SMT常见问题分析.doc

焊锡膏使用常见问题分析
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焊膏的回流焊接是用在SMT装配工艺中的主要板级互连方法，这种焊接方法把所需要的焊接特性极好地结合在一起，这些特性包括易于加工、对各种SMT设计有广泛的兼容性，具有高的焊接可靠性以及成本低等；然而，在回流焊接被用作为最重要的SMT组件级和板级互连方法的时候，它也受到要求进一步改进焊接性能的挑战，事实上，回流焊接技术能否经受住这一挑战将决定焊膏能否继续作为首要的SMT焊接材料，尤其是在超细微间距技术不断取得进展的情况之下。下面我们将探讨影响改进回流焊接性能的几个主要问题，为发激发工业界研究出解决这一课题的新方法，我们分别对每个问题简要介绍如下：

底面组件的固定

双面回流焊接已采用多年，在此，先对第一面进行印刷布线，安装组件和软熔，然后翻过来对电路板的另一面进行加工处理，为了更加节省起见，某些工艺省去了对第一面的软熔，而是同时软熔顶面和底面，典型的例子是电路板底面上仅装有小的组件，如芯片电容器和芯片电阻器，由于印刷电路板（PCB）的设计越来越复杂，装在底面上的组件也越来越大，结果软熔时组件脱落成为一个重要的问题。显然，组件脱落现象是由于软熔时熔化了的焊料对组件的垂直固定力不足，而垂直固定力不足可归因于组件重量增加，组件的可焊性差，焊剂的润湿性或焊料量不足等。其中，第一个因素是最根本的原因。如果在对后面的三个因素加以改进后仍有组件脱落现象存在，就必须使用SMT粘结剂。显然，使用粘结剂将会使软熔时组件自对准的效果变差。

未焊满

未焊满是在相邻的引线之间形成焊桥。通常，所有能引起焊膏坍落的因素都会导致未焊满，这些因素包括：1，升温速度太快；2，焊膏的触变性能太差或是焊膏的粘度在剪切后恢复太慢；3，金属负荷或固体含量太低；4，粉料粒度分布太广；5；焊剂表面张力太小。但是，坍落并非必然引起未焊满，在软熔时，熔化了的未焊满焊料在表面张力的推动下有断开的可能，焊料流失现象将使未焊满问题变得更加严重。在此情况下，由于焊料流失而聚集在某一区域的过量的焊料将会使熔融焊料变得过多而不易断开。

除了引起焊膏坍落的因素而外，下面的因素也引起未满焊的常见原因：1，相对于焊点之间的空间而言，焊膏熔敷太多；2，加热温度过高；3，焊膏受热速度比电路板更快；4，焊剂润湿速度太快；5，焊剂蒸气压太低；6；焊剂的溶剂成分太高；7，焊剂树脂软化点太低。

断续润湿

焊料膜的断续润湿是指有水出现在光滑的表面上（1.4.5.），这是由于焊料能粘附在大多数的固体金属表面上，并且在熔化了的焊料覆盖层下隐藏着某些未被润湿的点，因此，在最初用熔化的焊料来覆盖表面时，会有断续润湿现象出现。亚稳态的熔融焊料覆盖层在最小表面能驱动力的作用下会发生收缩，不一会儿之后就聚集成分离的小球和脊状秃起物。断续润湿也能由部件与熔化的焊料相接触时放出的气体而引起。由于有机物的热分解或无机物的水合作用而释放的水分都会产生气体。水蒸气是这些有关气体的最常见的成份，在焊接温度下，水蒸气具极强的氧化作用，能够氧化熔融焊料膜的表面或某些表面下的接口（典型的例子是在熔融焊料交界上的金属氧化物表面）。常见的情况是较高的焊接温度和较长的停留时间会导致更为严重的断续润湿现象，尤其是在基体金属之中，反应速度的增加会导致更加猛烈的气体释放。与此同时，较长的停留时间也会延长气体释放的时间。以上两方面都会增加释放出的气体量，消除断续润湿现象的方法是：1，降低焊接温度；2，缩短软熔的停留时间；3，采用流动的惰性气氛；4，降低污染程度。

低残留物

对不用清理的软熔工艺而言，为了获得装饰上或功能上的效果，常常要求低残留物，对功能要求方面的例子包括“通过在电路中测试的焊剂残留物来探查测试堆焊层以及在插入接头与堆焊层之间或在插入接头与软熔焊接点附近的通孔之间实行电接触”，较多的焊剂残渣常会导致在要实行电接触的金属表层上有过多的残留物覆盖，这会妨碍电连接的建立，在电路密度日益增加的情况下，这个问题越发受到人们的关注。

