JB/T 10845-2008 无铅再流焊接通用工艺规范

ICs31.180L30备案号:231992008中华人民共和国机械行业标准JBrT10845-2008无铅再流焊接通用工艺规范General technological specification for lead-free reflow soldering2008-02-01发布2008-07-01实施中华人民共和国国家发展和改革委员会发布JBT108452008目次刊II1范围自D.。。。。D。也D非番12规范性引用文件…零品命春命…命非3术语和定义14无铅再流焊接工艺要求带·。是·费音自音音音备音省音鲁音音鲁卧音即,曹自·辛中。鲁命··命告命血。击即。看卓41无铅再流焊对无铅焊料、印制电路板(PCB)等关键原材料的要求…342无铅工艺对再流焊设备的要求5无铅再流焊接的工艺流程和工艺控制51无铅再流焊接的工艺流程··非。命专普非非非非非自自自。息要自自卷。自52无铅再流焊接的工艺控制导量非音D·鲁渠·身看要命命自杳卡身智命。指命号。非自●D自●6无铅再流焊接电子组装件产品的质量检验..1161无铅再流焊接电子组装件产品的焊接质量要求…春看暮看春D。1162无铅再流焊焊点的质量要求…非音·申罪看根看附录A(资料性附录)无铅再流焊接常见的主要缺陷与对策垂看垂市·音。看pe自。。·省15A1立壁…垂●非命专命母鲁A.2空洞A.3焊料球A4桥连●·●·命····看着品看品4非4;命·b命命命由命命自·命◆甲甲申A.5焊点开裂…命甲4·命命命命命17A.6表面粗糙与裂纹图1小型片式元件无铅模板开口设计示意图图2模板开口尺寸基本要求示意图图3红外线热风的再流焊组合结构图4再流焊接的一般工艺流程.图5再流焊接的最高温度和最低温度…·b·●早···即●中鲁鲁中·●·命·即看是鲁是古丶s自日s看命命甲导456689图6Sn/Agcu无铅焊膏再流焊温度曲线1是甜曲非命。垂毒鲁·看·.·信自面非自甲●。图7升温-保温峰值RSS曲线图8升温峰值RTS曲线.…10图9峰值梯形温度曲线10图10焊点的润湿角示意图图11满足目标条件的金属化孔填充2图12满足可接受条件的金属化孔填充…图13孔壁表面的焊锡润湿不良●●看命命;命普中中中中中单·中甲中可看,甲·是是是哥命◆电香甲音12图14满足目标条件—1级,2级,3级13图15满足可接受条件—1级,2级,3级13图16满足1级条件2级,3级为缺陷13图A1元件立壁图…鲁售面。曲d15图A2元件立壁图…鲁·命命命命·.命中·血中命·非·命母4“草s命布●.I5JBT108452008图A3焊球中的空洞命看·面·香自看··p曹春量如●命自命章命垂击中看垂香中香吾普●母章a卓甲备·日命··吉是●看···15图A4金属化孔中的空洞图A.5元件上的焊料球图A.6器件引脚间的焊料球命垂垂面·看垂晋鲁看鲁音看·身·身q命带身章音·鲁身身图A7元件端头间的桥连图A8器件引脚间的桥连16图A.9器件引脚与焊点产生裂纹17图A.10元件端头焊点产生裂纹I7图A.l1无铅焊点表面上的粗糙与裂纹……………17表1在电子产品生产中推荐使用下列的无铅焊料合金…3表2无铅印制电路板焊盘表面镀(涂)层3表3无铅元器件焊端表面镀层表4无铅再流焊温度曲线参数表5带引脚的金属化孔一穿孔再流焊接工艺一焊接最低可接受条件12表6检查用的放大倍数(焊盘宽度)…JBT108452008前言本标准的附录A为资料性附录。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由机械工业仪器仪表元器件标准化技术委员会归口。本标准起草单位:西安中科麦特电子技术设备有限公司、沈阳仪表科学研究院。本标准主要起草人:曹继汉、曹捷、张国琦、麻树波、徐秋玲。本标准为首次发布。JBrT10845-2008无铅再流焊接通用工艺规范1范围本标准规定了电子组装件产品(简称为产品)在进行无铅再流焊接时应遵循的基本工艺要求和质量检查规范。本标准适用于以印制电路板(PCB)为组装基板的电子组装件,采用强制热风或红外加热风的无铅再流焊接加工和质量检验。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。SJ11216-1999红外热风再流焊接技术要求IPC—A-610D电子组装件的验收条件3术语和定义IPC—A-610D中所确立的以及下列定义与术语适用于本标准3.1电子组装件产品分级 products classification of electronic assemblies根据产品的使用功能条件、制造经济成本和质量成本,将产品分成的级别。