关于焊接方法中无铅锡问题与对策
SMT无铅焊接问题大全以及解决方法
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。
无铅手工焊面临的问题与解决方法
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。
一般不采纳这二种无铅焊料。
目前推举使用的是熔点在210～230℃ Sn-Cu系合金和Sn-Ag-Cu系合金焊料。
众所周知，由于无铅焊料的流淌性差，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℃.关于手工焊接来讲,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缘故。
二、手工焊接的注意点及解决方法由上所述，在采纳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。
这些问题的发生讲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，能够抓住下面几个差不多要点：①烙铁头温度的治理②焊接基板、部品等表面状态的治理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纳偏低温度的一种做法。
回流焊无铅焊接的特点和对策
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。
无铅喷锡SMT上锡不良的几种分析思路
无铅喷锡SMT上锡不良的几种分析思路无铅喷锡在SMT上锡不良的几种分析思路1、无铅喷锡的历史演变：热风整平作为一种PCB焊锡面的表面处理方式在PCB行业已广泛应用了数十年，然而自WEEE(Waste from Electrical and Electronic Equipment)和ROHS(Restriction of Use of Hazardous Substances)的先后出台，所有电子产品无铅化的转变让所有人意识到有铅制程的气数已尽。
国内也于2007年6月份开始了无铅化的进程推进，无铅的表面处理方式也随之发展。
于是出现了多种无铅表面处理方式：(1)化学浸镍金(ENIG：Electroless Nickel and Immersion Gold)。
(2)化学浸锡(I-Tin：Immersion Tin)。
(3)化学浸银(I．Ag：Immersion Sliver)。
(4)有机保护膜(OSP：Organic Solderability Preservatives)。
(5)无铅焊料热风整平(HASL：Tot Air Solder Levelling)。
本文重点介绍此种表面处理方法在SMT生产过程中上锡不良的几种因素及处理对策。
2、无铅喷锡的工艺方法：要解决无铅喷锡在SMT生产时出现上锡不良，首先得对无铅喷锡工艺有个详细的了解。
下面介绍的为无铅喷锡工艺方法。
无喷锡分为垂直喷锡和水平喷锡两种，其主要作用为：A、防治裸铜面氧化；B、保持焊锡性。
喷锡的工艺流程为：前清洗处理→预热→助焊剂涂覆→垂直喷锡→热风刀刮锡→冷却→后清洗处理A．前清洗处理：主要是微蚀铜面清洗，微蚀深度一般在0.75-1.0微米，同时将附着的有机污染物除去，使铜面真正的清洁，和融锡有效接触，而迅速的生成IMC；微蚀的均匀会使铜面有良好的焊锡性；水洗后热风快速吹干；B．预热及助焊剂涂敷预热带一般是上下约1.2米长或4英尺长的红外加热管，板子传输速度取决于板子的大小，厚度和其复杂性；‘60mil(1.5mm)板子速度一般在4.6-9.0m/min之间；板面温度达到130-160度之间进行助焊剂涂敷，双面涂敷，可以用盐酸作为活化的助焊剂；预热放在助焊剂涂布以前可以有效防止预热段的金属部分不至于因为滴到助焊剂而生锈或烧坏；C．