1、無鉛焊接的特點及工藝控制內容一無鉛工藝與有鉛工藝比較二無鉛焊接的特點（1）從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點（2） 無鉛波峰焊特點及對策三無鉛焊接對焊接設備的要求四無鉛焊接工藝控制（1）無鉛PCB設計（2）印刷工藝（3）貼裝（4）再流焊（5）波峰焊（6）檢測（7）無鉛返修五過渡階段有鉛、無鉛混用應注意的問題 問題舉例及解決措施一無鉛工藝與有鉛工藝比較有鉛技術無鉛技術設備方面印、貼、焊、檢只有焊接設備有特殊要求焊接原理 相同工藝流程工藝方法元器件有鉛無鉛PCB焊接材料溫度曲線工藝窗口大溫度高、工藝窗口小焊點潤濕性好潤濕性差檢測標準IPC-A-610CIPC-A-610D管理要求更嚴格通過無鉛、有

2、鉛比較，正確認識無鉛技術（a）無鉛工藝技術并不是高不可攀的技術 因為基本原理、工藝方法與有鉛技術是相同的。（b）但由于無鉛的焊接材料、元器件、PCB都發生了變化，因此工藝參數必須隨之改變。主要變化是溫度高、工藝窗口小、潤濕性差、工藝難度大，容易產生可靠性問題，因此要求比有鉛時更加重視理論學習、工藝技術研究、工藝實踐，尤其要掌握關鍵技術：印、焊。（c）進行設備改造或添置必要的焊接設備（d）提高管理水平。二無鉛焊接的特點高溫工藝窗口小潤濕性差1從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點 63Sn37Pb鉛錫焊膏再流焊溫度曲線 無鉛焊接再流焊溫度曲線100200 sec 有鉛、無鉛再流焊溫度曲線比較焊膏類型

3、鉛錫焊膏（63Sn37Pb）無鉛焊膏（Sn -Ag -Cu）升溫區溫度25100 0C25110 0C時間6090 sec100200 sec工藝窗口要求緩慢升溫預熱區溫度100150 0C110150 0C時間6090 sec4070 sec快速升溫區溫度150183 0C150217 0C時間3060 sec5070 sec工藝窗口30 sec20 sec升溫斜率0.551/sec0.961.34/sec回流（焊接區）峰值溫度210230 0C235245 0CPCB極限溫度（FR-4）240 0C240 0C工藝窗口240-210= 300C240-235= 5 0C回流時間6090 s

4、ec5060 sec工藝窗口30 sec10 sec 從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點及對策 熔點高，要求無鉛焊接設備耐高溫，抗腐蝕。要求助焊劑耐高溫。 從溫度曲線可以看出：無鉛工藝窗口小。 無鉛焊接的工藝窗口比鉛錫焊膏小，要求PCB表面溫度更均勻。要求焊接設備橫向溫度均勻。 a 25110 /100200 sec，110150/4070 sec，要求緩慢升溫，使整個PCB溫度均勻，減小PCB及大小元器件t，因此要求焊接設備升溫、預熱區長度要加長。b 150217/5070sec快速升溫區（助焊劑浸潤區）。有鉛焊接從150升到183，升溫33，可允許在3060 sec之間完成，其升溫速率為0

5、.551/sec；而無鉛焊接從150升到217，升溫67，只允許在5070sec之間完成，其升溫速率為0.961.34/sec，要求升溫速率比有鉛高30%左右，另外由于無鉛比有鉛的熔點高34，溫度越高升溫越困難， 如果升溫速率提不上去，長時間處在高溫下會使焊膏中助焊劑提前結束活化反應，嚴重時會使PCB焊盤，元件引腳和焊膏中的焊料合金在高溫下重新氧化而造成焊接不良，因此要求助焊劑浸潤區有更高的升溫斜率。c 回流區峰值溫度235與FR-4基材PCB的極限溫度（240 0C ）差（工藝窗口）僅為5 。如果PCB表面溫度是均勻的， 那么實際工藝允許有5 的誤差。假若PCB表面有溫度誤差t 5 ，那么P

6、CB某處已超過FR-4基材PCB的極限溫度240，會損壞PCB。 對于簡單的產品，峰值溫度235240可以滿足要求；但是對于復雜產品，可能需要260才能焊好。因此FR-4基材PCB就不能滿足要求了。在實際回流焊中，如果最小峰值溫度為235，最大峰值溫度取決于板面的溫差t，它取決于板的尺寸、厚度、層數、元件布局、Cu的分布以及元件尺寸和熱容量。擁有大而復雜元件（如CBGA、CCGA等）的大、厚印制板，典型t高達2025。為了減小t，滿足小的無鉛工藝窗口。爐子的熱容量也是很重要的因素。要求再流焊爐橫向溫差2，同時要求有兩個回流加熱區。d 由于焊接溫度高，為了防止由于焊點冷卻凝固時間過長，造成焊點結