一般分为三个等级:1级:通用类电子组装件产品,指组装完整,以满足使用功能为主要要求的产品2级:专用服务类电子组装件产品,该产品需有持续的性能和持久的寿命。需要不间断服务,但允许间歇。通常在最终使用环境下不会失效3级:高性能电子组装件产品,指具有持续的高性能或能严格按指令运行的设备和产品,不允许停歇,最终使用环境异常苛刻。需要时设备必须有效,例如生命救治和其他关键(危急)设备系统。32电子组装件产品的质量分级 quality classification for products of electronic assemblies根据电子组装件产品的验收条件,将电子组装件产品质量分成的级别。各级别产品均要有四级验收条件:目标条件、可接受条件、缺陷条件和过程警示条件。33目标条件 target condition电子组装件产品接近完美优选状态,它是期望达到但不是总能达到的条件。在使用环境下,并不是为保证产品的可靠性而必须的3.4可接受条件 acceptable condition电子组装件产品在使用环境下保证完整和可靠,但不是必须完美3.5缺陷条件 defect condition电子组装件产品在最终使用环境下,不能保证其完整、安装或功能的状态。缺陷条件必须根据设计、服务和用户要求,由制造者进行返工、修理、报废或者“照章处理”。修理或“照章处理”需经JB/T108452008用户认可。1级产品拒收条件自然成为2、3级产品拒收条件;2级产品拒收条件自然成为3级产品拒收条件36过程警示条件 process indicator condition过程警示是指虽没有影响到产品的完整、安装和功能但存在不符合要求条件(非拒收)的一种情况由于材料、设计和(或)操作(或设备)原因造成的,既不能完全满足接受条件又非属于拒收条件的情况应将过程警示项目作为过程控制的一部分而对其实行监控,并且当工艺过程中有关数据发生异常变化或岀现不理想趋势时,必须对其进行分析并根据结果采取改善措施。单一性过程警示项目不需要进行特别处理,其相关产品可“照章处理”。各种过程控制方法常常被用于计划、实施以及对于电气和电子组件焊接、生产过程的评佶。事实上,不同的公司,不同的实施过程以及对相关过程控制和最终产品性能不同的考虑都将影响到对实施策略、使用工具和技巧不同程度的应用。制造者必须清楚掌握对现有过程的控制要求并保持有效的持续改进措施37无铅焊料lead- free solder以锡(Sn)为基体,添加了银(Ag)、铜(Cu)、锑($b)、铟(I)等其他合金元素,而P的含量(质量分数)在0.1%以下,主要用于电子组装的焊料合金。3.8主面 primary side总设计图上规定的封装互连构件面(通常为最复杂、元器件最多的一面。在通孔插装技术中称作“元件面”或“焊接终止面”)3.9辅面 secondary sid与主面相对的封裝互连构件面(在通孔插装技术中称作“焊接面”或“焊接起始面”)3.10焊接起始面 solder source side印制电路板用于焊接的那一面。通常是印制电路板进行波峰焊、浸焊或拖焊的辅面。印制电路板釆用手工焊接时,焊接起始面也可能是主面。必须明确焊接的起始面或终止面3.11焊接终止面 solder destination side卬制电路板焊锡流向旳那一面。通常是卬制电路板进行波峰焊、浸焊或拖焊的主面。印制电路板采用手工焊接时,焊接起始面也可能是辅面。当使用某些规范时,必须明确焊接的起始面或终止面3.12冷焊连接 cold solder connection种呈现很差的润湿性、表面出现灰暗色、疏松的焊点。出现这种现象是由于焊锡中杂质过多,焊接表面沾污以及(或者)焊接过程中热量不足而导致的。3.13电气间隙 electrical clearance将非绝缘导体(如图形、材料、紧固件或残留物)之间的最小间距称为最小电气间隙。绝缘材料必须提供足够的电气间隔。任何违背最小电气间隙的都是缺陷状态。JBT10845-20084无铅再流焊接工艺要求41无铅再流焊对无铅焊料、印制电路板(PCB)等关键原材料的要求4.1.1无铅再流焊对无铅焊料的要求41.1.1在电子产品生产中推荐使用的无铅焊料合金见表1。