显然，不用清理的低残留物焊膏是满足这个要求的一个理想的解决办法。然而，与此相关的软熔必要条件却使这个问题变得更加复杂化了。为了预测在不同级别的惰性软熔气氛中低残留物焊膏的焊接性能，提出一个半经验的模型，这个模型预示，随着氧含量的降低，焊接性能会迅速地改进，然后逐渐趋于平稳，实验结果表明，随着氧浓度的降低，焊接强度和焊膏的润湿能力会有所增加，此外，焊接强度也随焊剂中固体含量的增加而增加。实验资料所提出的模型是可比较的，并强有力地证明了模型是有效的，能够用以预测焊膏与材料的焊接性能，因此，可以断言，为了在焊接工艺中成功地采用不用清理的低残留物焊料，应当使用惰性的软熔气氛。

间隙

间隙是指在组件引线与电路板焊点之间没有形成焊接点。一般来说，这可归因于以下四方面的原因：1，焊料熔敷不足；2，引线共面性差；3，润湿不够；4，焊料损耗枣这是由预镀锡的印刷电路板上焊膏坍落，引线的芯吸作用（2.3.4）或焊点附近的通孔引起的,引线共面性问题是新的重量较轻的12密耳（μm）间距的四芯线扁平集成电路(QFP枣Quad flat packs)的一个特别令人关注的问题,为了解决这个问题,提出了在装配之前用焊料来预涂覆焊点的方法(9),此法是扩大局部焊点的尺寸并沿着鼓起的焊料预覆盖区形成一个可控制的局部焊接区,并由此来抵偿引线共面性的变化和防止间隙,引线的芯吸作用可以通过减慢加热速度以及让底面比顶面受热更多来加以解决,此外,使用润湿速度较慢的焊剂,较高的活化温度或能延缓熔化的焊膏(如混有锡粉和铅粉的焊膏)也能最大限度地减少芯吸作用.在用锡铅覆盖层光整电路板之前,用焊料掩膜来覆盖连接路径也能防止由附近的通孔引起的芯吸作用。

焊料成球

焊料成球是最常见的也是最棘手的问题，这指软熔工序中焊料在离主焊料熔池不远的地方凝固成大小不等的球粒；大多数的情况下,这些球粒是由焊膏中的焊料粉组成的，焊料成球使人们耽心会有电路短路、漏电和焊接点上焊料不足等问题发生，随着细微间距技术和不用清理的焊接方法的进展，人们越来越迫切地要求使用无焊料成球现象的SMT工艺。

引起焊料成球（1,2,4,10）的原因包括：1,由于电路印制工艺不当而造成的油渍;2,焊膏过多地暴露在具有氧化作用的环境中;3,焊膏过多地暴露在潮湿环境中;4,不适当的加热方法;5,加热速度太快;6,预热断面太长;7,焊料掩膜和焊膏间的相互作用;8,焊剂活性不够;9,焊粉氧化物或污染过多;10,尘粒太多;11,在特定的软熔处理中,焊剂里混入了不适当的挥发物;12,由于焊膏配方不当而引起的焊料坍落；13、焊膏使用前没有充分恢复至室温就打开包装使用；14、印刷厚度过厚导致“塌落”形成锡球；15、焊膏中金属含量偏低。

焊料结珠

焊料结珠是在使用焊膏和SMT工艺时焊料成球的一个特殊现象.，简单地说,焊珠是指那些非常大的焊球,其上粘带有(或没有)细小的焊料球(11).它们形成在具有极低的托脚的组件如芯片电容器的周围。焊料结珠是由焊剂排气而引起,在预热阶段这种排气作用超过了焊膏的内聚力,排气促进了焊膏在低间隙组件下形成孤立的团粒,在软熔时,熔化了的孤立焊膏再次从组件下冒出来,并聚结起。

焊接结珠的原因包括：1,印刷电路的厚度太高;2,焊点和组件重叠太多;3,在组件下涂了过多的锡膏;4,安置组件的压力太大;5,预热时温度上升速度太快;6,预热温度太高;7,在湿气从组件和阻焊料中释放出来;8,焊剂的活性太高;9,所用的粉料太细;10,金属负荷太低;11,焊膏坍落太多;12,焊粉氧化物太多;13,溶剂蒸气压不足。消除焊料结珠的最简易的方法也许是改变模版孔隙形状,以使在低托脚组件和焊点之间夹有较少的焊膏。

