无铅焊接的问题与对策(续)

SMT无铅焊接问题大全以及解决方法1、焊接缺陷分为主要缺陷、次要缺陷和表面缺陷：a.主要缺陷导致产品的SMA功能失效。

b.次要缺陷是指焊点之间润湿尚好，SMA功能正常，但会影响产品的寿命。

c.表面缺陷是不影响产品的寿命和功能(通常以生产工艺、外观、来签别)。

（深圳BGA 焊接）2、问题形成及处理方案:A.锡珠原因:在元器件贴装过和中，焊膏被置放于片式元件的引脚与焊盘之间，如果焊盘和元件引脚润湿不良(可焊性差)，液态焊料会收缩而使焊缝不充分，所有焊料颗粒不能聚合成一个焊点。

部分液态焊料会从焊缝流出，形成锡珠。

a.在印刷工艺中由于模板与焊盘对中偏移导致焊膏流到焊盘外。

b.贴片过程中Z轴的压力过太瞬间将锡膏挤压到焊盘外。

c.加热速度过快，时间过短焊膏内部水分和溶剂未能完全挥发出来，到达回流焊接区时引起溶剂、水分沸腾，溅出锡珠。

d.模板开口尺寸及轮廓不清晰。

解决方法:a.跟进焊盘、元件引脚和锡膏是否氧化。

b.调整模板开口与焊盘精确对位。

c.精确调整Z轴压力。

d.调整预热区活化区温度上升速度。

e.检查模板开口及轮廓是否清晰，必要时需更换模板。

B.立碑(曼哈顿现象)，元件一端焊接在焊盘另一端则翘立。

原因：a.元件两端受热不均匀或焊盘两端宽长和间隙过大，焊膏熔化有先后所致。

b.安放元件位置移位。

c.焊膏中的焊剂使元件浮起。

d.元件可焊性差。

e.印刷焊锡膏厚度不够。

解决方法：a.元件均匀和合理设计焊盘两端尺寸对称。

b.调整印刷参数和安放位置。

c.采用焊剂量适中的焊剂(无铅锡膏焊剂在10.5±0.5%)。

d.无材料采用无铅的锡膏或含银和铋的锡膏。

e.增加印刷厚度。

C.桥接(不相连的焊点接连在一起)，在SMT生产中最常见的缺陷之一，它会引起元件之间的短路。

原因：a.焊锡膏质量问题，锡膏中金属含量偏高和印刷时间过长。

b.锡膏太多、粘度低、塌落度差，预热后漫流到焊盘外，导至较密间隙之焊点桥接。

c.印刷对位不准或印刷压力过大，容易造成细间距QFP桥接。

钎焊机理钎焊分为硬钎焊和软钎焊。

主要是根据钎料（以下称焊料）的熔化温度来区分的，一般把熔点在450℃以下的焊料叫作软焊料，使用软焊料进行的焊接就叫软钎焊；把熔点在450℃以上的焊料叫作硬焊料，使用硬焊料进行的焊接就叫硬钎焊。

在美国MIL SPEC军用标准中，是以800℉（429℃）的金属焊料的熔点作为区分硬钎焊和软钎焊的标准。

电子装联用锡焊是一种软钎焊，其焊料主要使用锡Sn、铅Pb、银Ag、铟In、铋Bi等金属，目前使用最广的是Sn-Pb和Sn-Pb-Ag 系列共晶焊料，熔点一般在185℃左右。

钎焊意味着固体金属表面被某种熔化合金浸润。

这种现象可用一定的物理定律来表示。

如果从热力学角度来考虑浸润过程，也有各种解释的观点。

有一种观点是用自由能来解释的。

⊿F＝⊿U－T⊿S 在这里，F是自由能，U是内能，S是熵。

⊿F 与两种因素有关，即与内能和熵的改变有关。

一般S常常趋向于最大值，因此促使－T⊿S也变得更小。

实际上，当固体与液体接触时，如果自由能F减少，即⊿F是负值，则整个系统将发生反应或趋向于稳定状态。

由此可知，熵是浸润的促进因素，因为熵使⊿F的值变得更小。

⊿F的符号最终决定于⊿U的大小和符号，它控制着浸润是否能够发生。

为了产生浸润，焊料的原子必须与固体的原子接触，这就引起位能的变化，如果固体原子吸引焊料，热量被释放出来，⊿U是负值。

如果不考虑⊿U的大小和量值，那么，熵值的改变与表面能的改变有同样的意义，浸润同样是有保证的。

在基体金属和焊料之间产生反应，这就表明有良好的浸润性和粘附性。

如果固体金属不吸引焊料，⊿U是正值，这种情况下，取决于⊿U在特殊温度下的大小值，才能决定能否发生浸润。

这时，增加T⊿S值的外部热能，能对浸润起诱发作用。

这种现象可以解释弱浸润。

在焊接加温时，表面可能被浸润，在冷却时，焊料趋于凝固。

在开始凝固的区域，⊿U是正值，其值比T⊿S大得多，当⊿F最终变为正值时，浸润现象就发生了。

关于焊接方法中无铅锡问题与对策随着产品小型化，高密度实装基板、微细间距部品、多层基板开发的急速发展，伴随着锡丝的无铅化、锡焊接自身就变得更困难了，因此必须重新研究焊接方法。

