無鉛電子焊接技術(shù)介紹第一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日RoHS(RestrictionofHazardousSubstancesinElectricalandElectronicEquipment)即在電子電氣設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令.WEEE(WasteElectricalandＥlectronicEquipment).即《廢棄電氣電子設(shè)備指令》.

該項(xiàng)指令要求生產(chǎn)商（包括進(jìn)口商和經(jīng)銷商）對(duì)進(jìn)入歐盟市場(chǎng)的廢棄的電氣電子產(chǎn)品，負(fù)責(zé)回收、處理，對(duì)新投放歐盟市場(chǎng)電氣電子產(chǎn)品必須加貼回收標(biāo)志。第三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日RoHS：從2006年7月1日起，投放于市場(chǎng)的新電子和電氣設(shè)備不包含鉛，汞，鎘，六價(jià)鉻，聚溴二苯醚（PBDE）或聚溴聯(lián)苯（PBB）。傷害人體部位有害物質(zhì)消化系統(tǒng)呼吸管道中樞神經(jīng)心臟系統(tǒng)生殖系統(tǒng)肝臟皮膚血液腎臟骨胳致畸胎干擾甲狀腺荷爾蒙作用鉛（Pb）+

+

++

++

+

鎘（Cd）++

+

++++

六價(jià)鉻（CrⅥ）

+

++

+

汞（Hg）

++

+

+

多溴聯(lián)苯（PBB）

++多溴二苯醚（PBDE）

++第四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日“無鉛焊接技術(shù)”從有鉛產(chǎn)品轉(zhuǎn)到無鉛產(chǎn)品是個(gè)復(fù)雜的過程，涉及到：焊接材料（無鉛合金、助焊劑）電子元器件印制板（材料、鍍層）無鉛制程可靠性成本等方面的挑戰(zhàn)第十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日內(nèi)容

一．無鉛焊料合金、PCB焊盤及元件焊端表面鍍層二．無鉛焊接的特點(diǎn)三．無鉛焊接帶來的問題四．關(guān)于過度時(shí)期無鉛和有鉛混用時(shí)可靠性討論五．無鉛焊接必須考慮相容性(材料、工藝、設(shè)計(jì))第十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日一．無鉛焊料合金、PCB焊盤及元件焊端表面鍍層第十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日1.目前應(yīng)用最多的無鉛焊料合金目前應(yīng)用最多的用于再流焊的無鉛焊料是三元共晶或近共晶形式的Sn-Ag-Cu焊料。SnAg(3~4)wt%Cu(0.5~0.7)wt%是可接受的范圍，其熔點(diǎn)為217℃左右。美國(guó)采用SnAg3.9wt%Cu0.6wt%無鉛合金歐洲采用SnAg3.8wt%Cu0.7wt%無鉛合金日本采用SnAg3.0wt%Cu0.5wt%無鉛合金Sn-Cu0.7-Ni焊料合金用于波峰焊。其熔點(diǎn)為227℃。手工電烙鐵焊大多采用Sn-Cu、Sn-Ag或Sn-Ag-Cu焊料。第十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日2.PCB焊盤表面材料有鉛無鉛Sn/Pb熱風(fēng)整平（HASL）無鉛HASLNi/Au（化學(xué)鍍Ni和浸鍍金ENIG，俗稱水金板）Ni/AuCu表面涂覆OSPCu表面涂覆OSP浸銀（I－Ag）浸銀（I－Ag）浸錫（I－Sn）OSP是Organic