沾锡焊锡：融锡槽中含锡量约430公斤左右，为纯锡或SN100C共熔eutectic组成的焊锡合金,温度维持在260度左右；为避免焊锡与空气接触而滋生氧化浮渣，在焊锡炉的融锡便面故意浮有一层乙二醇的油类，该油类应考虑与助焊剂之间的兼容性compatible；板子通过传输轮滚动传输速度约9.1m/min,在锡炉区有三排上下滚轮，停留时间仅约2秒；前后两组滚轮之间的跨度为6英寸，滚轮长度为24英寸以上，故可以处理的板面上限为24英寸；上下风刀劲吹，上下风刀之间的间距为15-30mil，风刀与垂直方向的月呈2-5度倾斜有利于吹去孔内的锡及板面的锡堆；D．热风压力设定的相关因素：板子厚度，焊盘的间距，焊盘的外形，沾锡的厚度（垂直喷锡中为了防止风刀与已变形的板面发生刮伤，风刀与板面之间的距离相当宽，故容易造成焊盘锡面的不平）E．冷却与后清洗处理：先用冷风在约1.8米的气床上由下向上吹，而将板面浮起，下表面先冷却，继续在约1.2米转轮承载区用冷风从上至下吹；清洁处理除去助焊剂残渣同时也不会带来太大的热震荡thermal shock3、无铅喷锡PCB的几个关键点：A．水平喷锡的厚度：2.54um(100mil),5.08 um (200mil),7.62 um (300mil),可以通过微切片测定锡厚：细抛光后用微蚀方法找出铜锡合金之间的IMC厚度，微蚀药水的简单配制：双氧水与氨水1：3的体积比微蚀10-15秒钟；IMC的厚度一次喷锡一般在6微英寸(0.32um)，2次在8个微英寸左右(0.447um)；喷锡厚度可以用x-ray荧光测厚仪测定.B．喷锡厚度与风刀的关系：焊盘上能够保留的锡厚受两种作用力因素影响：a.表面张力surface tension决定最后平衡后的着锡厚度，焊盘的面积大时，其固化后着锡的厚度也较高b.风刀的压力；风刀压力大，最后着锡的厚度也会降低，外形较小的焊盘其表面张力通常比较大，可耐得住热风刀的推刮，故可以留下较厚的焊锡；外形较大的焊盘，表面张力较小，热风刀会刮去较多的锡，仅在焊盘末端留下较小的锡冠cresb；C．通孔壁上的锡厚：孔壁上由内层平环引出或延伸者，会造成一座散热座heat sink效应，使喷上的融锡比较容易冷却固化，固锡层较厚.一般无孔内平环的镀通孔内孔内所能保持的锡厚与通孔的纵横比似乎并无明显的关联；孔拐角处锡厚约0.75微米30微英寸左右，从孔两端转拐角到孔中心，锡厚渐增；孔径的缩减量约为18-30微米，以孔中央缩小得最为显着，该处沾锡层最厚；D. 喷锡完后的PCB表面俯视图：E. 喷锡完后的PCB纵切面图：4、IMC Intermetallic compound：对无铅喷锡有个基本概念后，在无铅喷锡的过程中，IMC是喷锡能完成的关键因素，因此本节来对IMC 进行解读。
无铅焊接技术
无铅焊接技术第一篇：无铅焊接技术无铅焊接技术无铅焊接技术无铅化已成为电子制造锡焊技术不可逆转的潮流。
一、铅的危害铅会对人体的中枢神经造成危害，1㎡的铅产品，只有0.05mg对人体有影响，如果人吃进铅，有10%不能排出，如果是从空气吸入人体，有30%不能排出，欧洲工业组织（WEEE）要求2006年7月1日全球电子产品实行无铅（即推出ROHS标准之一）无铅的规定要求产品的每一部份不论大小都不能超过0.1%含量的铅。
二、无铅焊料1、满足条件：①从电子焊接工艺出发，为了不破坏元器件的基本持性，所用铅焊料的熔点为183℃，否则将超过电子元器件的耐热温度（240℃）②其次从可焊性的观点出发，必须与电子元件及PCB板的镀层有良好的润湿性。
③具耐热疲劳性能。
2、分类：SN—Ag系列SN—Ag-Cu系列SN—AB系列三、有铅焊接与无铅焊接的工艺区别：1、无铅工艺“吃铜现像”会更历害。
由于铅焊料：SN含量增大，所以加剧了焊料与镀层（铜、镍、锌）等的反应（扩散现像）。
温度越高，反应越激烈。
