无铅波峰焊工艺与设备的技术特点探讨

介绍了无铅波峰焊工艺的特点,并从波峰焊接工艺流程分别介绍了无铅波峰焊设备的各个子系统.从无铅焊料的润湿性、易氧化性、金属间化合物的形成特点等方面分析了无铅焊接相对于Sn-Pb焊接的工艺特点,提出了无铅焊接过程中应注意的问题及解决的方法.从无铅焊接工艺特点分析,整个波峰焊接过程是一个统一的系统,任何一个参数的改变都可能影响焊接接头的性能.通过分析需要对波峰焊接过程中的参数进行优化组合,得到优良的焊接接头.     

氮气保护对无铅焊接工艺温度窗口的影响

无铅化电子组装中无铅焊料的高熔点、低润湿性给实际生产带来了很大挑战。为了改善润湿性,可适当提高焊接温度,但由于PCB及元件的工艺温度限制,导致了焊接工艺温度窗口变窄。氮气保护可以改善无铅焊料润湿性、防止氧化、提高焊接品质,更重要的是可以降低焊接峰值温度,扩大焊接工艺温度窗口。     

助焊剂腐蚀失效案例分析

随着国内外环保要求的不断提高,电子产品正全速向低毒、低碳方向前进,由此也引发产品制造业向无铅、无卤方向快速发展。由于无铅焊料的焊接温度范围受到PCB和元器件耐温要求的限制,特别是无铅焊料本身的润湿性较锡铅焊料差,无铅焊接工艺的难度大大得提高,由此导致大量的焊接工艺缺陷。为了客服无铅工艺焊接能力较差的问题,人们纷纷开发了更加适合无铅焊接的焊接辅助材料,其中新型无铅助焊剂在提高无铅焊接能力上起到了很大的作用。     

无铅波峰焊接工艺的优化

全球电子电气工业膨勃发展，锡铅焊接逐步向无铅焊接转化，波峰焊接越来越多的向回流焊接发展，但新的“无铅波峰焊接技术”仍是业界研究的一个焦点。在美国由几家公司组成的社团收集了很多无铅波峰焊接过程中的相关数据，并对这些数据进行分析，研究，试图找到适用于无铅波峰焊接的工艺参数。但是对于高可靠性的电子产品，如网络设备，到目前为止还达不到实际所需的高可靠性要求，需通过大量工艺优化来实现无铅波峰焊接的高可靠性。该篇文章聚焦无铅波峰焊接工艺窗口及多层板的选择性波峰焊接，愿我的工作对你的应用有所帮助! 研究工作使用了可以承受无铅焊接温度的新型PCB材质，厚度为0．125英寸，该PCB为18层板，其中8层为接地层，10层为信号层，PCB焊盘镀层分别为浸银（1mm-Ag）和高温防氧化有机涂层（OSP）二种，焊接材料选用SnPb和SAC305，PCB为典型的通讯用线路板，布线设计复杂程度高，特制的波峰焊接夹具可以使该PCB在无铅波峰焊炉上实施选择性波峰焊接，焊后2D X-RAY和3D X-RAY检测系统观察焊点可靠性，焊点形状及焊接缺陷。一套可靠的，具有破坏性的试验分析工具（DPA）用来评估焊点质量，并与共晶焊料Sn／Pb装配结果做质量对比分析，与此同时，详细记录焊接温度，使用的元器件，以及对应的焊点质量。与共晶Sn／Pb焊料焊接结果相比，首先发现镀通孔润湿性差，通孔内焊锡量不足，桥接增多，焊点内有大量空洞。无铅波峰焊接工艺窗口变窄，要想获得理想的焊锡量，就要不断优化焊接曲线。试验结果发现，浸银的PCB在镀通孔填充率和可焊性方面均优于OSP、PCB。     