7、晶顆粒長大；另外，加速冷卻可以防止產生偏析，避免枝狀結晶的形成，因此要求焊接設備增加冷卻裝置，使焊點快速降溫。e 由于高溫，PCB容易變形，特別是拼板，因此對于大尺寸的PCB需要增加中間支撐。f 為了減小爐子橫向溫差t，采取措施：帶加熱器的導軌、選用散熱性小的材料、定軌向爐內縮進等技術。 浸潤性差 應對措施：改良助焊劑活性修改模板開口設計提高印刷、貼裝精度焊盤暴露銅 （2） 無鉛波峰焊特點及對策 用于波峰焊的焊料：Sn-Cu或 Sn-Cu-Ni，熔點227。少量的Ni可增加流動性和延伸率，減少殘渣量。高可靠的產品可采用Sn/Ag/Cu焊料，但不推薦， 因為Ag的成本高，同時也會腐蝕Sn鍋。對不

8、銹鋼腐蝕率：Sn3Ag0.5Cu Sn0.7Cu Sn0.7Cu0.05Ni對Cu 腐蝕率：Sn3Ag.5Cu Sn37Pb Sn0.7Cu0.05Ni 特別注意：（由于浸析現象）采用Sn3Ag0.5Cu焊料進行波峰焊時對PCB的Cu布線有腐蝕作用，將Cu比例從0.5%提高到0.7%，使焊料中Cu處于飽和狀態，可以減輕或避免對Cu布線的腐蝕。根據所選合金，需要255275爐溫， Sn在高溫下有溶蝕Sn鍋的現象，采用鈦合金鋼Sn鍋、或在鍋內壁鍍防護層。由于工藝窗口小，要求Sn鍋溫度均勻，2。由于潤濕性差，需要改良助焊劑，并增加一些涂覆量。由于助焊劑涂覆量多，同時由于水基助焊劑需要充分地將水分揮發

9、掉，另外由于高熔點，為了使PCB內外溫度均勻，促進潤濕和通孔內的爬升高度，主要措施： 預熱區要加長，提高PCB預熱溫度到100130。但提高預熱溫度會加快氧化；增加中間支撐，預防高溫引起 PCB變形。增加冷卻裝置，使焊點快速降溫。但對Sn鍋吹風會影響焊接溫度，另外降溫速度過快容易造成元件開裂（尤其陶瓷電容）。在預熱區末端、兩個波之間插入加熱元件在預熱區末端與波峰之間插入加熱元件，防止PCB降溫。兩個波之間的距離要短一些，或在第一波與第二波之間插入加熱元件，防止由于PCB降溫造成焊錫凝固，焊接時間34s；適當提高波峰高度，增加錫波向上的壓力。t雙波峰焊實時溫度曲線在預熱區末端、兩個波之間插入加熱

10、元件要密切關注Sn-Cu焊料中Cu比例， Cu的成分改變0.2%，液相溫度改變多達6。這樣的改變可能導致動力學的改變以及焊接質量的改變 。過量Cu會在焊料內出現粗化結晶物，造成熔融焊料的黏度增加，影響潤濕性和焊點機械強度。 Cu比例超過1%，必須換新焊料。由于Cu隨工作時間不斷增多，因此一般選擇低Cu合金，補充焊料時添加純錫，但很難控制合金的比例。 Sn-Cu焊料中Cu比例0.75wt%為共晶點，此時的Lift-off（焊點剝離）的幾率最小，離開0.75wt%越遠越容易發生。 無鉛波峰焊中的Pb是有害的質，經常監測焊料中Pb的比例，要控制焊點中Pb含量0.05%。插裝孔內上錫可能達不到75%（

11、傳統Sn/Pb 75%），減慢速度和充N2 可以改善。波峰焊后分層Lift-off（剝離、裂紋）現象較嚴重。充N2可以減少焊渣的形成，可以不充氮氣（N2），但一定要比有鉛焊接更注意每天的清理和日常維護。波峰焊接設備需要對波峰焊部件、加熱部件和焊劑管理系統進行特殊維護。 選擇性波峰焊機是無鉛波峰焊的良好選擇。 （3） 無鉛焊點的特點 浸潤性差，擴展性差。 無鉛焊點外觀粗糙。傳統的檢驗標準與AOI需要升級。 無鉛焊點中氣孔較多，尤其有鉛焊端與無鉛焊料混用時，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。但氣孔不影響機械強度。 缺陷多由于浸潤性差，使自定位效應減弱。浸潤性差，要求助

12、焊劑活性高。無鉛再流焊焊點無鉛波峰焊焊點插裝孔中焊料填充不充分 熱撕裂或收縮孔無鉛焊接常見缺陷無鉛焊點潤濕性差要說服客戶理解。 氣孔多 外觀粗糙 潤濕角大 沒有半月形無鉛焊點評判標準IPC-A-610D（后面專門介紹） Lead Free InspectionLead Free Solder PasteGrainy Surface表面粗糙Leaded Solder PasteSmooth & Shiny Surface表面光滑、光亮Wetting is Reduced with Lead FreeStandard Eutectic Solder JointLead Free Solder Jo