焊接角焊接抬起

焊接角缝抬起指在波峰焊接后引线和焊接角焊缝从具有细微电路间距的四芯线组扁平集成电路(QFP)的焊点上完全抬起来,特别是在组件棱角附近的地方，一个可能的原因是在波峰焊前抽样检测时加在引线上的机械应力,或者是在处理电路板时所受到的机械损坏(12),在波峰焊前抽样检测时,用一个镊子划过QFP组件的引线,以确定是否所有的引线在软溶烘烤时都焊上了；其结果是产生了没有对准的焊趾,这可在从上向下观察看到,如果板的下面加热在焊接区/角焊缝的间接口上引起了部分二次软熔,那么,从电路板抬起引线和角焊缝能够减轻内在的应力,防止这个问题的一个办法是在波峰焊之后(而不是在波峰焊之前)进行抽样检查。

竖碑（Tombstoning）

竖碑（Tombstoning）是指无引线组件(如片式电容器或电阻)的一端离开了衬底，甚至整个组件都支在它的一端上。

Tombstoning也称为Manhattan效应、Drawbridging 效应或Stonehenge 效应，它是由软熔组件两端不均匀润湿而引起的；因此,熔融焊料的不够均衡的表面张力拉力就施加在组件的两端上,随着SMT小型化的进展,电子组件对这个问题也变得越来越敏感。

此种状况形成的原因：1、加热不均匀；2、组件问题：外形差异、重量太轻、可焊性差异；3、基板材料导热性差，基板的厚度均匀性差；4、焊盘的热容量差异较大，焊盘的可焊性差异较大；5、锡膏中助焊剂的均匀性差或活性差，两个焊盘上的锡膏厚度差异较大，锡膏太厚，印刷精度差，错位严重；6、预热温度太低；7、贴装精度差，组件偏移严重。

Ball Grid Array (BGA)成球不良

BGA成球常遇到诸如未焊满,焊球不对准,焊球漏失以及焊料量不足等缺陷,这通常是由于软熔时对球体的固定力不足或自定心力不足而引起。固定力不足可能是由低粘稠,高阻挡厚度或高放气速度造成的；而自定力不足一般由焊剂活性较弱或焊料量过低而引起。

BGA成球作用可通过单独使用焊膏或者将焊料球与焊膏以及焊料球与焊剂一起使用来实现; 正确的可行方法是将整体预成形与焊剂或焊膏一起使用。最通用的方法看来是将焊料球与焊膏一起使用，利用锡62或锡63球焊的成球工艺产生了极好的效果。在使用焊剂来进行锡62或锡63球焊的情况下,缺陷率随着焊剂粘度,溶剂的挥发性和间距尺寸的下降而增加，同时也随着焊剂的熔敷厚度，焊剂的活性以及焊点直径的增加而增加，在用焊膏来进行高温熔化的球焊系统中，没有观察到有焊球漏失现象出现，并且其对准精确度随焊膏熔敷厚度与溶剂挥发性，焊剂的活性，焊点的尺寸与可焊性以及金属负载的增加而增加，在使用锡63焊膏时，焊膏的粘度，间距与软熔截面对高熔化温度下的成球率几乎没有影响。在要求采用常规的印刷枣释放工艺的情况下，易于释放的焊膏对焊膏的单独成球是至关重要的。整体预成形的成球工艺也是很的发展的前途的。减少焊料链接的厚度与宽度对提高成球的成功率也是相当重要的。

形 成 孔 隙

形成孔隙通常是一个与焊接接头的相关的问题。尤其是应用SMT技术来软熔焊膏的时候，在采用无引线陶瓷芯片的情况下，绝大部分的大孔隙(>0.0005英寸/0.01毫米)是处于LCCC焊点和印刷电路板焊点之间，与此同时,在LCCC城堡状物附近的角焊缝中,仅有很少量的小孔隙，孔隙的存在会影响焊接接头的机械性能,并会损害接头的强度,延展性和疲劳寿命,这是因为孔隙的生长会聚结成可延伸的裂纹并导致疲劳，孔隙也会使焊料的应力和 协变增加,这也是引起损坏的原因。此外,焊料在凝固时会发生收缩,焊接电镀通孔时的分层排气以及夹带焊剂等也是造成孔隙的原因。

