混合工艺之有铅锡膏与无铅BGA的焊接-陶鹏
有铅工艺如何兼容无铅元器件
围 进 一步 受 限。 因此 ， 于 大 批 量 生产 线 而 言 ， 对 这种 解 决 方案 不 是 一 种 可行 的备 选 方案 。 随 着近 年 来 电子行 业 的飞 速 发展 ，废 弃 电子产 品所 带来 的环 境 纯 雾 锡 是 大批 量 半 导体 制 造 商镀 层 应 用 的 首选 。 原 因众 多 ： 其 对 影 响越来越被人们所重视。几乎所有电子 电气产 品都是将半导体器 于 各种 引脚 框架 而 言 ， 锡 工 艺 不仅 具 有 良好 焊 接 特性 ， 雾 而且 它 是 一 件焊在印制板上 ， 这些产品达 到使用寿命报废后 ， 常被进行填埋处 种低成 本解决方案 ， 通 不存在 Ｓ — ｇ Ｓ — ｉ Ｓ — ｕ系统中的双合 ｎＡ 、ｎＢ和 ｎＣ 理。锡铅焊料由于其使用方便、 价格经济 、 电气和机械性能良好的特 金 咸 份 控 制 问题 。 雾锡 解 决 方 案 得 以广 泛 应 用 的另 一 个 关键 因素是 性， 多年来一直被广泛用于电气连接。然而 ， Ｐ ， 铅（ ｂ）是一种有毒的 其供应充足 ， 此因素 与上述技 术密切相关。 雾锡最重要的一个优势可 金 属 ， 人 体 有 害 ， 且 对 自然 环 境 有 很 大 的破 坏 性 ， 年 来 由 于环 能在于它可与含铅焊料后 向兼容。鉴于世界上很许多无铅政策在执 对 并 近 境 污 染 ， 雨开 始 与 填埋 的铅 废 料 发生 化 学 反 应 ， 雨将 铅 转 化 成 很 行 上 存 在延 迟 ， 酸 酸 这种 后 向 兼容 仍 较 为 重 要。但 由于 Ｓ 表 面 容 易氧 化 ｎ 易溶于水 的离子化合物 ，污染水源。出于环境保护的要 求，特别是 形 成 很 薄 的氧 化 层 ， 电后 产 生压 力 ， 不 均 匀 处 会 把 Ｓ 加 在 ｎ推 出 来 ， ＩＯ１ ０ ０的导入 ，世界大多数国家开 始禁止在 焊接材 料中使用含 形成 Ｓ Ｓ ４０ ｎ须。Ｓ ｎ须在窄间距 的 ＱＦ Ｐ等元件处容 易造成短路 ， 响可 影 铅 的成 分 ， 即无 铅焊 接（ ｅ ｄｒｅ）绿 色制 造 必 将 造福 千秋 万 代 。 Ｌａｆ ｅ ， 靠 性 。 对于 低 端 产 品 以及 寿 命 要 求小 于 ５年 的 元器 件 可 以镀 纯 Ｓ ， ｎ 随着欧盟 Ｒ ｌ ＆ ＷＥ Ｅ指令 的实施 ， 目前许 多器件 或材料 对于高 可靠 产品以及寿命要求大于 ５年的元器件采 用先镀一层厚 ｏＳ Ｅ 已经转 向供 应无铅的 ， 含铅的 已经停止供 货。 这种情 况会随着无铅的 度 约 为 １ ｍ 以上 的 Ｎ ， 后 再度 ２ｕｍ ～ ｍ 厚 的 Ｓ 。 ｉ 然 ３ ｎ 逐 步 普 及 化 而更 重 要 ，最 终 将 会 使那 些不 想 转 化 的企 业 在 各种 压 力 般 ，镀纯雾锡 的无铅元器件同传统 的锡铅焊接工艺是完全兼 下 也必 须 进 入无 铅 。 而 ， 然 由于 无 铅 技 术 尚不 完 备 ， 然 ， 用 无 铅焊 容的， 虽 使 以下是安森美公司的声 明 逆向兼容性是指客户可将我们 的无 料 有 利 于环 境 保 护 ， 是 必 由 之路 ， 是 其 带 来 的一 系列 问题 对 质 量 铅产 品安 装 在其 电路 板 上 ， 使用 含 铅 的 焊料 进 行 回流 焊 处 理 。 森 也 但 并 安 和 可 靠 性 的 影响 是 不 可 忽视 的。 美 半导 体 已经对 无 铅 器 件进 行 了 回流 焊测 试 ，测试 中使 用含 铅 焊 料 有 些 电子 制 造 企业 ， 由于 对产 品 高可 靠 性 的要 求 还 没 能启 动 无 回流 焊 温 度 与工 艺 模 拟 这种 条 件 。 测 试在 ２ Ｏ至 ２ ０ Ｃ条 件 下 进 ’ ３。 