13、intTypical Good Wetting Visible Fillet潤濕好Reduced WettingNo Visible Fillet潤濕減少三無鉛焊接對焊接設備的要求（1）無鉛焊接對再流焊設備的要求（2）無鉛焊接對波峰焊設備的要求（3）無鉛焊接對返修設備的要求（1）無鉛焊接對再流焊設備的要求 耐350 以上高溫，抗腐蝕。 設備橫向溫度均勻，橫向溫差2，必要時對導軌加熱或采用特殊材料的導軌。 升溫、預熱區長度要加長，滿足緩慢升溫的要求。 要求有兩個回流加熱區或提高加熱效率。增加冷卻裝置，使焊點快速降溫。對于大尺寸的PCB需要增加中間支撐。增加助焊劑回收裝置，減少對設備和環境的污染。

14、無鉛再流焊設備是否一定要求8溫區、10溫區？要對現有設備進行分析，做工藝試驗、可靠性分析或認證，只要溫度曲線和可靠性滿足無鉛要求、就可以使用。 對無鉛再流焊設備的主要要求：緩慢升溫助焊劑活化區快速升溫，要求回流區熱效率高，能夠快速升到回流溫度。快速冷卻（2）無鉛焊接對波峰焊設備的要求 耐高溫，抗腐蝕，采用鈦合金鋼Sn鍋、或在鍋內壁鍍防護層。并要求Sn鍋溫度均勻，2。 預熱區長度要加長，滿足緩慢升溫的要求。 預熱區采用熱風加熱器或通風，有利于水汽揮發。 增加中間支撐，預防高溫引起 PCB變形。 增加冷卻裝置，使焊點快速降溫。 充N2可以減少焊渣的形成。 增加助焊劑回收裝置，減少對設備和環境的污染

15、。（3）無鉛焊接對返修設備的要求 耐高溫，抗腐蝕。 提高加熱效率。 增加底部預熱面積和預熱溫度，盡量使PCB溫度均勻。 增加中間支撐，預防高溫引起 PCB變形。四無鉛焊接工藝控制（1）無鉛PCB設計（2）印刷工藝（3）貼裝（4）再流焊（5）波峰焊（6）檢測（7）關于無鉛返修（8）無鉛清洗（1）無鉛PCB設計提倡為環保設計，需要考慮WEEE在選材、制造、使用、回收成本等方面因素，但到目前為止還沒有對無鉛PCB焊盤設計提出特殊要求，沒有標準。有一種說法值得討論：由于浸潤性（鋪展性）差，無鉛焊盤設計可以比有鉛小一些。還有一種說法：無鉛焊盤設計應比有鉛大一些。業界較一致的看法：（a）為了減小焊接過程中

16、PCB表面t，應仔細考慮散熱設計，例如均勻的元器件分布、銅箔分布，優化PCB板的布局。盡量使印制板上t達到最小 值。（b）橢圓形焊盤可減少焊后焊盤露銅現象。過度階段BGA、CSP采用“SMD”焊盤設計減少“孔洞” SMD NSMDSMD(soldermask defined)NSMD non-soldermask defined）有利于排氣不有利于排氣（c） BGA、CSP 采用SMD焊盤設計有利于排氣。 （d）過度時期雙面焊（A面再流焊，B面波峰焊）時， A面的大元件也可采用SMD焊盤設計，可減輕焊點剝離現象。（e）為了減少氣孔， BGA、CSP 焊盤上的過孔應采用盲孔技術，并要求與焊盤表面

17、齊平。（2）印刷工藝無鉛焊膏的選擇、評估、與管理模板設計印刷工藝參數無鉛焊膏的選擇、評估、與管理（a）無鉛焊膏與有鉛焊膏一樣，生產廠家、規格很多。即便是同一廠家，也有合金成分、顆粒度、黏度、免清洗、溶劑清洗、水清洗等方面的差別。主要根據電子產品來選擇。例如盡量選擇與元件焊端一致的合金成分。（b）應多選擇幾家公司的焊膏做工藝試驗，對印刷性、脫膜性、觸變性、粘結性、潤濕性以及焊點缺陷、殘留物等做比較和評估，有條件的企業可對焊膏進行認證和測試。有高品質要求的產品必須對焊點做可靠性認證。（c）由于潤濕性差，因此無鉛焊膏的管理比有鉛更加嚴格。模板設計應考慮的因素（無鉛焊膏和有鉛焊膏在物理特性上的區別）無