表1在电子产品生产中推荐使用下列的无铅焊料合金选择方案再流焊接手工焊接(树脂芯焊丝)首选Sn/Ag/CuSn/Ag/Cu备选Sn/AgSn/cu表1所列无铅焊料合金都可以按照实际需要,由生产商制成生产线上常用的形式,如手工焊用的焊料丝、焊膏用的焊料粉末、波峰焊用的焊料条等。电子组装件无铅再流焊釆用的焊膏和焊丝,推荐采用965sn3.0Ag0.5Cu近共晶无铅焊料,其熔点为216℃~218℃4.1.12无铅焊料(焊膏)的物料管理和使用:a)对于有铅、无铅两种工艺并存的企业,应制定严格的物料管理制度,不能把有铅、无铅的焊料焊膏和元器件混淆存放和管理;b)对于无铅焊膏的保存、运输和使用的各项要求,与有铅焊膏相同c)在规定的期限内,保证无铅焊膏的可焊性和触变性的有效性。4.1.2无铅再流焊对印制电路板(PCB)的要求4.12.1无铅再流焊用印制电路板焊盘表面镀(涂)层无铅焊接要求印制电路板焊盘表面镀(涂)层材料也要无铅化,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N和浸镀金(ENC)、Cu表面涂覆OsP涂层、浸银(IAg)和浸锡(ISn),如表2所列。表2无铅印制电路板焊盘表面镀(涂)层无铅HASLNiAuCu表面涂覆oSP(有机助焊保护膜)浸银(rAg浸锡(ISn)对于1级、2级产品,建议采用Cu表面涂覆OSP、无铅HASL、浸银(I-Ag)、浸锡(I-Sn)。其可焊性不合格的印制板,返修合格后允许重复使用一次。对于3级产品,建议采用NAu镀层、OSP(第五代以上),或者二者组合镀(涂)层。其可焊性不合格的印制板,不得返修使用具有以上无铅层的PCB的存放、运输、保管和使用期限应该符合有关规定,在规定的使用期限内应保证无铅镀(涂)层可焊性的有效性。4.12.2无铅再流焊工艺对印制电路板的选择要求无铅工艺对印制电路板的选择要求是:无铅工艺要求较高的玻璃化转变温度Tgo应选择Tg较高的印制电路板基板材料要求低的热膨胀系数cTE( Coefficient of the thermal expansion);——高耐热性,FR4普通基材印制电路板的极限温度为240℃,对于1级、2级产品,峰值温度235℃~240℃可以满足要求,对于3级以及复杂产品,需要采用耐热温度更高的无铅FR4覆铜板(经288℃、10s的热应力测试,热分层时间大于30min),或者采用耐高温的普通FR5低成本。JBT108452008无铅印制电路板的设计和使用应该符合有关规范的要求。无铅焊接使用的印制板的存放、保管和使用期限与普通印制电路板的要求相同。随着细间距元器件应用日趋广泛,元器件与印制电路板之间的共面性变得愈来愈重要。需要贴装细间距元器件的印制电路板扭曲度不能超过板对角线的0.75%413无铅元器件焊端表面镀层无铅焊接对元器件焊端表面镀层的要求:a)无铅;b)抗氧化:c)耐高温(260℃C);d)与无铅焊料生成良好的界面合金常用的无铅元器件焊端表面镀层如表3所列。表3无铅元器件焊端表面镀层元器件引线(焊端)材料有引线元器件焊端无铅表面镀层无引线元器件焊端无铅表面镀层CuSn、Sn/Ag、Sn/CuNaUNi/Pa/Au、Sn/Ag、Sn/BiNiPdAu、Sn/Ag、SnCuSn/cuBGA、CSP的焊料球Sn/Ag、Sn/Cu、Sn/AgCuSn/Ag或Sn/AgCu42号合金钢Sn/AgCu、N/PdSn/B或SnAg/B常用无铅元器件的保管使用要求a)无铅焊接使用的各种电子元器件的存放、保管和使用期限与普通电子元器件的要求相同;b)对静电敏感器件和潮湿敏感器件的存放、保管和使用期限必须遵照相应的防静电要求和相应的湿敏器件的保管、操作要求c)具有以上无铅凃层的电子元器件的存放、保管和使用期限应该符合有关规定,在规定的使用期限内保证元器件引线(焊端)可焊性的有效性4.14无铅再流焊对焊膏印刷和贴装工艺的要求4.14.1原则无铅焊膏的浸润性和铺展性低于有铅焊膏,为了改善无铅焊膏的印刷性能、印刷填充性及脱模性,对无铅模板的开口设计提出新的要求4.1.42无铅模板开口设计针对无铅焊膏的浸润性和铺展性差的特点,无铅模板开口设计应比有铅模板大一些,使焊膏尽可能完全覆盖焊盘,具体可以采取以下措施,如图1所示。