2、无铅焊接，更容易出现以下二种不良现像。
①裂缝：冷却过快等原因造成的。
②哑光：冷却过慢等原因造成的。
3、无铅焊料表面张力比有铅要大4、无铅工艺要求PCB板可焊性要比有铅工艺要好，单面板与通孔板的共同问题是可焊性低，熔点高，润湿性差，表面张力大，焊接时容易发生桥接、拉尖。
5、无铅焊接更容易在产生锡珠现像。
控制此现象采用一些措施：①采用活性大的助焊剂②PCB板要求绿油对锡珠反应不敏感③提升预加热温度，加长预加热时间④设置适当炉温四、手焊无铅工艺用普通烙铁焊接的话，由于烙铁头“吃铜现象”严重，易腐蚀，笔者强烈建议使用无铅电焊台工作，或最起码应使用长寿命无铅烙铁头，由于温度越高“吃铜现象”越严重，所使用电焊台亦不可一味地提高温度。
更多详细分析及资料请查阅：电烙铁焊接技术手工浸焊工艺波峰焊操作工艺回流焊操作工艺SMT操作工艺第二篇：无铅技术系列文章七：无铅焊接的质量和可靠性无铅技术系列文章七：无铅焊接的质量和可靠性薛竞成撰写前言：传统的铅使用在焊料中带来很多的好处，良好的可靠性就是其中重要的一项。
回流焊无铅焊接的特点和对策
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）。
无铅焊接特点及工艺控制及过渡阶段应注意问题
60~90 sec 30 sec
无铅焊膏 （Sn -Ag -Cu）
25~110 0C 100~200 sec 要求缓慢升温 110~150 0C 40~70 sec 150~217 0C 50~70 sec
20 sec 0.96~1.34℃/sec
235~245 0C 240 0C
• ② 无铅焊点外观粗糙。传统的检验标准与AOI需要升级。 • ③ 无铅焊点中气孔较多，尤其有铅焊端与无铅焊料混用时，
焊端（球）上的有铅焊料先熔，覆盖焊盘，助焊剂排不出 去，造成气孔。但气孔不影响机械强度。 • ④ 缺陷多——由于浸润性差，使自定位效应减弱。 • 浸润性差，要求助焊剂活性高。
无铅再流焊焊点
①用于波峰焊的焊料：Sn-Cu或 Sn-Cu-Ni，熔点227℃。少量 的Ni可增加流动性和延伸率，减少残渣量。
• 高可靠的产品可采用Sn/Ag/Cu焊料，但不推荐， 因为Ag 的成本高，同时也会腐蚀Sn锅。
• 对不锈钢腐蚀率：Sn3Ag0.5Cu> Sn0.7Cu> Sn0.7Cu0.05Ni • 对Cu 腐蚀率：Sn3Ag.5Cu> Sn37Pb> Sn0.7Cu0.05Ni
表面光滑、光亮
Lead Free Solder Paste Grainy Surface
表面粗糙
Wetting is Reduced with Lead Free
Standard Eutectic Solder Joint
Lead Free Solder Joint
Typical Good Wetting Visible Fillet
240-235= 5 0C 50~60 sec 10 sec
无铅焊接工艺中常见缺陷及防止措施
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。
无铅波峰焊透锡改善问题研究
无铅波峰焊透锡改善问题研究摘要：无铅波峰焊透锡是当前施工阶段较为困难的难点之一，在此期间透锡质量与工艺参数和设计都有着非常紧密的连接。
在有铅的条件基础之上，要增强波峰焊透析的工作整体要求，同时对温度整体变化以及可能带来的产品隐患都需要有所重视。
在对于PCB工艺评估阶段以及该过程的参数优化改善情况也要作出调整，以实现新时期的焊接工艺创新与发展。
关键词：无铅波峰焊；透锡，工艺设计引言从当前产品的功能整体结构考虑来看，产品设计要采用厚板方式来进行应用，进而致使模块电源的容量器件透锡不良问题能够有效突出。
通过对当前数据统计分析来看，很多在线透析问题当中约有90%的工作都是集中在PCB上，在此期间就需要工作人员引发深入探讨。