18、鉛焊膏的浸潤性遠遠低于有鉛 焊膏；無鉛焊膏的助焊劑含量通常要高于有鉛焊膏，鉛合金的比重較低；由于缺少鉛的潤滑作用，焊膏印刷時填充性和脫膜性較差。無鉛模板開口設計 開口設計比有鉛大，焊膏盡可能完全覆蓋焊盤 對于Pitch0.5mm的器件 一般采取1:1.02 1:1.1的開口，并且適當增大模板厚度。 對于Pitch0.5mm的器件 通常采用1:1開口，原則上至少不用縮小 對于0402的器件 通常采用1:1開口，為防止元件底部錫絲、墓碑、回流時旋轉等現象，可將焊盤開口內側修改成弓形或圓弧形；無鉛模板寬厚比和面積比 由于無鉛焊膏填充和脫膜能力較差，對模板開口孔壁光滑度和寬厚比/面積比要求更高， 無鉛

19、要求：寬厚比1.6 ，面積比0.71TLW 開口寬度(W)/模板厚度(T)1.5 開口面積(WL)/孔壁面積2(L+W)T 0.66 （IPC7525標準）無鉛模板制造方法的選擇 0201等高密度的元器件采用激光+電拋光、或電鑄更有利于提高無鉛焊膏填充和脫膜能力。印刷工藝參數（a）一般情況下，印刷工藝不會受到太大的影響。（b）因為無鉛的低浸潤力問題。回流時自校正（Self-align）作用非常小，因此印刷精度比有鉛時要求更高。（c）無鉛焊膏的助焊劑含量高于有鉛焊膏，合金的比重較低，印刷后焊膏圖形容易坍塌；另外由于無鉛焊劑配方的改變，焊膏的粘性和流變性、化學穩定性、揮發性等也會改變。因此有時需要

20、調整印刷工藝參數。特別對于大尺寸PCB、開口尺寸大小懸殊大、以及高密度的產品，有可能需要重新設置印刷參數。（d）由于粘性和流變性變化，每次印刷后會有些無鉛焊膏粘附在刮刀上，因此印刷周期可能需要放慢。（3）貼裝工藝 （a）一般情況下，貼裝工藝也不會受到太大的影響。（b）因為無鉛的低浸潤力問題。回流時自校正（Self-align）作用非常小，因此，貼片精度比有鉛時要求更高。精確編程、控制Z軸高度、采用無接觸拾取可減小震動等措施。（c）由于無鉛焊膏粘性和流變性的變化，貼裝過程中要注意焊膏能否保持粘著性，從貼裝、直到進爐前能否保持元件位置不發生改變。（4）無鉛回流焊接技術無鉛焊料高熔點、潤濕性差給回流

21、焊帶來了焊接溫度高、工藝窗口小的工藝難題，使回流焊容易產生虛焊、氣孔、立碑等缺陷，還容易引起損壞元器件、PCB等可靠性問題。如何設置最佳的溫度曲線，既保證焊點質量，又保證不損壞元器件和PCB，就是無鉛回流焊接技術要解決的根本的問題無鉛再流焊的特點及對策特點對策高溫設備耐高溫，加長升溫預熱區， 爐溫均勻，增加冷卻區助焊劑耐高溫；PCB耐高溫；元器件耐高溫；增加中間支撐；工藝窗口小預熱區緩慢升溫，給導軌加熱，減小PCB及大小元器t；提高浸潤區升溫斜率，避免助焊劑提前結束活化反應；盡量降低峰值溫度，避免損害PCB及元器件；加速冷卻，防止焊點結晶顆粒長大，避免枝狀結晶的形成；對濕敏器件進行去潮處理。潤

22、濕性差提高助焊劑活性；增加焊膏中助焊劑含量；增大模板開口尺寸，焊膏盡可能完全覆蓋焊盤；提高印刷與貼裝精度； 充N2可以減少高溫氧化，提高潤濕性。設置再流焊溫度曲線的依據與有鉛工藝相同。正確設置和調整無鉛回流焊溫度曲線設置再流焊溫度曲線的依據： a 不同金屬含量的焊膏有不同的溫度曲線，應按照焊膏加工廠提供的溫度曲線進行設置（主要控制各溫區的升溫速率、峰值溫度和回流時間）。 b 根據PCB板的材料、厚度、是否多層板、尺寸大小。 c 根據表面組裝板搭載元器件的密度、元器件的大小以及有無BGA、CSP等特殊元器件進行設置。d 還要根據設備的具體情況，例如加熱區長度、加熱源材料、再流焊爐構造和熱傳導方式

23、等因素進行設置。熱風爐和紅外爐有很大區別，紅外爐主要是輻射傳導，其優點是熱效率高，溫度陡度大，易控制溫度曲線，雙面焊時PCB上、下溫度易控制。其缺點是溫度不均勻。在同一塊PCB上由于器件的顏色和大小不同、其溫度就不同。為了使深顏色器件周圍的焊點和大體積元器件達到焊接溫度，必須提高焊接溫度。熱風爐主要是對流傳導。其優點是溫度均勻、焊接質量好。缺點是PCB上、下溫差以及沿焊接爐長度方向溫度梯度不易控制。e 還要根據溫度傳感器的實際位置來確定各溫區的設置溫度。f 還要根據排風量的大小進行設置。g 環境溫度對爐溫也有影響，特別是加熱溫區短、爐體寬度窄的再流焊爐，在爐子進出口處要避免對流風。三角形回流溫