Solderability

Preservatives

的簡(jiǎn)稱第十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日3.元器件焊端表面鍍層材料有引線元件引線材料有引線元器件焊端表面鍍層材料無引線元器件焊端表面鍍層材料有鉛無鉛有鉛無鉛CuSn/PbSnSn/PbSnNiNi/AuNi42號(hào)合金鋼Ni/Pd/AuNi/Pd/AuSn/AgSn/AgSn/Ag/CuSn/Ag/CuSn/Ag/BiSn/Ag/Bi第十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日二．無鉛焊接的特點(diǎn)高溫工藝窗口小潤(rùn)濕性差第十八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日Sn63\Pb37與Sn\Ag3.8\Cu0.7性能比較合金成分密度g/mm2熔點(diǎn)℃膨脹系數(shù)×10-6熱傳導(dǎo)率Wm-1K-1電導(dǎo)率%IACS電阻系數(shù)MΩ-cm表面張力260℃mNm-1Sn63\Pb378.518323.95011.515481Sn\Ag3.8\Cu0.77.521723.573.215.611548第十九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日浸潤(rùn)性差

應(yīng)對(duì)措施：改良助焊劑活性修改模板開口設(shè)計(jì)提高印刷、貼裝精度第二十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日無鉛焊點(diǎn)的特點(diǎn)①浸潤(rùn)性差，擴(kuò)展性差。②無鉛焊點(diǎn)外觀粗糙。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與AOI需要升級(jí)。③無鉛焊點(diǎn)中氣孔較多，尤其有鉛焊端與無鉛焊料混用時(shí)，焊端（球）上的有鉛焊料先熔，覆蓋焊盤，助焊劑排不出去，造成氣孔。但氣孔不影響機(jī)械強(qiáng)度。④缺陷多——由于浸潤(rùn)性差，使自定位效應(yīng)減弱。浸潤(rùn)性差，要求助焊劑活性高。第二十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日

LeadFreeInspectionLeadFreeSolderPasteGrainySurface表面粗糙LeadedSolderPasteSmooth&ShinySurface表面光滑、光亮第二十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日WettingisReducedwithLeadFreeStandardEutecticSolderJointLeadFreeSolderJointTypicalGoodWettingVisibleFillet潤(rùn)濕好ReducedWettingNoVisibleFillet潤(rùn)濕減少第二十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日無鉛再流焊焊點(diǎn)第二十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日無鉛波峰焊焊點(diǎn)插裝孔中焊料填充不充分

第二十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日無鉛焊接常見缺陷第二十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日三．無鉛焊接帶來的問題

第二十七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日元件：要求元件耐高溫，焊端無鉛化。PCB：PCB基材耐更高溫度，不變形，表面鍍覆無鉛化助焊劑：更好的潤(rùn)濕性，要與預(yù)熱溫度和焊接溫度相匹配，并滿足環(huán)保要求。焊接設(shè)備：要適應(yīng)新的焊接溫度要求，抑制焊料高溫氧化工藝:印刷、貼片、焊接、清洗、檢測(cè)都要適應(yīng)無鉛要求