在SMT、再流焊的附加焊接工程及局部焊接的领域，微细化程度高且多种多样的手工焊与机器人的无铅锡焊接技术的确立也成了当务之急。

1 研究目的关于无铅锡焊接，我们想就焊接机器人与手工焊的锡焊接方法中面临的问题、具体分析其原因、从对现场有帮助务实的观点出发介绍无铅锡焊接的对策：①锡丝飞溅对策；②漏焊、短接等的对策；③烙铁头氧化及助焊剂碳化的防止；④烙铁头寿命的延长；⑤对产品的热影响。

实验中使用的共晶锡丝为UXE-21《Sn60-Pb40》、无铅锡丝为UXE-51《Sn-Ag3-Cu0．5》。

2 研究内容2．1 焊接温度的上升与锡球、助焊剂的飞溅往高温的烙铁头上供给含助焊剂的锡丝(以后简称：锡丝)，则锡丝中的助焊剂会因受热膨胀而破裂。

这造成锡丝飞溅的原因之一。

众所周知，跟以前的共晶锡丝相比，无铅锡丝的溶点高。

然而，锡丝中所含有的助焊剂会因为温度的升高而导致其活性降低的问题尚未受到重视。

可以认为如果按无铅锡丝的溶点来提高烙铁头温度，助焊剂的活性反而会降低而失去作业性。

(注：开发用于焊接机器人的含助焊剂的锡丝即使在高温下也不会失去活性力，比用于手工焊的锡丝在一定程度更具有耐热性。

)通常，烙铁头温度多被设定在320～340℃上下，比锡丝的溶点高150℃左右。

此时，锡丝的温度若与室温一致视为25℃，那么两者的温度差则为300℃以上。

如果烙铁头温度设定为400℃，温度差就变得更大，对锡丝的热冲击也就更大。

我们做了以下实验，把烙铁头温度分别设定为320℃和400℃，往烙铁头上送同量的锡丝，观察锡球、助焊剂等飞溅程度。

其结果如图1、图2所示。

经观察，烙铁头温度设定为400℃，飞溅很明显地增加。

由此可知，高温时的热冲击是造成助焊剂及锡球飞溅的原因之一。

无铅手工焊面临的问题与解决方法一、无铅焊料使用时的问题点无铅手工焊接在焊料的选择上有一定的限制，譬如Sn-Zn系合金、Sn-Bi系合金的线体成形性较困难，且合金本身易氧化。

或者使用中与焊剂的反应存在问题。

一般不采用这二种无铅焊料。

目前推荐使用的是熔点在210～230℃Sn-Cu系合金和Sn-Ag-Cu系合金焊料。

众所周知，由于无铅焊料的流动性差，使焊接时的扩展性(润湿性)大大不如原来的63-37共晶焊料，其扩展性只有原来的三分之一程度。

这种性质的焊料在展开手工焊时，不仅会对应组装基板与元件，也会体现在焊接用烙铁头部，尽管作业中想提高一些焊接温度，但对改善焊料的扩展性作用是不大的。

无铅焊料的熔点，比原来的焊料要高出20～45℃，因此手工焊时必须提高烙铁头的温度，通常使用的焊接温度是焊料的熔点温度加上50℃左右较妥当。

考虑到焊接用烙铁头温度会由于本身功率及头部重量而存在差异，故温度的设定要比焊接温度高100℃左右。

原来63-37共晶焊料的烙铁头温度约在340℃左右，使用Sn-O.7Cu焊料时的温度约在380℃.对于手工焊接来说,超过350℃以上时已作为界限温度，这种状态下的焊接可加快烙铁头的损耗，在超出焊剂的活性范围时易产生焊剂的碳化，降低焊剂的活性效果，这也会成为焊接中常见的焊剂或焊料飞溅的原因。

二、手工焊接的注意点及解决方法由上所述，在采用直接加热方式进行无铅手工焊时，稍不注意就会产生各种各样的问题。

这些问题的发生说明了正是由于无铅焊料所具的固有特性，使用中就容易出现不良。

我们在制定焊接工艺时，可以抓住下面几个基本要点：①烙铁头温度的管理②焊接基板、部品等表面状态的管理③焊剂的选择、效果衡量及作用另外，要做到良好的无铅手工焊，作为重要因素的使用工具方面，以下几个要点是必须考虑的。