修改前的矩形开口修改后的弓形开口修改后的内凹矩形开口图1小型片式元件无铅模板开口设计示意图a)对于引脚间距>0.5mm的器件,一般采取1:1.02~1:1.1的开口;b)对于引脚间距≤05mm的器件,通常采用1:1开口,原则上至少不用缩小;c)对于0402等小型片式元件,通常采用1:1开口,为防止立碑、回流时元件移位等现象,可将焊盘开口内侧修改成弓形或内凹矩形d)由于无铅焊膏中的助焊剂含量略髙,其密度小于锡铅合金焊膏,应该适当增加模板厚度;JBT108452008e)无铅模板宽厚比和面积比应该达到以下要求由于无铅焊膏填充和脱模能力较差,为了正确控制无铅焊膏的印刷量和焊膏图形的质量,对无铅焊膏的模板开口宽厚比、面积比如图2所示图2模板开口尺寸基本要求示意图无铅宽厚比:开口宽度(W)馍模板厚度(T)>1.6;无铅面积比:开口面积(W×L)/壁面积[2×(L+W)×>0.714.143无铅模板制造方法的选择对于1级、2级产品以及一般密度产品的无铅模板,采用传统的激光或化学腐蚀方法制造。对于3级产品和用于0201等小型元件以及具有高密度元器件的产品的无铅模板,应采用先激光后电抛光或电铸方法制造,提高无铅焊膏填充和脱模能力4.1.44无铅工艺对印刷精度和贴装精度的要求因为无铅焊料的浸润力小,回流时自校正( Self-align)作用比较小。因此,印刷精度和贴片精度比使用有铅焊料时要求更高些。4.2无铅工艺对再流焊设备的要求42.1原则无铅王艺不能使用传统的4温区的再流焊机。无铅化后,再流焊接常用Sn/AgCu合金的熔点为217℃~220℃,SnAg合金的熔点为221℃。4.22提高加热效率和温度控制精度无铅化的再流焊机的加热源,最好采用强制热风或红外加热风上下两面独立加热系统,并对热风流量进行分级控制。再流焊机应该具有室温~350℃的再流加热温度控制能力。再流焊机加热的横向温度均匀性应达到±2℃,温度的控制精度达到士±1℃。图3为红外线热风的再流焊组合结构示意图。热风加热器电动机近红外线加热器远红外线平板加热器图3红外线热风的再流焊组合结构4.23增加加热温区数,减小导轨的热膨胀率由于无铅焊接产品的多样性,为了适应不同生产厂商的温度曲线要求,应该增加温度曲线的柔性,其中办法之一就是增加加热温区数。应选择8温区以上的再流焊机。温区数越多,加热曲线柔性越大,越容易调整温度曲线。应采用热膨胀系数(CTE)更小的导轨材料,或采取其他方式来防止热膨胀,采用高性能热风电动机,对于设备而言需要大功率、高速旋转的风扇电动机,最高耐热温度一般应达350℃以上。4.24采用自动制造过程控制系统BrT10845-2008再流焊接过程控制系统应该具有自动、连续、实时的温度管理系统。这些温度在控制器的PC屏幕上作为过程温度曲线显示出来。能适时调整制造过程参数和温度曲线。能够准确地模拟板子的实际温度曲线变化。425助焊剂回收管理系统助焊剂处理主要包括两个方面:设备中有助焊剂回收装置,冷凝回收加热气体中的助焊剂;避免凝结的助焊剂滴落在PCB板上。4.26冷却系统一般要求PCB板在出口处温度低于60℃。再流焊设备的冷却区应该根据不同要求采用不同冷却方式(空冷,水冷和制冷机冷却),设置多区冷却,增加曲线柔性。多区冷却可以控制不同的冷却速率,得到良好的晶粒和焊点。在第一区冷却速率大一点,可以使液态锡膏很快过渡到固态,得到细晶粒组织,从而提高强度和可靠性;第二区和第三区可以缓慢冷却或保温一冷却方式,释放残余应力。427氢气保护使用低活性(免清洗、低残留)无铅锡膏时,为防止氧化和增加润湿性,必须进行氮气保护,一般要求氧气浓度在800×106~1000×106以内。保证焊接质量的同时应减小N2消耗。采用可变的风扇速度来降低N2消耗;可使用空置气流装置来检测是否有印制电路板通过,当没有印制电路板通过的时候,系统会自动减小空气循环量和氮气供应量减小N2的消耗。428配备中央支撑系统,运行要平稳在炉体设计时,应该配备中央支撑系统,加强边沿夹持的稳定性,传送带运行要平稳,更好地解决PCB弯曲和小元器件移位、吊桥、脱焊等问题。4.29再流焊接温度曲线的优化能力无铅再流焊接的温度曲线应该具有优化的可能性,以便获得印制板上各种元器件之间最小的温度差(△rT),满足各元器件再流时间(位于液相线以上)的要求。5无铅再流焊接的工艺流程和工艺控制51无铅再流焊接的工艺流程5.11一般工艺流程无铅再流焊接电子组装件的一般工艺流程如图4所示工艺流程:焊膏印刷外观检查贴装SMC/SMD外观检查再流焊接清洗}电气检查焊膏膏印刷装备名称:印刷机检查装置||贴装机||检查装置1焊按炉再流洗净焊后外观装置检查装置图4再流焊接的一般工艺流程以上工艺流程中最关键的工序是焊膏印刷、贴装元器件( SMCISMD)、再流焊接等三个工序。