一、无铅波峰焊工艺波峰焊的焊接机理主要是指将液态焊料进行融化，并且借助泵力的工作及作用，在焊料阶段形成特定形状的焊料波。
同时在具体实践当中还插装了元器件，PCB放置在传送带上面经过特定角度的深入延伸，就能很好的将焊点焊接，整体过程充分提高上来。
从那个角度上来说，当PCB进入到波峰的阶段时，其基板和引脚被逐渐加热，这时就会导致整个PCBA进入在焊料当中。
图一为透析困难分布图。
这样的情况之下就说明了焊料会被全面包围，而在此期间离开尾端的一刹那，少量的焊料会出现润湿的作用，并且粘附在焊板当中会呈现出较强的张力。
除此以外，在张力的作用之下会让其粘附在焊盘上面，这时就会增加焊盘之间的内聚力，进而形成有效的焊点，在此期间就可以将多余的重力回落在锡锅当中。
二、无铅波峰焊工艺新特点在当前焊机运行阶段，其操作原理较为简单，但要想在实际操作期间能够获得良好的时效性，那么必然要对各项控制参数有所了解。
对于其中涉及到的任何参数所产生的不良影响都需要做好优化与改进。
但从目前的发展情况来看，焊接所使用的无线材料可以对波峰焊工艺设备的特点进行有效体现。
（一）高的焊接温度目前在焊接阶段所采用的无铅钎料其主要熔点高达227℃，这要比传统的材料要更高一些，并且耐高温高热的效率也会更高。
浅谈无铅焊接工艺中常见缺陷及防止
浅谈无铅焊接工艺中常见缺陷及防止摘要：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。
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。
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。
如果焊盘与PCB之间粘合力足够强，那么焊点上产生的应变应力就会引起表面裂纹的产生。
当实际发生的应变量超过材料本身所具有的塑性变形能力时，材料就会发生开裂，因此裂纹一般从高应力应变位置产生，由此可见主要位于焊点表面中部一定区域内。
值得注意的是，一般在共晶钎料中是不宜出现表面裂纹，而非共晶钎料中较多，原因可能是非共晶钎料存在固液共存的低塑性区，并且产生60%～80%的枝状晶，此时在不大的应力作用下就可被拉开；PCB下表面焊点更易出现表面裂纹，原因可能是钎料波向上的冲击和回落使PCB上下焊点的热分布不同，导致PCB下方焊点的凝固延迟时间更长，即处于固液共存温度区间时间更长1.2 冷却速率的影响从产生机理分析来看，慢速冷却使凝固等温线移动速度慢，有效应力通过两相区收缩变形得以释放，形成的通道空间被液态钎料填充，如果通道空间靠近表面，凝固后就以表面裂纹的形式保存下来。
无铅焊接工艺中常见缺陷及防止措施(2)
层 ，并产 生扭 曲晶界 。由 于 电镀 制造 商不 能对 晶界 扩散
过程做 任何 可行 的控 制 ，没 有 办法沉 积单 晶锡 膜 ，所 以
无法 抑制晶 须的形 成和 生长 。
在高 密 度组装 状 态 （ 元件 间距１０ ｍ），各 种各 样 ０ｕ
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表 类须生理观试方 １ 锡产机及察验法 三 检标：Ｔｕ 测准小５ ｏ ｍ
依 据 标准 试验方法 （ 扫面电镜 榆杳 ） ！ 试 Ｊ Ａ Ｎ ＭＩ ２ ￣ ５ ５ ±２ ％Ｒ ， ０ Ｊ时 Ｅ ／ Ｅ ０Ｃ～２ ℃ ５ ５ Ｈ１ ０， Ｔ ０ 、 ＪＩ ／ Ｅ 一 ５（ 一 ０（～＋ ５（ 循环／ ＼ Ｅ Ａ Ｎ ＭＩ ５ 。／ ４ 。 Ｔ ＝ ＝ ８。 ＝３ ｄ ｆ ０ ０循环 ｌ ￣，１０
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２３解 决措 施 ．