在焊接过程中,形成孔隙的械制是比较复杂的，一般而言,孔隙是由软熔时夹层状结构中的焊料中夹带的焊剂排气而造成的(2,13)孔隙的形成主要由金属化区的可焊性决定,并随着焊剂活性的降低,粉末的金属负荷的增加以及引线接头下的覆盖区的增加而变化,减少焊料颗粒的尺寸仅能销许增加孔隙。此外,孔隙的形成也与焊料粉的聚结和消除固定金属氧化物之间的时间分配有关。焊膏聚结越早，形成的孔隙也越多。通常,大孔隙的比例随总孔隙量的增加而增加.与总孔隙量的分析结果所示的情况相比,那些有启发性的引起孔隙形成因素将对焊接接头的可靠性产生更大的影响,控制孔隙形成的方法包括:1,改进组件/衫底的可焊性;2,采用具有较高助焊活性的焊剂;3,减少焊料粉状氧化物;4,采用惰性加热气氛.5,减缓软熔前的预热过程.与上述情况相比,在BGA装配中孔隙的形成遵照一个略有不同的模式(14).一般说来.在采用锡63焊料块的BGA装配中孔隙主要是在板级装配阶段生成的.在预镀锡的印刷电路板上,BGA接头的孔隙量随溶剂的挥发性,金属成分和软熔温度的升高而增加,同时也随粉粒尺寸的减少而增加;这可由决定焊剂排出速度的粘度来加以解释.按照这个模型,在软熔温度下有较高粘度的助焊剂介质会妨碍焊剂从熔融焊料中排出,因此,增加夹带焊剂的数量会增大放气的可能性,从而导致在BGA装配中有较大的孔隙度.在不考虑固定的金属化区的可焊性的情况下,焊剂的活性和软熔气氛对孔隙生成的影响似乎可以忽略不计.大孔隙的比例会随总孔隙量的增加而增加,这就表明,与总孔隙量分析结果所示的情况相比,在BGA中引起孔隙生成的因素对焊接接头的可靠性有更大的影响,这一点与在SMT工艺中空隙生城的情况相似。

总 结

焊膏的回流焊接是SMT装配工艺中的主要的板极互连方法，影响回流焊接的主要问题包括：底面组件的固定、未焊满、断续润湿、低残留物、间隙、焊料成球、焊料结珠、焊接角焊缝抬起、TombstoningBGA成球不良、形成孔隙等,问题还不仅限于此,在本文中未提及的问题还有浸析作用,金属间化物,不润湿,歪扭,无铅焊接等.只有解决了这些问题,回流焊接作为一个重要的SMT装配方法,才能在超细微间距的时代继续成功地保留下去。
柔性印制板SMT工艺探讨
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2003-8-5 8:45:08 鸿城电（上海）有限公司 顾忠良 余新 阅读1565次
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随着电子产品向短小、轻薄方向发展，相应的便要求电子元器件集成化、微小型化。传统的通孔安装技术（THT）已不能满足要求，新一代的贴装技术，即表面贴装技术(SMT)就应运而生。
从广义角度来说，SMT是包括了表面贴装组件(SMC: Surface Mount Component)、表面贴装器件（SMD：Surface Mount Device）、表面贴装印刷电路板(SMB: Surface Mount Printed Circuit Board)、普通混装印刷电路板（PCB: Printed Circuit Board）、点胶、涂膏、表面贴装设备、元器件取放系统、焊接及在线测试等技术内容的一整套完整工艺技术过程的统称。 由于SMC、SMD减少引线分布特性影响，而且在PCB表面贴焊牢固，大大降低了寄生电容和引线间寄生电感。在很大程度上减少了电磁干扰和射频干扰，改善了高频特性。这类组件已广泛应用于卫星通信方面的产品中：例如，地面接收卫星信号时需使用的低噪声降频放大器（LNB）等高频产品，另外高频所用的PCB，对其特性参数：介电常数X，也有要求，例如，当电路的工作频<109HZ时，通常要求PCB基材的X<2.5.实验表明，PCB基材的X除了与基材的特性有关外，还与增强材料的含量有关。基材的增强材料含量越高，X值越大，故高频电路用PCB基材的增强料含量不能太高，这使得高频电路用PCB机械性能不够强，甚至有些高频产品还要求采的PCB非常薄，其厚度只有通常PCB厚度的1/3，这样的PCB就更加易断裂。这一特性会给该类产品的生产带来困难。下面就这方面问题，谈一谈我们在生产实践中的一些体会及采用的上些手段以克服高频产品所用薄型PCB在进行表面贴装生产中易断裂的弱点使这类产品的大批量生产能顺利进行。

表面贴装过程主要包括三个基本环节：涂布焊膏、贴片以及焊接，下面我们重点前二个基本环节。

在进行大批量生产时，我们通常采用全自动印刷机进行印刷的（即涂布焊膏），当PCB进入印刷机被涂布焊膏之前，需先固定于印刷机内，印刷机固定PCB方式通常有二种：第一种是传送导轨并定位；第二种是传送导轨下方采用真空吸附固定并定位。