512焊膏印刷a)焊膏印刷应关注的因素焊膏印刷方式的选择:常用的有手动、半自动、全自动等三种类型,根据产品的品种和产量大小选择—焊膏印刷条件的掌握6JB/T108452008刮刀的速度、压力和角度的正确控制,严格控制印刷工序的质量状态网板的清洗处理网板离开PCB基板的速度(脱版速度)的正确运用。b)无铅焊膏选择时应关注的因素无铅焊膏成分;无铅焊膏熔点;无铅焊料粉末的粒度无铅焊料粉末粒子的形状无铅焊膏中糊状助焊剂的组成和特性无铅焊膏的焊料粉末粒子的氧化率c)无铅焊膏印刷金属模板(网板)的设计:网板的材料种类:不锈钢金属模板等;网板厚度:0.10mm~0.40mm,注意台阶模板的制作;金属模板(网板)的制造方法:采用激光切割加抛光。513贴装 SMC/SMD因为无铅焊料的浸润力小,回流时自校正( Self-align)作用比较小。因此,无铅再流焊接的电子元器件印刷精度和贴片精度比使用有铅焊料时要求更高些。a)贴装精度:贴装机的贴装精度通常是指安装定位精度、分辨率、重复精度三个含义的总称;b)贴装机的适应性:贴装机应能适应不同贴装要求,它包括:能贴装的元器件类型、能容纳的供料器数目和类型以及贴装机的可调整性等。应该选用贴片精度为±0.05m的贴片机514无铅再流焊接再流焊接工序是关键工序之一。在使用无铅焊膏的情况下,需要调节和确认的条件及参数如下a)确定最高再流温度:如235℃~240℃;b)确定最理想的温度上升率:如2℃/sc)为使被焊组件的温度保持均匀,应熟悉和掌握调节的各种条件:如温度、时间及再流速度等d)要确认被焊元器件表面的可焊性状态;e)要对选用的焊膏进行相应的工艺试验,确认焊料球或小元件立壁发生的概率;f)要确认再流焊的组装件上元器件安装位置的准确性;g)要确认整个组装件、板的安装质量,决不允许不合格的组装板进入再流焊接。515无铅再流焊接工艺流程a)一般单面组装件元器件及印制电路板准备焊膏印刷—元器件贴装——再流焊接—通孔元器件补装一清洗三防涂敷(根据需要)——质量检查。b)双面混装组装件1)元器件及印制电路板准备焊膏印刷—元器件贴装——再流焊接—板面翻转—焊膏印刷——元器件贴装—再流焊接—通孔元器件补装—清洗—三防涂敷(根据需要)质量检查。2)元器件及印制电路板准备焊膏印刷元器件贴装—再流焊接—板面翻转—贴片胶印刷或点涂—一小型元器件贴装—一固化贴片胶—板面翻转—通孔元器件插装波峰焊接——清洗——一三防涂敷(根据需要)一一质量检査c)通孔再流焊接组装件元器件及印制电路板准备—焊膏印刷——通孔元器件插装与元器件贴装——通孔再流焊接清洗——三防涂敷(根据需要)—质量检查JBT108452008以上工艺流程应该根据各个企业具体的不同产品特点进行适当的调整或改变。关于通孔再流焊接的具体工艺流程和工艺要求参见通孔再流焊接的有关标准。5.2无铅再流焊接的工艺控制5.21工艺控制原则无铅再流焊机以及无铅再流焊接的操作程序、操作方法和要求与传统的锡铅再流焊完全相同,其操作可以按照锡铅再流焊的有关规定执行。对与传统的锡铅再流焊不同的主要工艺参数要特别关注。5.22无铅再流焊接温度关键参数的确定无铅再流焊接的最高温度和最低温度是保证焊接质量和元器件安全的关键因素。本标准所述的温度均为印制电路板或元器件上的实际温度。a)再流焊接最高温度(72)印制板组装件能承受的最高温度取决于它上面所有零件或材料耐温的最低值,也就是最脆弱元器件(MvC)的耐温值(2)。再流焊接理论温度(245℃)减去5℃作为产品的最易受损的温度72。要特别关注再流时实际温度不能超过该值,如图5所示。b)再流焊接最低温度(T1)最低再流温度(T1)是焊膏理想的润湿温度、再流焊或完全合金化的温度。有铅焊膏时,它般比合金熔点高20℃~25℃;无铅焊膏时一般比合金熔点高10℃~15℃,如图5所示2502207升温区预热区升温区|再流区|冷却区50200300时间s图5再流焊接的最高温度和最低温度7:是完全合金化温度或最低再流温度。在印制板组装件上典型的MVC(最脆弱元器件)是诸如:连接器、双排封装(DIP)的开关、发光二极管(LED)、基板材料等的耐温值。I2:是再流焊接的实际最高温度,它取决于对温度最脆弱的元器件的耐热性。c)再流焊接温度梯度印制电路板电子组装件上温度的最大梯度为72(MVC)减去合金化的液态温度T,理想状态是希望温度梯度尽量小,同时峰值温度尽可能接近(但不低于)T,以获得最小的温度变化率。