存在 应力 梯度的 情况 下 ，锡原 子就通 过 晶界扩 散和 体 扩散 （ 度 超 过８ ～１０Ｃ）来 传输 ，一 般 于 薄膜 表 温 ０ ０￣
工艺 生产 中一般 采取 以下措 施来 防止 晶须 的生长 ：
（ ）控 制 电镀 工 艺 ，降低 杂质 和 污 染 物 的标 准 级 １ 别 ，避 免镀层 表面 损伤 。 （ ）纯锡 镀层 在２ ２ ４小 时 内进 １ １０Ｃ 化 处理 １ ２ ５ ￣老 小 时或 回流 以消 除应 力 。 （ ）毛锡 镀层 厚 度大 于８ ｍ，推荐 １ ｕ 。毛 锡 碳 ３ ｕ ０ｒ ｎ 含 量较 亮锡 低 ，具有 较大 晶 粒尺 寸 ，一 般 大于２ ｍ，典 ｕ 型 为３ ｕ 多 边形 晶粒 。 表２为亮 锡 和毛 锡 工 艺 特 点 ～８ ｍ 对 比 。高 的 含 碳 量 容易 导致 晶格 变 形 而 引 起 高 的 内 应
无铅焊接工艺中常见缺陷及防止措施(1)
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功的 案例 ，熔 化的 钎料 润 湿腐蚀 区并填 充裂 纹 ，形 成可
靠的 焊点 。
３表 面裂 纹（ 裂） ． 龟
由 于Ｐ Ｂ基板 材 料 及Ｐ Ｂ上 铜 箔导 线 、铜 过 孔 及 元 Ｃ Ｃ
件 引脚 之间 的热 膨 胀系 数存 在差 异 ，焊 接 过 程中Ｐ Ｂ Ｃ 在
ｚ轴 方 向出现 的 热膨 胀远 大 于 铜过 孔臂 的 热 膨胀 ，从而
（ ）控 制 Ｅ ２ Ｎ层 厚 度 ，一 般 为５ ｍ。如 果Ｅ ｕ Ｎ层 较
薄 ，钎 料￣Ｉ Ｆ Ｎ层 间 的反 应 导致 Ｋｒｅ ｄ ｌ Ｅ ｉ ｎ ａｌ ｋ 孔洞 产 生 ，从
而使 界面 强度 下降 ，影 响焊 点可 靠性 ；
（ ）减 小 镀 槽 内金 属 污染 ，比 ￣Ｉｉ 污 染 需控 制 ３ Ｆ 的 Ｎ
Ｅ Ｎ层与ＮＳ ｉ ｎ化合物之间的分层
图５镍腐 蚀发 生导 致富 Ｐ区产生
（ ）降低 回流焊 工 艺峰值 温 度 ； ２ （ ）二次 回流 焊 工 艺 中再 次 减 少 峰 值 温度 和 液 相 ３
线以上 时间 （ Ａ ）： ＴＬ
（ ４）减 少波 峰焊 工艺 热参 数和 停 留时 间 ：
无铅焊接爆板问题预防与改善(精)
四、结束语我们从日常处理PCB质量反馈的实践中获得经验，并尝试用理论来对经验进行诠释，以进一步指导实践，这就是我们写此文的初衷，希望能够给从业者提供一些参考。
对于铜皮起翘问题，本人非常乐意与同行做进一步的交流和探讨。
参考文献[1]蓝立文《高分子物理》西北工业大学出版社1993年8月Delaminationpreventionandimprovementinleadfreesoldering无铅焊接爆板问题预防与改善PaperCode：S-050文海舟马志彬汕头超声印制板公司Tel：0754-********Fax：0754-*******E-mail：ｊ。
ｊ；，作者简介：文海舟汕头超声印制板公司质量策划主任工程师,长期从事PCB品质控制工作摘要：爆板也叫分层，是PCB制造与装配一个常见问题，在有铅焊接也经常出现，涉及影响因素很多，板材，PCB制造过程和装配过程都存在一定影响因素。
目前，业界已普遍采用无铅焊接，爆板问题更为突出。
如何防范该问题的发生，必须从各个环节进行预防与改善。
本文根据日常经验进行整理，供大家参考。