氮气保护在无铅化电子组装中的应用

无铅钎料的高熔点、差润湿性给SMT传统的焊接工艺带来了很大冲击,并且对焊点质量也产生了很大的影响。为了防止氧化,改善钎料与焊盘、元件引脚之间的润湿性,提高产品合格率,目前在电子纽装中普遍采用氮气保护。针对几种常用无铅钎料进行了氮气气氛中润湿性和焊点组织的分析,并初步研究了氮气保护对焊点质量和氧化渣的影响。结果表明：氮气保护可以改善无铅钎料润湿性,细化焊点组织,减少氧化渣量,而且对焊点外观和成品率也有一定的影响。     

无铅波峰焊工艺与设备的技术特点探讨

(上接2004年第5期第201页) 3.2 锡炉的腐蚀性问题 波峰焊接PCB上的插装电子元器件,当采用无铅焊料时,由于无铅焊料的焊接温度比Sn-Pb合金焊料高约30 ℃～50 ℃,另外无铅焊料中Sn的含量大幅度提高,一般都在95 %以上,造成了波峰焊时无铅焊料对锡炉和喷口的腐蚀性加强.国内一般锡炉采用的材料是SUS304和SUS316型不锈钢.实验表明,不锈钢材料在高温条件下6个月就被高Sn无铅焊料明显腐蚀.最容易受到腐蚀的是与流动焊料接触的部位,如泵的叶轮、输送管和喷口.     

N2保护对元铅波峰焊Sn-0.7 Cu焊料的润湿性影响及其在焊接工艺中的应用

以Sn-0.7Cu焊料、免洗助焊剂为试验材料,采用SAT-5100可焊性测试仪对不同温度不同N2浓度条件下的润湿性进行测试.结果表明,实施N2保护大大改善焊料润湿性,分析润湿机理,阐明N2保护下润湿性改善的原因,指出N2保护的意义还在于拓宽生产工艺窗口,使得工艺参数可在更大范围内调整.     

日本斯倍利亚推出新型无铅波峰焊接助焊剂

全球市场先进焊接与铜焊供应商日本斯倍利亚股份有限公司推出NS—F850无铅波峰焊接松香助焊剂。NS—F850可确保为所有PCB与元件基底提供卓越润湿效果,从而最大程度填充通孔。它还便于焊料排出,从而最大程度减少锡桥及锡尖。NS—F850是用于无铅波峰焊接的理想助焊剂。此外,松香助焊剂可确保完全实现SN100C无铅焊膏的潜在可靠性。     

Sn-Zn系无铅焊料抗氧化性和润湿性研究现状

Sn-Zn无铅焊料由于熔点接近Sn-Pb,价格低廉、无毒性、力学性能优良等特点,倍受人们的关注。然而由于Zn的表面活性高,在钎焊过程中焊料容易氧化,导致了润湿性能下降。本文综述合金元素对Sn-Zn无铅焊料氧化性能、润湿性的影响。并对Sn-Zn焊料今后的研究方向进行了简要分析。     

采用DOE方法优化无铅波峰焊接工艺

无铅波峰焊接工艺相比有铅波峰焊接工艺显得复杂和难以控制。本文通过采用DOE和波峰焊工艺分析相结合的方法,设计无铅波峰焊工艺,大大降低了缺陷率,提高了无铅波峰焊接质量,这生产实践具有很大的指导意义。     

无铅波峰焊接设备特点

相对于传统的Sn—Pb焊料，无铅焊料需要较高的焊接温度，而且润湿性差，另外免清洗助焊剂和水溶性助焊剂的固体含量低，活性温度高和活性区间窄。无铅焊料和助焊剂的特性决定了无铅波峰焊设备在结构和材料选用上有很大不同。本文通过对无铅波峰焊设备的各个部分的特点进行分析，为传统的旧波峰焊设备的改造提供参考。     

无铅波峰焊设备的特点

相对于传统的Sn-Pb焊料,无铅焊料需要较高的焊接温度,而且润湿性差,另外免清洗助焊剂和水溶性助焊剂的固体含量低,活性温度高和活性区间窄。无铅焊料和助焊剂的特性决定了无铅波峰焊设备在结构和材料选用上有很大不同。通过对无铅波峰焊设备的各个部分的特点进行分析,为传统的旧波峰焊设备的改造提供参考。     