再流焊接通常使用的无铅焊膏,成分为965Sm3Ag/0.5Cu无铅焊膏,其主要特性如下成分特征:非共晶组分(共晶组分为:965903.5Ag/0.5Cu);液相温度:218℃固相温度:216℃液固温差:△T=3℃;最低再流温度范围:T1=218℃+(10~15)℃=(228~23)℃;合适的再流峰值温度235℃左右;温度梯度范围:(T2-71)=240℃-235℃=5℃。5.23无铅再流焊接温度曲线参数的设定无铅再流焊接采用Sn/Agcu无铅焊膏时,通常采用图6所示的温度曲线JBT1084520260240l80140120快速升温区峰值冷却区回流区80(60~90)5k20~40)s升温区预热区(100~180)s(60~90)s150250时间图6Sn/AgCu无铅焊膏再流焊温度曲线无铅再流焊温度曲线参数见表4。表4无铅再流焊温度曲线参数焊膏类型无铅焊膏(Sn/Ag/Cu)温度25℃C~150℃升温区100s~180s升温工艺窗口缓慢升温,最大<3℃/温度150C~180℃预热区时间60s~90s温度180℃~235℃快速升温区时间熔点以上保持10s~20s快速升温工艺窗口30s峰值温度235℃~240℃PCB极限温度(FR4)240℃回流峰值区(焊接区)峰值温度工艺窗口240℃C-235C=5C回流时间20s~40s回流时间工艺窗口20s温度60℃以下,冷却速率<6℃/s冷却区时间40s~60sa)升温区,无铅焊接从25℃升到150℃需要100s~180s,为使整个PCB温度均匀,减小PCB及大小元器件的温差Δ,要求缓慢升温,最大不超过3℃/b)预热区,温度从150°℃~180℃,时间60~90s。要求均匀升温;c)快速升温区,无铅焊接从180℃升高到不超过240℃,升温60℃,熔点以上保持时间10s~20sd)回流峰值区,无铅的峰值温度为235℃~240℃,峰值温度的回流时间20s~40se)冷却区,速度为3℃/以上,防止焊点冷却凝固时间过长,造成焊点结晶颗粒长大;同时,防止产生偏析,避免枝状结晶的形成524无铅再流焊接温度曲线的管理5241RSs(Ramp- Soak-Spike Profile)升温保温-峰值曲线RSS曲线如图7所示,常用于RMA(中等活性助焊剂)、免清洗助焊剂场所。可降低元器件和印制板的ΔT,适用于多层板、大板以及有大热容量元器件的复杂印制电路板组装件。JB/10845200818015010050200300时间图7升温保温峰值RSS曲线5.24.2RrS(Ramp- To-Spike Profile)升温峰值曲线RTS曲线如图8所示,适用于所有助焊剂以及无铅合金场所,水溶性助焊剂及难焊金属效果更好,或者使用于无大热容量的一般印制板组装件。25018050100I00150200250300时间图8升温-峰值RTS曲线5243采用梯形温度曲线(延长的峰值温度对于小热容量元器件与大热容量元器件共存的组装件,焊接峰值使用梯形温度曲线,将允许小热容量元器件与大热容量元器件都能达到所要求的再流焊接温度,避免较小元器件的过热以及大热容量元器件的温度不足。焊接峰值使用梯形温度曲线,如图9所示。250220蜂值温度240℃最大10220℃以上最大60预热150℃C~180℃最大120s00150250300时间s图9峰值梯形温度曲线5244无铅再流焊接温度曲线的测试方法和炉温设定无铅再流焊接温度曲线的测试方法和炉温的设定步骤与锡铅再流焊接的基本相同,可按照SJm11216-1999的规定执行。525无铅再流焊接的后工序管理5251无铅再流焊后组装件的清洗再流焊、返修形成的助焊剂残留物,在潮湿环境和一定电压下,导电体之间可能会发生电化学反应,引起表面绝缘电阻(SR)的下降。如果有电迁移和枝状结晶(锡须)生长的出现,将发生导线间的短JB/108452008路。为了保证电气可靠性,对1级、2级产品,在使用松香助焊剂或免清洗助焊剂时可不进行清洗,对3级产品以及需要覆形涂覆的产品,不论使用何种助焊剂必须进行清洗。对含有集成电路的组装件清洗时不能使用超声波52.52无铅再流焊组装件的补装(焊)与返修a)选择适当的补装(焊)与返修的设备和工具b)正确使用补装(焊)与返修设备和工具c)正确选择焊膏、焊剂、焊锡丝等材料,最好使用与无铅再流焊时所用相同的无铅合金材料:d)正确设置焊接参数。以上的选择要适应无铅焊料的髙熔点和低润湿性。返修、补装(焊)过程中不能损害原有的装配件,应将任何潜在的、对元件和PCB的可靠性产生不利影响的因素降至最低。