关键词：无铅焊接爆板应力粘结强度耐热性Abstract：DelaminationisacommonproblemduringPCBassemblyprocessevenfortinleadassembly,m anyfactorsincludingtherawmaterial,PCBmanufacturingprocessandthesolderingprocessmi ghtcausedelamination.Nowadays,it’smorecriticalasleadfreesolderingbecomemoreandmo repopular,howtopreventandimprovetherelatedprocess?Howtobetterunderstandtheproble m,foryourgoodreference.thisarticlewecollectandsummarizesomeinformationaccordingto ourexperienceKeywords：LeadfreesolderingDelaminationStressBondingstrengthHeatresistance；ｒｒＬ：１１一、前言无铅焊接的机理与锡/铅焊接的原理基本上是一样的，都是焊接的过程中，熔融的焊料与焊接衬底接触，在界面上形成一层金属间化合物(IMC)。
无铅技术系列文章八：无铅焊接工艺的优化和监控
无铅技术系列文章八：无铅焊接工艺的优化和监控薛竞成撰写前言：在以往的7篇文章中，我们谈到无铅技术带来的最大变化是材料上的改变。
而材料特性上的改变，也连带来工艺上调整的需求。
常用的SMT工艺中，受到无铅技术影响最大的是焊接工艺，包括所有常用的波峰、回流和手工焊接。
在本文中，我们针对回流工艺技术来进行探讨，看看在无铅技术的更严格要求下，如何对工艺进行优化和监控。
无铅的焊接挑战：铅是种特性十分适合焊接工艺的材料。
当我们将它除去后，到目前还无法找到一种能够完满取代它的金属或合金。
当我们在工艺、质量、资源和成本等考虑上找到比较满意的代用品时，我们在工艺和成本上都不得不做出让步。
而在工艺上较不理想的有以下几个方面。
1．较高的焊接温度。
大多数的无铅焊料合金的熔点都较传统锡铅焊料合金高。
业界有少部份溶点低的合金，但由于其中采用如铟之类的昂贵金属而成本高。
熔点高自然需要更高的温度来处理，这就带来了需要较高的焊接温度。
不过熔点只是决定焊接温度的一个因素。
例如目前被推荐的SAC305材料，其熔点为217℃，而事实上我们目前处理锡铅焊料时多数的焊接温度是达到225℃，甚至是235℃。
这已经是超出了SAC305合金的熔点，为什么我们还需要提高呢？就是因为熔点并非唯一的考虑。
2．较差的润湿性。
无铅合金也被发现具有较不良的润湿性能。
这不利于焊点的形成，并对锡膏印刷工艺有较高的要求。
由于润湿效果可以通过较高的温度来提高，这又加强了无铅对较高温度的需求。
熔化的金属，一般在其熔点温度上的润湿性是很差的，所以实际焊接中我们都需要在熔点温度上加上20度或以上的温度以确保能有足够的润湿。
这也说明了以上我们提到为什么SAC305不能使用刚过217℃的温度来进行焊接的原因。
美国推荐245到255℃。
3．较长的焊接时间。
由于温度提高了，为了避免器件或材料经受热冲击和确保足够的恒温以及预热，焊接的时间一般也需要增长。
以上这些不理想的地方带给用户什么呢？总结来说就是器件或材料的热损坏、焊点的外形和形成不良、以及因氧化造成的可焊性问题等工艺故障。
无铅焊接工艺中常见缺陷及防止措施
无铅焊接工艺中常见缺陷及防止措施（2）摘要：无铅化电子组装中，由于原材料的变化带来了一系列工艺的变化，随之产生许多新的焊接缺陷。
本文针对“晶须”现象、离子迁移和元素污染三种缺陷进行了产生机理分析，并给出了相应的解决措施。