对于较薄且易断的PCB而言，若在第一种固定PCB方式的印刷机中被涂布焊膏，我们会看到PCB放入印刷机的传送导轨上进入到适当位置后，两传送导轨会相向夹紧PCB，这会引起PCB板中间部分轻轻凸起。一方面这个夹持力易使PCB断裂；另一方面，由于PCB中部凸起，使PCB整个需涂布面不平。这样会影响到焊膏的涂布质量。若放在第二种固定PCB方式的印刷机中被涂布焊膏，就可避免上述情况，因为这种固定PCB方式时，传送导轨是不相向运动，那么不会对PCB两边施加一相向的力，PCB中部也就不会凸起，这种印刷机是靠传送导轨下方的真空吸附装置将PCB吸附于传送导轨上，PCB不会因受到夹紧的外力而折断。另外，我们会看到PCB中间底部是悬空的。为了保证薄型的PCB在涂布时，板面平整不弯曲，我们在实际操作时会在真空吸附装置上增加一自制平台以支撑PCB。该平台的面积可与PCB相匹配，这样就避免了因PCB板面不平而影响涂布的质量的问题。

为了保证成品率及产品质量，采用上述第二种具有真空吸附固定功能的印刷进行生产。

涂布焊膏之后，就进入到贴片环节。同样PCB进入贴片机进行贴片之前，首先需固定于贴片机内。贴片机夹持固定PCB的方式通常也有两种，第一种为贴片平台上传送导轨相向运动夹紧PCB。从而固定PCB并定位；第二种为传送导轨上装有压紧条，当PCB在传送导轨上前进到相应的位置时，导轨上的压紧条则自动压下，将PCB两边压在导轨上固定并定位。无论采用上述哪一种PCB固定方式，PCB中间底部均无支撑物，形成悬空，若对较薄且易断裂的PCB在进行贴片时，随着贴片平台的运动及贴片关的动作，不能完全保证PCB板面不弯曲。这会影响到贴片位置的准确性，另外第一种PCB方式对较薄且易断的PCB来说，它使PCB板两边受到一相向的夹紧力，易造成PCB中部凸起，若该PCB为拼板时，甚至会导致其拼接处断裂。为此，我们在实际操作中会采用将PCB固定在定制的托盘中，然后将托盘送入传送导轨上，进入贴片机进行贴片，这样PCB就不会直接受到导轨给予的外力而导致断裂，而且托盘起到了对PCB的支撑作用，在贴片时，避免了因PCB无支撑物击变形影响贴片位置的准确性的问题。采用这种方法，我们要求托盘之间的一致性要好（包括外形、边框、尺寸及涉及PCB定位的尺寸）。托盘的一致性好坏，直接影响到贴片位置的准确性。

当然上述方法并不是十全十美的，它同样也存在着某些缺陷。因为采用该方法在托盘制作上要求比较高，除了一致性要求要高外，还有一个问题需解决，即PCB的固定问题。所以在托盘制作时还要注意固定PCB的方式，既要保证PCB在托盘中不能晃动，又要使PCB便于取放，这增加了托盘的制作难度及费用、鉴于这点，我们提出了另一种解决方法，这种方法就是将托盘制成简单的框架，而PCB在托盘中的固定，采用真空吸附的方法，这使托盘制作简便了，一致性也较容易保证且PCB的取放也很容易，但是该方法需要对现有的贴片机进行稍稍改制。因目前贴片机不带真空吸附固定PCB的功能，所以需另外增加一小型真空吸附装置，而且该装置的真空泵开启的动作需与传送导轨夹持固定PCB的动作同步。

综上所述，薄型易断PCB的SMT工艺探讨，只是我们对使用该类PCB的产品生产工作中的点滴体会，仅供同行们特别是在生产该类PCB的产品的同行们参考。
无铅焊料与无铅工艺制程
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2003-11-4 17:29:24 阅读2270次
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随着社会的进步，人们的环境意识逐渐加强。保护环境，减少工业污染，已越来越受到人们的关注。众所周知铅是有毒的金属，将会对人体和周围环境造成相当巨大的影响。为了消除铅污染，采用无铅焊锡已势在必行。国际上电子等工业部门限制或禁止使用铅的呼声日渐高涨。因此，开发避免污染、能替代传统合金的绿色焊料以及实施无铅工艺制程已成为电子工业所面临的重要课题之一。一些发达国家的科研机构正开展相关研究，寻找解决生产污染问题的方法和途径，使电子装配生产向绿色环保方向发展，其中寻找实用的无铅焊锡和实施无铅工艺就是其中关键课题。
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心不仅一直关注无铅焊料的研究状况，而且致力于研究改进无铅工艺，经过大量实验，总结了实施无铅工艺遇到的技术问题及其解决办法，并且建立了一套可靠性评价方案。随着研究的进一步深入以及考虑到环保的要求，深圳邦讯人才信息咨询服务有限公司与中国赛宝实验室可靠性研究分析中心联合举办《无铅焊料与无铅工艺制程》培训讲座，以有力资料说明无铅焊料的研究状况，总结大量资料分类介绍和推荐了实用的无铅焊料，最后以案例分析了实施无铅工艺的相关技术问题和解决方法，借此希望能跟业界精英共同研讨，推动实施无铅化进程在电子电气行业发展。