24、度曲線對于PCB相對容易加熱、元件與板材料有彼此接近溫度、 PCB表面溫差t較小的產品可以使用三角形溫度曲線。當錫膏有適當配方，三角形溫度曲線將得到更光亮的焊點。但助焊劑活化時間和溫度必須符合無鉛溫度曲線的較高溫度。三角形曲線的升溫速度是整體控制的，與傳統的升溫-保溫-峰值曲線比較，能量成本較低。（a）簡單的產品的無鉛回流焊溫度曲線（b）推薦的升溫-保溫-峰值溫度曲線通過緩慢升溫，充分預熱PCB，降低PCB表面溫差t，使 PCB表面溫度均勻，從而實現較低的峰值溫度（235 2450C ），避免損壞元器件和FR-4基材PCB。峰值溫度235245可以滿足要求升溫-保溫-峰值溫度曲線升溫-保溫-峰

25、值溫度曲線的要求升溫速度應限制到0.510C/秒或40C/秒以下，取決于錫膏錫膏中助焊劑成分配方應該符合曲線，保溫溫度過高會損壞錫膏的性能；在氧化特別嚴重的峰值區助焊劑必須保持足夠的活性。第二個溫度上升斜率在峰值區入口，典型的斜率為30C/秒液相線以上時間的要求5060秒,峰值溫度2352450C 。冷卻區，為了防止焊點結晶顆粒長大，防止產生偏析，要求焊點快速降溫，但還應特別注意減小應力。例如，陶瓷片狀電容的最大冷卻速度為-2-40C/秒。因此，要求有一個受控的冷卻過程。如果溫度曲線控制不當，可能造成材料中的應力過大（c）低峰值溫度曲線由于小元件比大元件、散熱片的升溫速度快，為了滿足所有元件液

26、相線以上時間的要求，采用升溫-保溫-峰值溫度曲線。保溫的目的是要減小T。大元件等大熱容量位置一般都滯后小元件到達峰值溫度，可采取保持低峰值溫度，較寬峰值時間，讓小元件等一等大元件，然后再降溫的措施。以防損壞元器件。低峰值溫度(230240C )曲線（接近Sn63/Pb37）230240C 小元件 大元件*低峰值溫度損壞器件風險小，能耗少；*但對PCB的布局、熱設計、回流焊接工藝曲線的調整、工藝控制、以及對設備橫向溫度均勻性等要求比較高；*對于復雜產品，可能需要260。（d）對于復雜產品，可能需要260才能焊好。因此FR-4基材PCB就不能滿足要求了。 無鉛回流焊工藝控制由于工藝窗口變小了，因此

27、更要嚴格控制溫度曲線再流焊工藝過程控制 （a）設備控制不等于過程控制再流焊爐中裝有溫度（PT）傳感器來控制爐溫。例如將加熱器的溫度設置為230，當PT傳感器探測出溫度高于或低于設置溫度時，就會通過爐溫控制器（可控硅繼電器）停止或繼續加熱（新的技術是控制加熱速度和時間）。然而，這并不是實際的工藝控制信息。由于PCB的質量、層數、組裝密度、進入爐內的PCB數量、傳送速度、氣流等的不同，進入爐子的PCB的溫度曲線也是不同的，因此，再流焊工序的過程控制不只是監控機器的控制數據，而是對制造的每塊PCB的溫度曲線進行監控。否則它就只是機器控制，算不上真正的工藝過程控制。必須監控實時溫度曲線（b）必須對工藝

28、進行優化設置最佳溫度曲線再流焊溫度曲線優化依據： 焊膏供應商提供的溫度曲線 元件能承受的最高溫度及其它要求。 PCB材料能承受的最高溫度，PCB的質量、層數、組裝密度以及銅的分布等情況。在實施過程控制之前，必須了解再流焊的焊接機理，具有明確的技術規范。再流焊技術規范一般包括：最高的升溫速率、預熱溫度和時間、焊劑活化溫度和時間、熔點以上的時間及峰值溫度和時間、冷卻速率。Sn-Ag3.0-Cu0.5 焊料再流焊技術規范（c）再流焊爐的參數設置必須以工藝控制為中心根據再流焊技術規范對再流焊爐進行參數設置（包括各溫區的溫度設置、傳送速度、風量等），但這些一般的參數設置對于許多產品的焊接要求是遠遠不夠的

29、。例如較復雜的印制板要使最大和最小元件都能達到0.54m界面合金層厚度，當PCB進爐的數量發生變化時、當環境溫度或排風量發生變化時、當電源電壓和風機轉速發生波動時，都可能不同程度的影響每個焊點的實際溫度。因此如果產生的實時溫度曲線接接近于上限值或下限值，這種工藝過程就不穩定。由于工藝過程是動態的，即使出現很小的工藝偏移，也可能會發生不符合技術規范的現象。由此可見，再流焊爐的參數設置必須以工藝控制為中心，避開技術規范極限值。這種經過優化的設備設置可容納更多的變量，同時不會產生不符合技術規范的問題。（d）必須正確測試再流焊實時溫度曲線確保測試數據的精確性需要考慮以下因素：熱電偶本身必須是有效的：定