可靠性問題：機(jī)械強(qiáng)度、錫須、分層Lift-off廢料回收和再利用：從含Ag的Sn基無鉛焊料中回收Bi和Cu是十分困難的，回收Sn-Ag系合金是一個(gè)新課題。無鉛焊接帶來的問題第二十八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日高溫?fù)p壞元件第二十九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日PCB龜裂、氣泡、分層第三十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度無鉛焊料硬度比有鉛硬，因此強(qiáng)度高。但不等于高可靠。在應(yīng)力低的地方，大多數(shù)民用、通信等領(lǐng)域，無鉛焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度比有鉛的可靠性好；在應(yīng)力高的地方，例如軍事、高低溫、低氣壓等惡劣環(huán)境下，由于無鉛蠕變大，因此無鉛比有鉛的可靠性差。關(guān)于無鉛焊點(diǎn)的可靠性（包括測(cè)試方法）還在最初的研究階段。目前一般認(rèn)為：民品達(dá)到三年壽命就可以了。第三十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日無鉛焊點(diǎn)的可靠性與含鉛焊點(diǎn)一樣或更好一些，這個(gè)說法正確嗎？部分正確。在大部分研究中，無鉛焊料的可靠性和含鉛焊料一樣或者更好。摩托羅拉公司在市場(chǎng)上投放了大約一百萬(wàn)部無鉛蜂窩電話，有一些是四年前投放的，可靠性與使用含鉛焊料的蜂窩電話一樣，或者更好。然而，一些研究顯示，在撞擊、跌落測(cè)試中，用無鉛焊料裝配的結(jié)果比較差。非常長(zhǎng)期的可靠性也較不確定。這方面的一個(gè)問題是，無鉛焊料中銅的高溶解性會(huì)在銅焊料的界面上產(chǎn)生“空洞”。隨著時(shí)間的推移，這些空洞有可能會(huì)削弱焊點(diǎn)的可靠性。與錫鉛釬料相比，無鉛釬料最大的不同是在再流焊和隨后的熱處理及熱時(shí)效過程中金屬間化合物會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大，從而影響長(zhǎng)期可靠性。第三十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日CuCu3SnCu6Sn5Sn-Ag-CuSn-Ag-Cu與Cu焊接釬縫組織空洞第三十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日四．關(guān)于過度時(shí)期無鉛和有鉛混用時(shí)可靠性討論(a)無鉛焊料與有鉛焊端混用的問題無鉛焊料中的Pb對(duì)長(zhǎng)期可靠性的影響是一個(gè)課題，需要更進(jìn)一步研究。初步的研究顯示：焊點(diǎn)中Pb含量的不同對(duì)可靠性的影響是不同的，當(dāng)含量在某一個(gè)中間范圍時(shí)，影響最大，這是因?yàn)樵谧詈竽绦纬山Y(jié)晶時(shí)，在Sn枝界面處，有偏析金相形成，這些偏析金相在循環(huán)負(fù)載下開始形成裂紋并不斷擴(kuò)大。例如：2％~5％的Pb可以決定無鉛焊料的疲勞壽命，但與Sn-Pb焊料相比，可靠性相差不大。第三十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日有鉛焊球與無鉛焊料混用時(shí)“氣孔多”有鉛焊球與無鉛焊料混用時(shí)，焊球上的有鉛焊料先熔，覆蓋焊盤與元件焊端，助焊劑排不出去，造成氣孔。氣孔183℃217℃第三十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日(b)有鉛焊料與無鉛焊球混用的質(zhì)量最差有鉛焊料與無鉛焊球混用時(shí)，如果采用有鉛焊料的溫度曲線，有鉛焊料先熔，而無鉛焊端（球）不能完全熔化，使元件一側(cè)的界面不能生成金屬間合金層，BGA、CSP一側(cè)原來的結(jié)構(gòu)被破壞而造成失效，因此有鉛焊料與無鉛焊端混用時(shí)質(zhì)量最差。因此BGA、CSP無鉛焊球是不能用到有鉛工藝中的。183℃217℃解決措施：提高焊接溫度到235℃左右第三十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日在元件一側(cè)的界面失效第三十七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日五．無鉛焊接必須考慮相容性(材料、工藝、設(shè)計(jì))（1）材料相容性焊料合金和助焊劑焊料和元器件焊料和PCB焊盤涂鍍層（2）工藝相容性（再流焊、波峰焊和返修工藝）（3）設(shè)計(jì)相容性第三十八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日無鉛焊接必須注意材料的兼容性從Sn-Ag-Cu焊料與Cu；Sn合金與Ni/Au（ENIG）；Sn系焊料與42號(hào)合金鋼的界面反應(yīng)和釬縫組織可看出：不同的焊料合金，甚至同一種焊料合金與不同的金屬焊接時(shí)的界面反應(yīng)和釬縫組織都不一樣，它們的可靠性也不一樣。由于電子元器件的品種非常多，當(dāng)前正處于過渡時(shí)期，特別是元件焊端的鍍層很復(fù)雜，可能會(huì)存在某些元件焊端與焊料的失配現(xiàn)象，造成可靠性問題。因此一定要仔細(xì)選擇并管理元件。另外，選擇

焊料和PCB鍍/涂材料