5253无铅再流焊组装件的覆形涂覆对于有覆形涂覆要求的无铅再流焊组装件,按照有关企业的设计、工艺文件或合同书执行。6无铅再流焊接电子组装件产品的质量检验61无铅再流焊接电子组装件产品的焊接质量要求无铅再流焊接电子组装件产品的焊接质量要求:无铅再流焊接电子组装件产品的焊接质量稳定,无虚焊、漏焊、立壁和桥连:印制电路板以及其元器件、导线等应该无损伤、焦糊现象无铅再流焊组装件及印制电路板应无严重变形、翘曲、分层印制电路板面上无过多的焊料球或焊料杂物污染物;印制电路板焊盘和印制导线上不需要焊料润湿的部位,如焊盘的外沿、导通孔的周边外沿等不影响焊点质量的地方,允许暴露原有的表面镀(涂)层。62无铅再流焊焊点的质量要求62.1焊点的通用验收标准无铅合金工艺和锡铅合金工艺的焊点形成时,使用的各种焊料合金一般可能从接近0°接触角到接近90°接触角铺展开来。可接受的焊点必须表现出焊料对被焊表面有明显的润湿和粘附证据a)焊点的润湿角(焊料对元件和焊料对PCB焊盘)不能超过90°,如图10中A、B所示。当焊料的周边扩展到可焊区域或阻焊膜的边缘上时,焊点的润湿角可能超过90°,如图10中C、D所示,这种情况属于例外<90C90℃>9C90CAC图10焊点的润湿角示意图b)无铅合金工艺和锡铅合金工艺形成的焊点之间的主要差别是焊点的外观。典型的锡铅焊点具有闪亮的光泽,平滑的外观,表现出被焊物体之间凹月面状的润湿状态。但无铅焊点呈现细粒状或无光泽的粗糙表面。c)无铅合金焊点呈现比锡铅合金焊点较大的润湿接触角。d)无铅合金焊点上的裂纹、气孔、和砂眼比锡铅焊点多。但是,只要这些裂纹、气孔、和砂眼不与引线、焊盘等相通,就认为是可接受的。e)焊缝的所有其他要求都是相同的,即焊料量适中,焊点内的引脚或引线轮廓清晰可辨11JB/108452008622金属化孔焊点的验收标准622.1互联金属化孔焊点的验收标准用于层间表面互联的金属化孔,可采用阻焊膜或阻焊胶覆盖的方法,使之与焊锡隔离。金属化孔或无引脚的通孔,在经过再流焊焊接后应满足可接受性要求,如图11~图12所示。目标—1级,2级,3级—通孔内焊锡完全填充;焊盘上部有良好润湿。图11满足目标条件的金属化孔填充可接受--1级,2级,3级—通孔表面的焊锡润湿良好。图12满足可接受条件的金属化孔填充eori可接受——1级过程警示—2级,3级孔壁表面的焊锡润湿不良。图13孔壁表面的焊锡润湿不良注:在金属化孔保证质量的前提下,孔壁表面的焊锡润湿不良不作为缺陷,如图13所示。6222带引脚的金属化孔焊点的验收标准带引脚的金属化孔一穿孔再流焊接工艺一焊接最低可接受条件见表5表5带引脚的金属化孔一穿孔再流焊接工艺一焊接最低可接受条件检查项目1级2级3级焊料的垂直填充无规定75%75%焊接终止面上引线与涂覆孔的润湿无规定180270°焊接终止面焊料覆盖焊盘区的百分比0%0%0%焊接起始面上引线与涂覆孔的润湿270270330焊接起始面上焊料覆盖焊盘区的百分比7575%75%注1:润浞焊料是指焊接过程中使用的焊锡。注2:25%的未填充高度包括焊接起始面和终止面缺少的焊料。注3:焊膏可涂施于任一面。焊点不符合表5的要求,1级、2级、3级产品均为缺陷mT108452008以下为穿孔再流焊接工艺,对带引脚的金属化孔焊点的焊料填充不同情况的图示说明,如图14~图16所示元件面(主面)100%一09焊接面(辅面)图14满足目标条件——1级,2级,3级孔100%填充。元件面(主面)75焊接面(辅面图15满足可接受条件—1级,2级,3级孔的垂直填充最少75%填充,最多25%的缺失,包括主面和辅面在内。元件面主面100%50%恶刹来焊接面{辅面图16满足1级条件2级,3级为缺陷孔的垂直填充少于75%注:某些场合焊料填充不足100%是不能接受的,例如热冲击,用户有责任将这些要求告知制造商。623印制电路板电子组装件和焊点的检查验收方法6.231检查验收的原则印制电路板电子组装件和焊点接收和(或)拒收的判定必须以与之相适应的文件为依据,如合同图纸、技术规范、标准和参考文件。实际生产现场,一般对印制板组装件采用目视检查的方法。检验者检验时不可自行选择验收等级。检验者使用的文件中必须事先指定所适用的验收级别。自动检查技术(AT)是替代目视检查的有效方法之一。自动检查技术可以查阅有关的技术资料6232检查验收方法对印制板电子组装件进行目视检查时,对某些印制板组件项目可以使用放大装置。所选放大装置的放大倍数的误差为±15%,所使用的放大装置必须与被检查的项目相匹配。所使用的放大装置的照明必须满足要求。