30、期檢查和校驗必須正確選擇測試點：能如實反映PCB高、中、低溫度熱電偶接點正確的固定方法并必須牢固還要考慮熱電偶的精度、測溫的延遲現象等因素最簡單的驗證方法：1、將多條熱電偶用不同方法固定在同一個焊盤上進行比較2、將熱電偶交換并重新測試（e）通過監控工藝變量，預防缺陷的產生當工藝開始偏移失控時，工程技術人員可以根據實時數據、進行分析、判斷（是熱電偶本身的問題、接點固定的問題、還是爐子溫度失控、傳送速度、風量發生變化），然后根據判斷結果進行處理。通過快速調整工藝的最佳過程控制，預防缺陷的產生。目前能夠連續監控再流焊爐溫度曲線的軟件和設備也越來越流行。現代檢測設備軟件技術的先進性例如AOI設備 （1

31、） AOI設備產生兩種類型的過程控制信息 定量的信息，如元件偏移的測量等 定性信息，可通過直接報告缺陷信息來決定全部裝配過程的品質。該信息可用于決定制造過程的系統缺陷。（2） AOI具有強大的統計功能 能夠直接統計出ppm數據（3） AOI能夠直接生成控制圖AOI能夠直接生成控制圖當繪出的點超出預設的極限，操作員可以糾正缺陷 選擇一個控制圖作為主監視圖這個圖經常在檢查設備或返工站顯示 操作員可以選擇一個點來作進一步的調查，并且可產生一個更詳細的缺陷分類圖 左圖是一個總結Pareto圖分類的缺陷的報告。該圖告訴過程工程師什么類型的缺陷正在出現。在本例中，最重要的缺陷是橋接，它占了缺陷的42%。線

32、性圖顯示與Pareto條形圖有聯系的缺陷的累積百分率。它表明最多的三種缺陷占產品上發生的錯誤的75%。如果這些缺陷被消除，那么可得到重大的過程改進。再進一步深究這數據，可以確定焊錫短路的位置。 左圖顯示焊錫短路缺陷發生在哪里。通過逐個位置的檢查特殊缺陷的發生，工程師可更好地分析缺陷的根源。在本例中，最多缺陷的位置造成錫橋總數量的15%。由于這個至關重要，缺陷的根源將要求進一步的調查。 AOI的放置位置主要有三個放置位置： （1）錫膏印刷之后 （2）回流焊前 （3）回流焊后多品種、小批量生產時可以不連線。（1） AOI置于錫膏印刷之后可檢查：焊膏量不足。 焊膏量過多。 焊膏圖形對焊盤的重合不良。

33、 焊膏圖形之間的粘連。PCB焊盤以外處的焊膏污染（2） AOI置于回流焊前可檢查：是否缺件元件是否貼錯極性方向是否正確有無翻面和側立元件位置的偏移量焊膏壓入量的多少。（3） AOI置于回流焊后可檢查：是否缺件元件是否貼錯極性方向是否正確有無翻面、側立和立碑元件位置的偏移量焊點質量：錫量過多、過少 （缺錫）、焊點錯位焊點橋接（5）無鉛波峰焊特點及及對策特點對策高溫設備耐高溫，抗腐蝕，加長預熱區， Sn鍋溫度均勻，增加冷卻裝置助焊劑耐高溫；PCB耐高溫；元器件耐高溫工藝窗口小選擇低Cu合金，在合金中添加少量Ni可增加流動性和延伸率監測Sn-Cu焊料中Cu的比例，應1%；監測焊料中Pb的比例，要控制

34、焊點中Pb含量0.05%；PCB充分預熱（100130），減小PCB及大小元器件t；加速冷卻，防止焊點結晶顆粒長大，避免枝狀結晶的形成。潤濕性差提高助焊劑活性；提高助焊劑的活化溫度增加一些助焊劑涂覆量；注意PCB與元器件的防潮、防氧化保存。充N2可以減少焊渣的形成。無鉛波峰焊溫度曲線（6）無鉛檢測檢測設備、工具、方法、以及檢測項目與有鉛工藝相同。檢測標準：IPC-A-610D（下面專門介紹）AOI的檢測軟件需要升級。對檢測人員進行培訓。（7）關于無鉛返修和手工焊無鉛返修相當困難，主要原因：無鉛焊料合金潤濕性差。溫度高(熔點從183 上升到 217) （簡單PCB235，復雜PCB260）（由于