授课专家：罗道军 电子五所高级工程师，现在五所可靠性物理国家重点实验室从事电子元器件以及材料的可靠性技术研究、检测以及失效分析工作，同时负责主持国家95计划中的一项五年的元器件可靠性评价技术的研究课题，在电子组装工艺与焊接技术方面具有丰富的经验，尤其擅长电子辅料质量与工艺过程控制过程相关问题的解决，在解决电子焊接工艺质量问题方面在珠三角业界享有很高声誉。

培训内容：
第一部分：我们必须重视铅对人类的危害，许多国家和组织早已开展控制铅的使用进程。许多人预测，是否立法无关重要，市场需求就足以推动无铅电子组装。因而积极开发无铅焊料受到了许多组织和企业的关注。

为什么要无铅？
无铅的原因
铅在各种产品中的使用量
控制铅的使用－日本北美
市场竞争分析
无铅焊料研究状况
积极开发无铅焊料的学术组织
NCMS“Lead-free Solder”计划的成员
积极开发无铅焊料的企业组织
其它研究计划
基本共识
替代元素/焊料的基本要求
替代元素的价格
替代元素的供需情况
合金成本情况
关于熔点
关于金属学组织 　　　　　NCMS“Lead-free Solder”计划研究结果概述

第二部分：我们认识到无铅焊料应在其物理性能、钎焊工艺性能、接头的力学性能等与Sn-Pb焊料接近，而且成本不能过高。目前所研究的无铅焊料主要以Sn为主，添加Ag、Zn、Cu、Sb、Bi、In等合金元素，通过合金化来改善合金的性能，提高可焊性，所以多元合金化是无铅焊料设计的一大特点。

目前已实用的无铅焊料
无铅焊料简介与分类
低温无铅焊料Low Temperature Alloys
Sn-Pb Equivalents无铅焊料
Mid-range Melting Temperature Alloys
Possible Tin-lead replacement alloys
High Temperature Lead－free Solders
Lead-free alloys: A comparison
Suppliers and Patents
Solders Used by Area of Industry Served
推荐的无铅焊料：理想的无铅焊料的标准 典型的无铅焊料商品举例

第三部分：在电子组装行业实施无铅工艺将遇到许多问题，本课程针对高温过程、材料兼容性、生产实施、检验检查、可靠性、返修和修理、再利用和实施成本方面的问题，以具体案例和资料作出分析，并且对比了各国或地区的无铅材料和工艺发展状况，最后陈述了典型无铅制程工艺条件，提出了无铅制程的可靠性评价。

无铅工艺相关技术问题
高温过程的相关技术问题Higher process temperatures （高温来源设备 ）
材料兼容性问题Materials compatibility 0
Logistical 生产实施的逻辑问题
Inspection 检验检查
Reliability 可靠性问题
Rework and Repair 返修与修理
Recycling - Solder Recovery再利用
Costs 实施成本

无铅材料与工艺发展状况
日本工艺发展进程（2）：1 北美工艺发展进程（1） 2 北美工艺发展进程（2）
欧洲无铅材料与工艺发展进程：1 焊料无铅化的推动力；2 焊料无铅化进程；3 再流焊选用的无铅焊料体系；4 波峰焊选用的无铅焊料体系；5 手工焊选用的无铅焊料体系；6 Sn-Ag-Cu的选用组成比例；7 元器件引线脚镀层无铅化；8 实施无铅工艺需考虑的技术问题；9 产品无铅化难题的解决期限
典型无铅制程工艺条件：典型的Lead-free solder wave Process
无铅制程的可靠性评价：无铅制程工艺准备 无铅工艺可靠性内容 无铅工艺可靠性评价方案.
表面安装工艺对印制板设计的要求
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2003-7-9 10:06:50 本文摘自《电子电路与贴装》 许继集团工艺处 郭晓甫 阅读1170次
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1.概述

由于微电子技术的迅速发展，电子元个件和器个件的小型化和高密度安装已成为发展的必然趋势。目前，集成电路的引线距离最小的可达到0．127mm。这样高集成化、高密度的器件再采用传统的工艺安装和焊接几乎已径不再可能。从而，一场电子元器件的装联工艺技术革命就成为必然。表面安装器件(SMD，Surface Mounting Device)和表面安装工艺(SMT，Surface Mounting Technotogy)的出现，导致了印制电路板(PCB，Printed Circuit Board)装联革命。SMT组装工艺和组装设备
是产品生产的手段和工具，组装工艺的制定是依据产品设计中所选定材料的技术条什和组装没备的技术条件而制定的。在产品设计中充分地考虑生产工艺条件，把生产工艺融合到产品设计中，对产品质量、提高生产效率、降低生产成本都有着很重要的作用。同时，SMT已将当代电子技术领域所广泛使用的计算机辅助设计CAD和计算机辅助制造CAM有机地结合在了一起。

