温度曲线。
温度曲线必需配合所采用的不同厂家的锡膏产品要求。
二、回流焊温度曲线本文推荐的无铅回流焊优化工艺曲线说明(如图二):推荐的工艺曲线上的四个重要点:1、预热区升温速度尽量慢一些(选择数值2-3℃/s)，以便控制由锡膏的塌边而造成的焊点桥接、焊球等。
2、活性区要求必须在(45-90sec、120-160℃)范围内，以便控制PCB基板的温差及焊剂性能变化等因数而发生回流焊时的不良。
3、焊接的最高温度在230℃以上保持20-30sec，以保证焊接的湿润性。
4、冷却速度选择在-4℃/s。
回流温度曲线如下：（图二）图二中红色曲线推荐对焊点亮度要求的客户回流曲线湿度变化说明：1、焊锡膏的焊剂在湿度升至100℃时开始熔化（开始进入活性时期），焊锡膏在活化区的主要作用是将被焊物表面的氧化层去掉，如果活性区的时间过长，焊剂会蒸发挥过快，也会造成焊点表面不光滑，有颗粒状。
线路板装配中的无铅工艺应用规则
线路板装配中的无铅工艺应用规则无铅工艺是一种环保型的电子零件焊接技术，逐渐在线路板装配中得到广泛应用。
下面将介绍在无铅工艺中的一些应用规则。
首先，无铅工艺需要使用无铅焊膏。
无铅焊膏一般由锡、银和铜等金属合金组成，可以代替传统的含铅焊膏。
在选择无铅焊膏时，需要注意其熔点和流动性，以确保焊接质量。
其次，无铅工艺对线路板的贴片元件有一定要求。
贴片元件应采用无铅焊接引脚的型号，并且引脚焊接垂直于线路板表面。
此外，在无铅工艺中，首选的焊接方式是表面贴装技术(SMT)，因为SMT可以更好地适应无铅焊膏的特性。
然而，对于一些无法采用SMT的特殊元件，可以考虑采用Through-hole技术，但需要注意保证焊接质量。
继续，无铅工艺中需要采取一些特殊措施以确保焊接质量。
例如，焊接温度和焊接时间要根据元件和线路板的要求进行调整，以避免焊接温度过高或焊接时间过长导致焊接不良。
此外，还需要注意焊接前对线路板和元件进行适当的清洗处理，以去除表面的污染物，确保焊接的可靠性。
最后，无铅工艺中需要对焊接后的线路板进行质量检测。
这包括进行外观检查，检查焊接是否均匀、焊点是否完整等；进行电性能测试，检测焊点的电阻、电容等参数；进行环境可靠性测试，以确保焊接的稳定性和耐久性。
总结起来，无铅工艺在线路板装配中的应用需要考虑选用无铅焊膏、合适的贴片元件、适当的焊接方式、调整焊接参数、进行清洗处理以及进行质量检测。
这些应用规则能够帮助我们实现环保电子装配，同时确保焊接的质量和稳定性。
随着环保意识的提高和全球环境保护政策的推动，无铅工艺在电子制造领域的应用逐渐成为主流。
无铅工艺相对于传统的含铅焊接工艺具有许多优势，比如环境友好、减少污染、提高焊接质量等。
因此，在线路板装配中，应用无铅工艺已经成为电子企业追求环保和高质量的重要举措。
首先，无铅工艺中的焊接材料是重要的考虑因素。
传统的含铅焊接工艺使用的是含有铅的焊锡合金，而无铅工艺需要使用无铅焊膏。
波峰焊无铅工艺
工艺参数设置
1 2 3
温度参数设置
根据材料特性和工艺要求，合理设置波峰焊设备 的温度参数，包括预热温度、焊接温度和冷却温 度等。
时间参数设置
根据产品特性和工艺要求，合理设置波峰焊设备 的时间参数，包括预热时间、焊接时间和冷却时 间等。
焊接质量不稳定
无铅焊料的熔点较高，焊接过程中容易出现不润湿、球状突起等问 题，需要选择合适的焊料和焊接工艺来解决。
兼容性问题
无铅工艺需要与传统的含铅工艺进行兼容，以确保产品的可靠性和稳 定性，需要进行充分的测试和验证。