35、手工焊接暴露在空氣中焊接，散熱快，因此無鉛焊接烙鐵頭溫度需要在280360 左右）工藝窗口小。造成PCB和元件損壞的最高溫度沒有變化 ( 290)無鉛返修注意事項選擇適當的返修設備和工具正確使用返修設備和工具正確選擇焊膏、焊劑、焊錫絲等材料正確設置焊接參數(溫度曲線) 適應無鉛焊料的高熔點和低潤濕性。同時返修過程中一定要小心，將任何潛在的對元件和PCB的可靠性產生不利影響的因素降至最低。 返修溫度曲線理想的手工錫焊溫度 時間曲線: （Sn-Pb ）盡量縮短加熱過程時間升溫速度: 愈快愈好，但不要超出元件、PCB承受能力降溫速度: 愈快愈好, 但不要超出元件、PCB承受能力。 錫在液化后最佳溫度

36、與停留時間： 220下2sec溫度 ()0 2 4 6 8(時間sec)有鉛和無鉛手工錫焊實時溫度 時間曲線比較:sec造成PCB和元件損壞的最高溫度沒有變化 ( 290 C)無鉛工藝窗口小Sn-PbSn-Ag-Cu焊接五步法1.準備焊接：清潔烙鐵2.加熱焊件：烙鐵頭放在被焊金屬的連接點3.熔錫潤濕：添加錫絲，錫絲放在烙鐵頭處4.撤離焊錫：撤離錫絲5.停止加熱：撤離烙鐵 （每個焊點焊接時間23s）手工焊接中的錯誤操作1.過大的壓力：對熱傳導未有任何幫助（氧化的烙鐵），凹痕、焊盤翹起。2.錯誤的烙鐵頭尺寸：接觸面積、熱容量、形狀長度。3.過高的溫度和過長時間。4.錫絲放置位置不正確，不能形成熱橋

37、。焊料的傳輸不能有效傳遞熱量。5.不合適的使用助焊劑。6.其他：剪腿、元件不平、導線之間的連接、熱縮管。無鉛手工焊接的要點無鉛手工焊接的要點（1）選擇加熱效率高的烙鐵，使迅速達到熔化溫度選擇專用烙鐵。 如果采用普通烙鐵，烙鐵的瓦數比有鉛提高一倍左右。烙鐵頭前端的形狀和尺寸要有利于熱傳導。烙鐵頭長度要適當短一些。烙鐵頭的選擇無鉛手工焊接的要點（2）焊錫絲的線徑不要太粗焊錫絲的線徑越粗，烙鐵的熱量越容易被奪取。無鉛手工焊接的要點（3）烙鐵頭的接觸方法有利于熱傳導無鉛手工焊接的要點（4）烙鐵頭前端必須保持清潔烙鐵頭前端因助焊劑污染，易引起焦黑殘渣，妨礙烙鐵頭前端的熱傳導。最好每個焊點焊接前都要對烙鐵

38、頭進行清潔。每天早上用清潔劑將海綿清洗干凈，沾在海棉上的焊錫附著在烙鐵頭上，會導致助焊劑不足，同時海棉上的殘渣也會造成二次污染烙鐵頭。無鉛手工焊接的要點（5）焊錫絲、助焊劑材料必須與原始工藝相同（8）無鉛清洗 無鉛組裝工藝過程后的焊劑殘余是可以清洗的。但由于高熔點，增加了清洗難度。無鉛清洗對策 需要增加壓力、清洗時間，必要時增加清洗劑濃度。五.過渡階段有鉛、無鉛混用應注意的問題1. 目前國內無鉛進展情況大致如下:只有極少數獨資、合資企業完全實現了無鉛；大約有1/3企業有了不同程度和規模的無鉛（個別產品或12條生產線）；有的正處在實驗室做試驗，準備上無鉛；大部分國企還在觀望或正在考慮；還有些軍工

39、口單位在等待政策，等待豁免2. 目前無鉛焊接技術處于過渡和起步階段 雖然國際國內都在不同程度的應用無鉛技術，但目前還處于過渡和起步階段，從理論到應用都還不成熟。主要表現在以下幾方面：理論認識不成熟 傳統Sn/Pb焊料已經應用了近一個世紀、研究了五十多年，而無鉛只有十余年。 對無鉛焊接機理研究、對不同無鉛焊料合金與不同被焊接金屬表面（包括元器件端頭和PCB焊盤）焊接后形成的界面合金層的結構等認識還不成熟。沒有統一的標準 對無鉛焊接的材料、工藝、設備、焊點檢驗標準等方面都沒有統一的認識和標準。 美國IPC沒有標準（04年11月推出IPC A-610D草案）。 日本只有企業標準，也沒有國家標準。對無

40、鉛焊接的焊點可靠性還沒有統一的認識 對無鉛焊接的焊點以及焊接界面合金層的結合強度研究還沒有研究清楚。舉例：a 對實施無鉛及其制造技術認識不一致，各種各樣的說法：二元合金比三元合金更“穩定”；三元合金比四元合金更“穩定” ；不同的無鉛合金混合會引發問題；無鉛焊點可靠性的不同認識b 美國認為Sn95.8Ag3.5Cu0.7合金實用性強并有了專利。日本大多使用Sn96.5Ag3.0Cu0.5合金。c 日本認為含1%Bi可提高潤濕性，而美國認為得不到這個結論無鉛應用技術混亂 無論國際國內無鉛應用技術非常混亂，大多企業雖然焊接材料無鉛化了，但元器件焊端仍然有鉛。究竟哪一種無鉛焊料更好？哪一種PCB焊盤鍍