SMT生产线的一般构成包括如下设备：装料机、焊膏印刷机、贴片机、自动检测装置、气相再流焊机、在线检测装置和卸料机。SMT的工艺过程为：由上料机将PCB装在生产线上，输送到焊膏印刷机上后，按已经编好的程序和预制的检板，将焊膏(同时含有粘接剂、助焊剂和焊料)刷在PCB上。进入贴片机后，按照设计要求由机械手自动地将所需的元器件放置在指定位置。由于焊膏中含有贴接剂，元器件可暂时定位、固定。自动检测装置对元器件的安装进行检验。进入气相再流焊机时，先预热，再逐步升温至焊接温度，经保温后，元器件的焊接任务也就完成。经过在线检测合格后，由卸料机将已装联好元器件的PCB板卸下，从此完成了全部的PCB装联工作。

SMT的特点：

a)简化传统PCB装联工艺；

b)免清洗；

c)可靠性高；

d)减少人为因素影响。

2．SMT对PCB设it的要求

由于SMT的特殊性，传统的PCB设计方法也应针对其特点作一些改变。

2.1网络尺寸

PCB设计中的网络距应采用2．54mm(用于英制器件)或者2．5mm(用于公制器件)，以及它们的倍份数值。如：2．54mm的倍份数值为1．27、0．635……，2．5的倍数值为1．25、0．625……。

2．2布线区域

印制电路板的布线区域主要取决于以下各因素：

a)元器件选型及其接脚。选性价比高的元器件是保证系统性能和经济指针的首要条件。但相同型号、相同性能的组件，又有不同的封装形式和包装形式，而SMT生产线设备的技术性能恰好又对元器件的这些形式作出了一些限制，故了解和掌握承担产品生产的SMT生产线的技术条件对SMT产品设计中元器件的选择及PCB的设计优化很重要；

b)元器件形状、尺寸及间距。产品设计时考虑此项因素既能更好地利用现有设备，如贴片机、焊接检测设备等，同时为元器件的合理布局(如对电气性能、生产工艺的考虑等)提供依据，往往因设计而引起的质量问题而在产品生产中很难得以克服；

c)连通元器件的布线信道及布线设计。线宽不宜选得太细，在布线密度允许的条件下，应将联机设计得尽量宽，以保证机械强度、高可靠性及方便制造；

d)装联要求及导轨槽尺寸。元器件的排列方向与顺序，对再流焊的焊接质量有着直接的影响，一个好的布局设计，除了要考虑热容量的均匀设计外，另一点要考虑元器件的排列方向与顺序。当导轨槽用于接地线或供电线时，与它们没有电气联系的印制板最外边缘的导电图形应与导轨槽外缘保持有2．5mm以上的距离；

e)安装空间要求及制造要求。为防止印制板加工时触及印制导线造成层间短路，内层和外层最外边缘的导电图形距离印制板边缘应大于1．25mm。当印制板外层的边缘布设接地线时，接地线可以占据边缘位置。对因结构要求已占据的印制板板面位置，不能再布设元器件和印制导线。

2．3 布线要求

由于SMT提高了PCB上的组装密度，在通过CAD系统进行布线设计时，线宽和线间距、线与过孔、线与焊盘、过孔与过孔、线与穿孔焊盘等间的距离都要考虑好。当元器件尺寸较大、布线密度较蔬盹，应适当加大印制导线宽度及其间距，并尽可能把空余的区域合理地设置接地线和电源线。一般来说，功率(电流)回路的线宽、间距应大于信号(电压)回路；模似回路的电线宽、间距应大于数字回路。

对于多层印制板，当内层不需电镀时，则内层线路应多于外层且采用较细的线条布线：在双层或多层印制板中，相邻两层的印制导线走向宜相互垂直、斜交，应尽量避免平行走向以减少电磁干扰；印制板上同时布设模拟电路和数字电路时，宜将它们的地线系统分开，电源系统分开；高速数字电路的输入端和输出端的印制导线，也应避免平行布线，必要时，其间应加设地线，同时数字信号线应靠近地线布设，以减小干扰；模似电路输入线应加设保护环，以减小信号线与地线之间的电容。