2.1 使用热恢复性能优良的烙铁在无铅手工焊场合，烙铁头的温度势必要比焊料的熔点高出20～45℃，考虑到被焊元件本身的耐热性和稳定地进行焊接操作，烙铁温度最好设定在350℃～360℃范围，这是为了执行良好的手工焊接而采用偏低温度的一种做法。

铅焊接过程中常见的问题及对策有关技能大赛中可能涉及的无铅焊接的相关问题，小编通过联系一些参赛的师生，获得一些相关的信息及对策，在这里整理下来，算是焊接技能大赛总结，同大家分享一下。

1 RoSH无铅焊料的定义 ;2 获得豁免的一些RoHS有害物质;3 关于对无铅焊料合金专利的一些看法;4 无铅焊接过程中常见的问题和对策。

关键词：无铅焊接;无铅焊料RoHS 无铅焊料的定义Maximum Concentration Value (MCV)最大浓度值Homogeneous Materials均匀材料在均匀材料中的最大浓度值(MCV)1. 铅(Lead,Pb)0.1%2. 六价铬(Hexavalent Chromium,Cr +6 )0.1%3. 汞(Mercury,Hg)0.1%4. 镉(Cadmium,Cd)0.01%5. 聚合溴化联苯(PBB)0.1%6. 聚合溴化二苯醚(PBDE)0.1%对均匀材料的理解1. 均匀材料(Homogeneous Materials) 指的是该物质不能通过机械方式进一步分离或分解成其它物质。

2. 均匀材料必须整体组成一致。

3. 以组装后的线路板为例:合金焊点、助焊剂残余物、焊盘、焊盘上喷锡合金、元器件引脚、引脚上的镀层等均被视为不同的均一物均匀材料。

因此必须分别测定其与RoHS相关的有害物质。

获得豁免的一些RoHS有害物质1. 汞含量不超过5毫克/灯的小型日光灯.2. 汞含量不超过下列要求的荧光灯管:卤磷酸盐 10毫克/灯三磷酸盐 (普通寿命型) 5毫克/灯三磷酸盐 (长寿命型) 8毫克/灯3. 特殊用途的荧光灯管中的汞.4. 指令中未提及的其它荧光灯中的汞.5. 阴极射线管、电子元件、荧光灯管等所用玻璃中的铅.6. 铅含量不超过0.35wt%的钢, 铅含量不超过0.4wt%的铝，铅含量不超过4wt%的铜.7. 高融点焊料中的铅 (如铅含量超过85wt%的Sn-Pb焊料)服务器、存储器、存储阵列系统中所用焊料中的铅用于交换、信号传输、以及电信网络管理基础设施中所用焊料中的铅电子陶瓷部件中的铅(如压电陶瓷)8.76/769/EEC指令及91/338/EEC修正指令中禁止使用之外镉镀层9.在吸收式电冰箱中作为碳钢冷却系统防腐剂的六价铬10.用于配合针型连接器中的铅11.用于C-环型导热模块表面涂层的铅12.用于倒装芯片封装的芯片与载体之间联结的焊料中的铅13.在光学玻璃和滤光玻璃中使用的铅或镉关于对无铅焊料合金专利的一些看法1.所有二元焊料合金均不存在任何专利问题2.Sn-4.0Ag-0.5Cu 在1959年被公开发表过 (德国Max-Plank研究所)3.Sn-3.0Ag-0.5Cu是80年代使用过并申请过专利的产品(美国Harris 公司Engelhard公司)4.日本千住/松下有关Sn-Ag-Cu焊料合金的专利覆盖了上述两种合金,从而引起争议和困惑5.在二元/三元焊料合金中掺杂微量过度金属元素是否可等同于杂质元素实用化的无铅焊料目前已经有超过100个无铅焊料的专利，由于性能、价格、自然界储藏量等原因，只有一小部分具有实用价值。

回流焊无铅焊接的特点和对策一、无铅焊接技术的现状无铅焊料合金成分的标准化目前还没有明确的规定。

ＩＰＣ等大多数商业协会的意见：铅含量<０.１－０.２ＷＴ％（倾向<０.１％，并且不含任何其它有毒元素的合金称为无铅焊料合金。

１、无铅焊料合金无铅化的核心和首要任务是无铅焊料。

据统计全球范围内共研制出焊膏、焊丝、波峰焊棒材１００多种无铅焊料，但真正公认能用的只有几种。

（１）目前最有可能替代Ｓn／Ｐb焊料的合金材料最有可能替代Ｓn／Ｐb焊料的无毒合金是Ｓn基合金。

以Ｓn为主，添加Ａg、Ｃu、Ｚn、Ｂi、Ｉn、Ｓb等金属元素，构成二元、三元或多元合金，通过添加金属元素来改善合金性能，提高可焊性、可靠性。

主要有：Ｓn－Ｂi系焊料合金，Ｓn－Ａg共晶合金，Ｓn－Ａg－Ｃu三元合金，Ｓn－Ｃu系焊料合金，Ｓn－Ｚn系焊料合金（仅日本开发应用），Ｓn－Ｂi系焊料合金，Ｓn－Ｉn和Ｓn－Ｐb 系合金。