41、層對無鉛焊更有利？哪一種元器件焊端材料對無鉛焊接焊點可靠性更有利？什么樣的溫度曲線最合理？無鉛焊對印刷、焊接、檢測等設備究竟有什么要求都沒有明確的說法。 對無鉛焊接技術眾說紛紜，各有一套說法、各有一套做法。這種狀態對無鉛焊接產品的可靠性非常不利。因此目前迫切需要加快對無鉛焊接技術從理論到應用的研究。3. 問題舉例（1） 有鉛工藝也遇到了無鉛元器件 BGACSP LLP特別警惕！有的日本元件鍍Sn-Bi，必須在無鉛焊料中使用。如果焊料中有Pb，Bi與Pb會形成93的熔點，將嚴重影響可靠性。（2） 有鉛工藝也遇到純Sn熱風整平的PCB（3）波峰焊問題比較多遇到無鉛元器件 ；插裝孔、導通孔不上錫；分

42、層Lift-off現象較嚴重； 橋接、漏焊等缺陷多；錫鍋表面氧化物多（4） 分層Lift-off（焊點剝離、裂紋）現象無Pb和有Pb混用時，焊接后在焊點與焊端交界處會加劇分層Lift-off（剝離、裂紋）現象。 Pb在1%左右的微量時發生焊點剝離的概率最高。這意味著來自元件、PCB鍍層的微量Pb混入，將容易發生Lift-off。關于分層Lift-off（焊點剝離、裂紋）現象的機理還要繼續研究。當焊料、元件、PCB全部無Pb化后是否不會產生Lift-off現象了，也要繼續研究。Lift-off（焊點剝離）現象的機理錫釺焊時的凝固收縮現象63Sn37Pb合金的CTE是24.510-6，從室溫升到1

43、83，體積會增大1.2%，而從183降到室溫，體積的收縮卻為4%，故錫鉛焊料焊點冷卻后有時有縮小現象。因此有鉛焊接時也存在Lift-off，尤其在PCB受潮時。無鉛焊料焊點冷卻時也同樣有凝固收縮現象。由于無鉛熔點高、與PCB的CTE不匹配更嚴重、出現偏析現象，因此當存在PCB受熱變形等應力時，很容易發生Lift-off，嚴重時甚至會造成焊盤剝落。PCB焊盤與Sn-0.7Cu焊后發生Lift-off凝固收縮冷卻時由于基板溫度高，焊點先凝固收縮，基板焊盤界面處殘留液相，基板越厚，基板內部儲存的熱量越多，越容易發生焊點剝離。熱傳導收縮（5）A面回流焊B面波峰焊復合工藝中的問題完成了A面回流焊，進行B

44、面波峰焊時，在A面大的QFP和PLCC等元件的引腳鍍層為Sn-Pb合金時，雖然焊點本身熔點在217 ，不會熔化，但在焊錫與焊盤界面容易形成Pb偏析形成Sn-Ag-Pb的174的低熔點層，使界面發生熔化，在熱應力的作用下造成焊點從焊盤上剝離。類似Lift-off（焊點剝離）。QFP 焊盤處Lift-off 防止Lift-off（焊點剝離）的方法（a） 采用單面板。（b） 不使用Bi、In合金（低熔點更容易發生Lift-off ）。（c） 無鉛工藝不使用Sn-Pb鍍層元件。（d） 加快冷卻速度，消除偏析。（e） 添加微量元素，消除偏析。（f） 考慮PCB的熱設計，使基板內部的熱有效釋放。（g） 回

45、流焊波峰焊復合工藝時，采用SMD焊盤設計。（h）減小基板熱收縮（尤其厚度方向）。 無鉛和有鉛混用時可靠性討論(a)無鉛焊料與有鉛焊端混用的問題無鉛焊料中的Pb對長期可靠性的影響是一個課題，需要更進一步研究。初步的研究顯示：焊點中Pb含量的不同對可靠性的影響是不同的，當含量在某一個中間范圍時，影響最大，這是因為在最后凝固形成結晶時，在Sn枝界面處，有偏析金相形成，這些偏析金相在循環負載下開始形成裂紋并不斷擴大。例如：25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。無鉛焊料與有鉛焊端混用時要控制焊點中Pb含量0.05%目前正處在無Pb和有Pb焊接的過度轉變時期，大部分無Pb工藝是使用無鉛焊料與有鉛引腳的元件混用。在“無鉛”焊點中，鉛的含量可能來源于元件的焊端、引腳或BGA的焊球。對于波峰焊，由于元件引腳Pb-Sn電鍍層不斷融解，焊點中鉛的含量需要進行監測。Pb在1%