05 无铅工艺的发展趋势与展 望
无铅工艺的技术创新与改进
新型无铅焊料的研发
针对无铅工艺的需求，研发出性能更优、可靠性更高的新型无铅 焊料，以提高焊接质量和可靠性。
汽车零部件的无铅焊接
汽车行业对于产品的质量和可靠性要求极高，无铅工艺的应用有助于提高汽车 零部件的焊接质量和可靠性。
汽车环保要求
随着汽车行业对环保要求的提高，无铅工艺的应用成为汽车行业实现环保目标 的重要手段之一。
无铅工艺面临的挑战与解决方案
成本问题
无铅焊料的价格相对较高，增加了生产成本，需要通过优化工艺和 降低废品率等方式来降低成本。
成熟阶段
目前，无铅工艺已经广泛 应用于电子制造、汽车、 通讯等领域，成为主流的 焊接技术之一。
02 波峰焊无铅工艺流程
前期准备
了解产品特性
人员培训
在开始波峰焊无铅工艺之前，需要充 分了解产品的特性，包括材料、尺寸、 结构等，以便制定合适的工艺方案。
对操作人员进行波峰焊无铅工艺的培 训，提高其技能水平和安全意识。
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无铅工艺的要求
一、对材料的要求
a、PCB板
无铅PCB设计
（1）提倡为环保设计，需要考虑WEEE在选材、制造、使用、回收成本等方面因素，但到目前为止还没有对无铅PCB焊盘设计提出特殊要求，没有标准。
（2）有一种说法值得讨论：由于浸润性（铺展性）差，无铅焊盘设计可以比有铅小一些。
（3）还有一种说法：无铅焊盘设计应比有铅大一些。
（4）业界较一致的看法：
（a）为了减小焊接过程中PCB表面△t，应仔细考虑散热设计，例如均匀的元器件分布、铜箔分布，优化PCB板的布局。
尽量使印制板上△t达到最小值。
（b）椭圆形焊盘可减少焊后焊盘露铜现象
（c）BGA、CSP 采用SMD焊盘设计有利于排气。
（d）过度时期双面焊（A面再流焊，B面波峰焊）时，A面的大元件也可采用SMD焊盘设计，可减轻焊点剥离现象。
（e）为了减少气孔，BGA、CSP 焊盘上的过孔应采用盲孔技术，并要求与焊盘表面齐平。
b、焊料
①根据不同公司产品要求选择不同的无铅合金焊料
②助焊剂: 使用低固态免洗助焊剂会提高可焊性和减少焊点变色的可能性
c、电子元器件
①耐高温，抗热冲击强
②元件焊端镀层与元器件的合金，铅的含量需低于无铅IPC标准。
二、对焊接设备的要求
a、回流焊机
①耐350 ℃以上高温，抗腐蚀。
②设备横向温度均匀，横向温差＜±2℃，必要时对导轨加热或采用特殊材料的导轨。
③升温、预热区长度要加长，满足缓慢升温的要求。
④要求有两个回流加热区或提高加热效率。
⑤增加冷却装置，使焊点快速降温。
⑥对于大尺寸的PCB需要增加中间支撑。
⑦增加助焊剂回收装置，减少对设备和环境的污染。
对无铅再流焊设备的主要要求：
? 缓慢升温
? 助焊剂活化区快速升温，要求回流区热效率高，能够快速升到回流温度。
? 快速冷却
b 、波峰焊机
①耐高温，抗腐蚀，采用钛合金钢Sn锅、或在锅内壁镀防护层。
并要求Sn锅温度均匀，＜±2℃。
②预热区长度要加长，满足缓慢升温的要求。
③预热区采用热风加热器或通风，有利于水汽挥发。
④增加中间支撑，预防高温引起PCB变形。
⑤增加冷却装置，使焊点快速降温。
⑥充N2可以减少焊渣的形成。
⑦增加助焊剂回收装置，减少对设备和环境的污染。
c 、返修设备
①耐高温，抗腐蚀。
②提高加热效率。
③增加底部预热面积和预热温度，尽量使PCB温度均匀。
④增加中间支撑，预防高温引起PCB变形。