印制电路上装有高压或大功率器件时，应尽量和低压小功率器件分开，并要确保其连接设计的合理、可靠。

大面积导线(如电源或接地区域)，应在局部开设窗口(见图1)。

印制导线的设计原则是：

a)最短走线原则；

b)尽量少通过焊盘；

c)避免尖角设计；

d)均匀、对称的设计；

e)充分合理地利用空间。

2．4元器件布置

贴装元器件的线脚间距应与元器件尺寸一致以保证贴装后焊脚尺寸与之吻合。元器件的布置应尽可能均匀分布，以避免相互干扰(见图2)。

SMD不应跨越插装组件(见图3)。

组件的极性排列应尽量一致(见图4)。

另外，大功率组件附近应避开热敏组件，并与其它组件留有足够的距离；较重的元器件应安排在印制板的支撑点附近，以减小印制板变形；元器件排列应有利于空气的流通。

元器件位置的改动，特别是多层板上的元器件位置的任何改动，都应经认真分析和试验，以免造成错误的布线。

2．5 焊盘设计及印字符号

最小焊盘及中继孔焊盘的边缘尺寸应为127DLm(见图5a)，焊盘与导线的交接处应锒边，锒边形式见图5b。阻焊膜孔应稍大于焊盘。

丝网漏印的组件符号位置应避免组件贴装或插装后遮盖符号，以便识别(见图6)。

焊盘设计的对比例子见图7。

另外，焊盘应设置钻孔的导向点，导向点应与焊盘同心并小于钻孔尺寸。

2．6 基准点

SMT所用印制板应设计和制作基准作为定位点和公共测量点，以便印制板的层间定位和组件定位。但基准点的设置既不能覆盖阻焊膜，也不能接近布线。印制板的基准点最好在板的边缘，一般为2-3个(见图8)；元器件的基准点可设置在元器件的布置区域内或在区域外的边缘处，一般为1-3个(见图9)，可根据需要设置。

推荐的定位标记图形见图10。

3．结束语

一项新技术的出现需要许多领域和环节的协调和配合，特别是在当今电子组装领域里，电子产品正朝着超薄、超小、超轻、高密度组装方向发展，使今天的设计人员已不能仅满足于对你所设计的电路、系统的请悉，还要要求你了解你所设计的产品将怎样去制造，了解产品制造的主要工艺环节。只有这样才能使新开发的产品具有较短的制造周期，具有较低的制造成本，具有较强的市场竞争能力，才能产生较好的经济效益和社会效益。本文谈及到的是其中的一些实例，希望本文能起到抛砖引玉的作用，使产品设计人员在产品设计中得到一些启示。
再流焊工艺技术的研究
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2003-6-9 9:02:06 精伦电子有限公司 □鲜飞 阅读642次
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摘要 随着表面贴装技术的发展，再流焊越来越受到人们的重视，本文从多个方面对再流焊工艺进行了较详细的介绍。
关键词 再流焊 表面贴装技术 表面组装组件 温度曲线
再流焊接是表面贴装技术特有的重要工艺，焊接工艺质量的优劣不仅影响正常生产，也影响最终产品的质量和可靠性。因此对再流焊工艺进行深入研究，并据此开发合理的再流焊温度曲线，是保证表面组装质量的重要环节。
影响再流焊工艺的因素很多，也很复杂，需要工艺人员在生产中不断研究探讨，本文将从多个方面来进行探讨。
一、 再流焊设备的发展
在电子行业中，大量的表面组装组件通过再流焊机进行焊接，目前再流焊的热传递方式经历了远红线一全热风一红外/热风三个阶段。
远红外再流焊
八十年代使用的远红外再流焊具有加热快、节能、运行平稳的特点，但由于印制板及各种元器件因材质、色泽不同而对辐射热吸收率有很大差异，造成电路上各种不同元器件以及不同部位温度不均匀，即局部温差。例如集成电路的黑色塑料封装体上会因辐射吸收率高而过热，而其焊接部位一银白色引线上反而温度低产生假焊。另外，印制板上热辐射被阻挡的部位，例如在元器件阴影部位的焊接引脚或小元器件就会加热不足而造成焊接不良。
全热风再流焊
全热风再流焊是一种通过对流喷射管嘴或者耐热风机来迫使气流循环，从而实现被焊件加热的焊接方法。该类设备在90年代开始兴起。由于采用此种加热方式，印制板和元器件的温度接近给定的加热温区的气体温度，完全克服了红外再流焊的温差和遮蔽效应，故目前应用较广。
在全热风再流焊设备中，循环气体的对流速度至关重要。为确保循环气体作用于印制板的任一区域，气流必须具有足够快的速度。这在一定程度上易造成印制板的抖动和元器件的移位，此外，采用此种加热方式就热交换方式而言，效率较差，耗电较多。
红外热风再流焊
这类再流焊炉是在IR炉基础上加上热风使炉内温度更均匀，是目前较为理想的加热方式。这类设备充分利用了红外线穿透力强的特点，热效率高，节电，电时有效克服了红外再流焊的温差和遮蔽效应，并弥补了热风再流焊对气体流速要求过快而造成的影响，