关键词：无铅；焊点；晶须；离子迁移；元素污染Solder Defects and Solutionsin Lead-free Soldering Technology（2）Shi Jianwei1, Wang Le, Liang Yongjun, Wang Hongping, Chai YongSun East Electronic Technology Company Lt.d, Shenzhen, 518103 ChinaAbstract: Changes of material bring a series of process problems in lead-free electronic assembly with occurrence of new solder defects. This paper analyzes causes and gives solution of solder defects for whisker, ion migration and element contamination.Key words: Lead-free, Solder Joint, Whisker, Ion Migration, Element Contamination1.引言无铅化制程导入过程中，钎料、PCB焊盘及元件镀层的无铅化工艺配合新焊剂使用逐步得到广泛应用，随之产生的各种焊接缺陷，比如“晶须”现象、离子迁移和元素污染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。
2.晶须晶须易发生在Sn、Zn、Cd和Ag等低熔点金属表面，其有不同的形式，如针状、小丘状、柱状、花状、发散状等，如图1所示，对产品质量影响最大的是柱状和针状，因为他们最容易导致电路短路。
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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-51《Sn-Ag3-Cu0．5》。
UXE-21《Sn60-Pb40》、无铅锡丝为
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
320〜340C上下，比锡丝的溶点高150C 左右。
此时，锡丝的温度若与室温一致视为25C，那么两者的
温度差则为300C以上。
如果烙铁头温度设定为400C，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320C和400C,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400C，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。
锡丝送入V形槽的方法，但是在使用无铅锡丝时锡丝会迅速硬化，所
以不能称之为万全。
因此，下面我们介绍通过加热锡丝从而减轻热冲击的预热方法。
图3为本公司的焊接机器人烙铁部中，通过加热器- 边加热一边送锡的照片。
阳、e蜒壮林上皆最曲倩什科熾耳
如图所示，在对锡丝进行预热的情况下，我们做了相同的飞溅实验。
结果，与没有对锡丝进行预热时相比，具有很明显的差别。
比较图1与图4、图2与图5,可发现锡球、助焊剂的飞溅大量减少了。
由此可知，对锡丝进行预热后的飞溅量比没有预热时明显减少。
那么，应该如何去缓和此热冲击呢?为了防止锡丝的飞溅，虽然有把
带境..；＜»i^ii
玛〕；'« i ptfr* 1 q
成温度下降。
往烙铁头送锡，烙铁头的温度就会如图下降。
（
图6）在 无铅
焊接情况下，我们希望烙铁头温度的下降尽可能小。
通过对锡丝 进行预
热，可以防止温度的下降。
氮气作业氛围的焊接，通过使焊接氛围处于低氧状态、有抑制母 材及锡
丝的氧化从而提高锡焊接品质的效果而被广泛采用。
不管是焊
接机器人还是手工焊，通过利用氮气都达到了以下几个效果。
其一， 焊点的
光泽及切面变好，减少漏焊及短接等不良。
其二，利用氮气可 以减少助焊剂
的残渣。
焊接机器人加工时通常使用含助焊剂的锡丝， 为了确保焊接品质，
助焊剂的含有量通常为 2%〜3%。
多层基板等
中不易渗透的通孔时也可能使用含 6%助焊剂的锡丝。
在品质上，我 们希望