（２）目前应用最多的无铅焊料合金三元共晶形式的Ｓn９５.８\Ａg３.５\Ｃu０.７（美国）和三元近共晶形式的Ｓn９６.５\Ａg３.０\Ｃu０.５（日本）是目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料。

其熔点为２１６－２２０℃左右。

由于Ｓn９５.８\Ａg３.５\Ｃu０.７无铅焊料美国已经有了专利权，另外由于Ａg含量为３.０ＷＴ％的焊料没有专利权，价格较便宜，焊点质量较好，因此ＩＰＣ推荐采用Ａg含量为３.０ＷＴ％（重量百分比）的Ｓn－Ａg－Ｃu焊料。

Ｓn－０.７Ｃu－Ｎi焊料合金用于波峰焊。

其熔点为２２７℃。

虽然Ｓn基无铅合金已经被较广泛应用，与Ｓn６３\Ｐb３７共晶焊料相比无铅合金焊料较仍然有以下问题：（Ａ）熔点高３４℃左右。

（Ｂ）表面张力大、润湿性差。

（Ｃ）价格高２、ＰＣＢ焊盘表面镀层材料无铅焊接要求ＰＣＢ焊盘表面镀层材料也要无铅化，ＰＣＢ焊盘表面镀层的无铅化相对于元器件焊端表面的无铅化容易一些。

目前主要有用非铅金属或无铅焊料合金取代Ｐb－Ｓn热风整平（ＨＡＳＬ）、化学镀Ｎi和浸镀金（ＥＮＩＣ）、Ｃu表面涂覆ＯＳＰ、浸银（Ｉ－Ａg）和浸锡（Ｉ－Ｓn）。

无铅焊接工艺中常见缺陷及防止措施摘要:无铅化电子组装中,由于原材料的变化带来一系列工艺的变化,随之产生许多新的焊接缺陷。

针对表面裂纹、表面发暗及二次回流等缺陷进行了机理分析,并给出了相应的解决措施。

关键词:无铅;焊点;表面裂纹;表面发暗;二次回流无铅化制程导入过程中,钎料、PCB焊盘镀层及元件镀层的无铅化工艺逐步得到广泛应用,随之产生的各种焊接缺陷,比如表面裂纹、表面发暗及二次回流问题等困扰着实际生产的顺利进行。

本文主要针对以上提到的几种主要缺陷进行原因分析并给出相应解决措施。

1 表面裂纹(龟裂)由于PCB基板材料及PCB上铜箔导线、铜过孔壁及元件引脚之间的热膨胀系数存在差异,焊接过程中PCB在Z轴方向出现的热膨胀远大于铜过孔臂的热膨胀,从而引起焊点和焊盘变形,如图1所示。

即使PCB通过了波峰,但大量密集焊点固化热量传导至板材而使PCB继续处于热膨胀状态。

一旦固化热能辐射结束,焊点就开始缓慢下降至环境温度,PCB开始冷却恢复平板状,这就在焊点表面产生很大的应力,引起焊盘起翘或焊点剥离(有Pb、Bi污染时)或表面裂纹,如图2所示。

表面裂纹是无铅波峰焊工艺中通孔焊点上出现的新缺陷,如图3所示。

在接触波峰面焊点表面出现一肉眼可观察到的裂纹。

IPC-610-D指出:只要裂纹底部可见,且没有深入内部接触引线和焊盘影响电气及力学性能就判定为合格,但实际生产中应尽量避免表面裂纹的产生。

1. 1 产生机理PCB离开波峰焊点开始固化期间,焊点开始从PCB顶部至底部逐渐固化,由表1可以看出引脚和焊盘比热容小、热导率大,冷却时近元件引脚的焊点顶部和焊盘边缘也最容易冷却先固化,其次是与低温空气接触的焊点表面同时形成一层表皮。

在后续固化过程中,由于焊点内部热量要释放,其热量会流向引脚,导致大块钎料凝固过程期间元件引脚继续膨胀而PCB在Z向持续收缩。

在这种情况下,再加上无铅钎料本身具有4%的体积收缩率和非共晶特性在近表面内部存在一定固液区,导致早先凝固表面强度降低。