除非控制文件特别注明放大要求外,所有检查项目的放大倍数按表6来确定。验证产品的拒收条件进行仲裁时,以仲裁用的放大倍数进行检查。当组件上焊盘大小不一致时,用较大的放大倍数检查整个组件。3JB/108452008表6检查用的放大倍数(焊盘宽度)焊盘宽度或焊盘直径放大装置放大倍数用于检测放大倍数用于仲裁最大倍数>10mm(0.0394in)1.5~3>0.5mm~≤1.0mm(0.0197in~0.0394in)3~7510≥025mm~≤05mm(0.00984in~00197in)7.5~1020<0.25mm(0.00984in)2040无铅再流焊接常见的主要缺陷与对策参见附录A。B/T108452008附录A资料性附录)无铅再流焊接常见的主要缺陷与对策A.1立壁A.1.1立壁定义再流焊接时片式元件出现直立或一端翘起。图A1元件立壁图图A2元件立壁图A.12产生原因元件两端受力不均匀。A.13对策按标准设计焊盘,减小焊盘尺寸,缩短焊盘间隙,避免不合理设计;焊膏方面:焊膏印刷的涂敷量符合要求提高印刷精度,选择合适的焊膏,Ⅳ型焊膏印刷效果较好;非共晶材料立碑现象较少,建议使用965Sm/3,0Ag/0.5C(SAC305)——焊接过程:提高温度均勺性,降低升温梯度。调整过板方向,使元件两端同时均匀受热A2空洞A2.1空洞定义再流焊接时元器件的焊点内出现的球形空隙。图A3焊球中的空洞图A4金属化孔中的空洞A22产生原因无铅合金本身属性:无铅合金通常有4%的体积收缩,无铅合金表面张力变大造成气体逸出困难15JBT10845-2008一无铅合金润湿角较大,意味着气体逸出距离增加;环境中水分太多:焊接材料的影响;助焊剂成分的影响:助焊剂中活性剂不足;焊膏粘度较小,挥发成分多;焊膏中溶剂沸点过高。A23对策无铅焊盘不能使用有铅焊球—焊膏粘度适中,焊膏中溶剂挥发成分不能太多;助焊剂活性剂适中。A.3焊料球A.3.1焊料球定义再流焊接时由于焊膏金属微粒飞溅,形成微小的球状焊料珠或不规则形状的焊料粒。,-4了小中,一图A.5元件上的焊料球图A.器件引脚间的焊料球A.32产生原因焊盘设计不合理焊膏中的助焊剂溶剂太多,焊膏污染、氧化或变质。焊膏印刷量偏多;预热升温速度太快,预热温度偏低A33对策合理设计焊盘选用性能良好的焊膏,正确设计焊膏印刷模板,控制焊膏印刷量调整焊接温度曲线,选择正确的预热升温速度和预热温度与时间。A4桥连A.4.1桥连定义两个非共用的电极或导线被焊料连接起来。图A.7元件端头间的桥连图A.8器件引脚间的桥连A42产生原因——焊膏印刷量偏多或印刷位置不正确JB108452008焊盘设计不合理A4.3对策控制焊膏印刷量,提高印刷精度—合理设计焊盘。A5焊点开裂A5.1焊点开裂定义焊点产生贯通性裂纹图A9器件引脚与焊点产生裂纹图A.10元件端头焊点产生裂纹A.52产生原因焊点受应力作用;引线(引脚)可焊性不良。A.53对策消除焊点所受应力;—改善引线(引脚)可焊性。A6表面粗糙与裂纹A.61表面粗糙与裂纹定义无铅焊点表面上出现的凹坑、砂眼、微小裂纹与裂痕等,统称表面粗糙与裂纹。如果裂纹与焊盘、金属化孔或引脚相连,为缺陷,反之为正常焊点。熟广图A.11无铅焊点表面上的粗糙与裂纹A62产生的原因快冷影响:冷却速度不合适导致应力应变及组织弱化焊接温度过高则会使热应变增大,促进开裂发生无铅焊料材料工艺性限制。A63对策控制合适的焊接温度和浸锡时间:焊接温度过低、浸锡时间过短会导致润湿不良;焊接温度过高则会使热应变增大,促进开裂发生;17JB/108452008提高预热温度;控制适当的冷却速度冷却速度对晶粒的形态和大小影响很大,要避免形成过大的方向性应力,明显影响焊料基体应变量和焊点可靠性——控制材料工艺性:保持印刷电路板和元器件引线清洁,评估板面和元件镀层的影响,评估焊剂化学物质对裂纹是否有作用。选用Z方向线膨胀系数(CTE)小的基板材料,或选用能减小裂纹收缩的元素(比如Ni)加人到助焊剂中,很大程度上能减小这种作用。8中华人民共和国机械行业标准无铅再流焊接通用工艺规范JB/T10845-2008机械工业出版社出版发行北京市百万庄大街22号邮政编码:100037210mm×297mm·1.5印张·44千字208年6月第1版第1次印刷书号:15111·9124网址:htt:w. cmpbook. com编辑部电话:(010)88379778直销中心电话:(010)88379693封面无防伪标均为盗版版权专有侵权必究