焊接后的助焊剂残渣尽可能少。
其三，通过使用氮气可以使烙 铁头寿命延
长2倍左右。
这是因为在氮气作业氛围可以抑制烙铁头吃 锡面的氧化。
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另外，如果烙铁头与送锡部件相接触, 烙铁头的热量就会被夺走而造
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2. 3烙铁头氧化及助焊剂碳化的防止
焊接作业中氧化物及助焊剂的碳化物等会附在烙铁头上。
在机器人连续运行的情况下，尤其是烙铁头吃锡面的氧化会造成焊接的不良。
下面，我们通过能量分散型X线来分析烙铁头前端附着物的成分。
根据图9,在使用共晶锡丝的烙铁头上，附着物中碳C的含量比Sn 多，这些碳是锡丝中的助焊剂被碳化后析离出来的。
与之相反，在使用无铅锡丝时，附着物中Sn的含量比C多（见图10）。
而这些锡是从无铅锡丝中含量为96%的锡在受热被氧化成氧化锡中析离出来的。
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使用无铅锡丝时，由于烙铁头附着物中含有大量的氧化锡，因此可以使用氮气等遮断氧气来降低氧化锡的产生从而减少附着物。
此烙铁头附着物中含有大量的氧化锡，容易对焊接产生不良的影响。
有效利用氮气对防止锡氧化有显著的效果。
2. 4烙铁头寿命的延长
最近经常听到这样的事：若把锡丝换成无铅锡丝，烙铁头的消耗就加剧。
这现象一般解释为烙铁头吃锡面被无铅锡丝中大量含有的锡侵食的结果。
实际测定后发现惊人的差异。
根据此实验，可以看出5千次后吃锡面被侵食导致烙铁头发生变形，见图11。
到1万次后，烙铁头上就出现了空洞。
与使用共晶锡丝的情况相比，其消耗快了2〜3倍。
其次，我们在往烙铁头定量送锡的同时进行清洗的连续作业中，测定了吃锡面厚度的变化量。
通过比较得知，使用无铅锡丝时吃锡面的消耗量，是使用共晶锡丝时的2〜3倍。
另外，也可以得出烙铁头温度越高消耗就越快的结论，见图12。
如果使用无铅锡丝，烙铁头的吃锡面以2〜3倍的速度消耗。
还有烙铁头温度越高消耗也就越剧烈。
由此可知，从烙铁头的寿命观点出发，过高的设定烙铁头温度并非上策。
2. 5对产品的热影响
对于无铅化，担心的是对周边部件的热影响。
今后，耐热材料、零件的开发也会不断发展，但是仍然会存在一些没有进行耐热处理或很难进行耐热处理的部件。
现在，焊接机器人、手工焊、半导体激光等的锡焊接方法由于只对端子局部加热，对周边部件和基板的热影响很小，所以把附加焊变为部分焊的要求正在增加。
图13、14使用机
器人对CC［元件进行焊接时组件温度的测量结果。
CCD元件的保护玻璃是用粘合剂接合的，其耐热温度在110C左右。
如果在焊接时整个元件的温度超过110C，粘合剂就会融化，因此在原则上元件的温度必须保持在110C以下。
产品名称：采用CCD元件；焊接个数：16个作业点。
阳12號秋曲二底与屹鸭五M抚量
M 14 烁社时ccn 无件w t 实验中，在组件的上部2边分别接上热电偶，测量了机器人在焊接两 侧pin 时的温度。
此时，温度上升的最大值为 104. 3C,对组件的 热影响限制在11C X 以下。
在此，我们列出的只是一个例子，但是我 们想类似这样甑要求选行温度管理怕部件今后一定会不断增加。
3总结 以上，我们介绍了焊接机器人在使用无铅锡丝时的问题点及通过 实验数据得出的对策。
①锡丝飞溅的对策；②漏焊、短接等的对策；⑧烙铁头氧化及助焊剂 碳化的对策；④烙铁头寿命的延长；⑨对产品的热影响。
今后，作为锡焊接方法的课题，有必要对烙铁头吃锡面的材料、构造 等、寿命的延长及氧化的防止进行进一步研究。
同时，对于新兴的锡 焊接方法一半导体激光锡焊接方法，我们也要求不断去改进、完善它
1 3 2C “ 別呦 M 2OO。