无铅焊料的选择与对策（未完待续）

通过大量的数据信息分析了各研究机构在无铅焊料方面的研究成果，在目前流行使用的无铅焊料的基础上，进一步研究并比较了其中的Sn-Cu系列与具有专利限制的SnAgCu系列焊料在消费类电子产品组装的波峰焊工艺中使用的可靠性，同时研究并比较Sn-Ag系列焊料与SnAgCu系列焊料在回流焊工艺使用的情况。结果表明，Sn-Cu共晶焊料在消费类电子产品组装的波峰焊工艺中完全可以取代Sn-Ag-Cu系列焊料，同时满足使用要求；而同样技术成熟的Sn-Ag共晶焊料也完全可以取代SnAgCu系列焊料在回流焊工艺使用，焊点的可靠性与成本可以媲美SnAgCu焊料。而且该二元合金在使用维护以及回收利用方面具有相当的优势。     

纳米无铅焊料的研究进展

电子封装互连过程中,无铅锡基焊料是常用的连接材料。然而,由于其较高的熔点(210~240℃),在电子器件连接过程中需施加较高的回流温度,这不仅增加了电子组装过程中的能耗,也大大降低了器件的可靠性。纳米无铅焊料具有热力学尺寸效应,其熔点较块体材料有大幅度的降低,从而受到了越来越广泛的关注。综述了近年来国内外纳米无铅焊料的发展动态,介绍了常用的纳米无铅焊料的制备方法及影响纳米颗粒尺寸的因素,总结了纳米无铅焊料在应用和存放过程中所产生的问题,同时也对纳米无铅焊料未来产业化的实现提出了建议。     

The Maximum Fluidity Length of Solidifying Sn-Cu-Ag-Ni Solder Alloys

During wave soldering, it is important that a solder is able to flow easily to fill joints and to drain away to leave tidy fillets. The maximum fluidity length (L _f) is a simple measure of the flow behavior of solidifying alloys, defined as the distance a cooling and solidifying alloy can flow in a constant cross-section before the developing microstructure arrests flow. This paper explores the influence of alloy composition on L _f in Sn-rich Sn-Cu-Ag-Ni alloys with compositions relevant to wave soldering. Significant differences in L _f are measured among candidate lead-free solder alloys, which are discussed with respect to the phase diagrams and the mode of solidification.     

波峰焊过程产生板脏问题的分析和解决方法

实施无铅化工艺后,导入新的无铅波峰焊设备.在生产过程中,有时会发现被焊接板底面焊点之间粘有脏物,导致电路漏电,造成电气故障.经分析,主要原因为部件板在过波峰焊时,因设备相关问题,锡炉锡渣粘到印制板上造成.根据一年多跟踪与分析,提出相应解决办法.     

BGA混合焊点热循环负载下的可靠性研究

焊料从有铅向无铅转换中,不可避免会遇到二者混合使用的情况,有必要对生成的混合焊点进行可靠性研究。通过对不同工艺参数下形成的混合焊点和无铅焊点进行了外观检测、X射线检测和温度循环测试。结果显示,只要工艺参数控制得当,混合焊点是可行的。在焊球合金、焊料合金、峰值温度、液相线以上时间和焊接环境五个关键因素中,前四项对焊点可靠性比较重要,焊接环境对焊点可靠性的影响不很显著。     

Lead-Free Bumping Using an Alternating Electromagnetic Field

A novel lead-free bumping technique using an alternating electromagnetic field (AEF) was investigated. Lead-free solder bumps reflowed onto copper pads through AEF have been achieved. A comparison was conducted between the microstructures of the lead-free solder joints formed by the conventional thermal reflow and AEF reflow. Keeping the substrate temperature lower than that of the solder bumps, AEF reflow successfully created metallurgical bonding between the lead-free solders and metallizations through an interfacial intermetallic compound (IMC). The AEF reflow could be finished in several seconds, much faster than the conventional hot-air reflow. Considering the morphology of the interfacial Cu₆Sn₅ IMC, a shorter heating time above the melting point would be a better choice for solder joint reliability. The results show that AEF reflow is a promising localized heating soldering technique in electronic packaging.