铅 工 艺 ， 由于 有 的元器 件 厂 已经 不 再 生产 有 铅 的 器件 ， 此采 购 不 行 ， 果表 明无 可焊 性 问题 。 请 注 意 ： 但 因 结 这不 适 用 于 Ｂ Ａ 凸块 裸 片 或 Ｇ 、 到 有 铅器 件 ， 以不 可 避 免地 遇 到 了无铅 元器 件 ， 期 内 有铅 工 艺 需 倒装芯片器件 ； 所 短 如果这些器件 无铅 ， 需要使用无铅 回流焊工艺。 则 要兼容 无铅元器件 。 其实 ， 一些元件早 已遵循 Ｒ ｌ ｏ Ｓ指令 ， 多年来使用无铅终端 ， 以 当 有铅 工 艺遇 到无 铅 器 件 时 ， 先 ， 搞清 楚 所 采 购 的 无铅 器 件 下 是 来 自 Ｋ ｍｅ ｌ ｔ ｎｃ 首 要 ｅ ｔ Ｅｅ ｒ ｉ ｃ ｏ ｓ公 司 （ ｒｅ ｖｌ ， 国南 卡 罗 来 纳 州 ） Ｇｅ ｎｉ 美 ｌ ｅ １ 的镀层情况。 目前无铅标准还没有完善， 因此无铅元器件焊端表面镀 的意 见 ：０多年 前 我 们 已经采 用无 铅 陶 瓷 表 面 贴 装 镀 层 工 艺 ，数 十 层 的种 类 很 多 ，主 要 有 以 下 五种 ：锡 一银 （ｎ Ａ ）镀层 、锡 一铋 亿 件 的 元件 成 功 用 于传 统 锡 铅和 高温 无 铅 焊接 工 艺 中 。 Ｓ—ｇ （ｎ Ｂ） 层 、 一铜 （ｎ Ｃ ） 层 、 Ｓ—ｉ 镀 锡 Ｓ — ｕ镀 预镀 镍 一钯 一金 （ — ｄ Ａ ） ＮｉＰ — ｕ引 总 之 ， 时使 用 无 铅 元件 和 传 统 的锡 铅 焊 接 工 艺时 ， 同 了解 无铅 元 查 通 脚 框架 和 纯 雾 锡（ｕｅ ｍａｔ ｉ 镀 层 。 Ｐ ｒ ｔ ｔ ） ｅ ｎ 美国 镀纯 Ｓ ｎ和 Ｓ ／ｇＣ ｎ ／ｕ的 件 的 镀层 情 况 ， 看 元 件 厂商 相 关 技 术声 明 ， 过 抬 高焊 接 温度 等措 Ａ 一 有 然 球 比较 多。 日本 的元 件 焊 接端 镀 层 种 类 比较 多 ， 各家 公 司 有所 不同 ， 除 施 ， 般 不 存在 问题 ， 一 些 公 司一 直 是 如 此操 作 。 而 也有 例 外 ， 栅 阵列 （Ｇ ） Ｂ Ａ 元件 在 每 一 个 触 点 有 一 个 小 焊 球 ， 它们 没 有 常 规 的 电 了镀 纯 Ｓ 和 Ｓ ／ ｇＣ ｎ ｎＡ ／ ｕ外 ， 有 镀 Ｓ ／ ｕ Ｓ ／ ｉ 合 金层 。 还 ｎＣ 、 ｎＢ 等 Ｇ 如 Ｓ— ｎ Ａｇ镀层 的锡含量约为 ３５ ．％，具有 良好 的可焊性和机械属 镀 引脚 。 如 果只 存 在 无 铅触 点 Ｂ Ａ 元件 会 怎样 ７ 果用 锡 铅焊 锡 膏 焊 简 性 。但 是 Ｓ — ｇ镀 层 容 易 产 生锡 毛 刺 ， 是 所 有 高锡 含 量 替 代 方案 和 回流 焊 接 ， 点 可 靠 吗 ７ 单 的 回答 是 否定 的。 这是 ～ 个 必需 提供 ｎＡ 这 Ｇ 的主要可靠性风险。由于材 料成 本较高 ， 并且镀￣（ｌ ｉ ａｈ 电 停 产前购 买期 限的领域 ，幸好大多数生产商只需要少量的 Ｂ Ａ元 ｐ ｔ ｇ ｂｔ， ａｎ ＢＡ 镀 溶 液） 制 程序 复 杂 ， ｎ Ａ 控 Ｓ — ｇ镀 层 比较 昂贵 。从 “ 总拥 有 成 本 ” 的角 件 。此 外 ， Ｇ 元件 生 产 商 知 道 一 些公 司在 短 期 内不 会 转 向使 用 无 铅 元件 ， 是 ， 但 即使 您 知 道 生产 商 会 在今 后 几 年 内同 时提供 含 铅 和 无 度考虑 ，ｎ Ａ Ｓ — ｇ镀层并不能作为一种完全可行的选择。 铅 的 Ｂ Ａ 包装 ， Ｇ 同供 货 商 进 行核 实仍 然 非 常重 要 。如 果 这 些器 件 无 自 ２０ ０ ０年 以来 ， ｎ Ｂ 作 为 引脚 镀 层 已在 日本 得 到广 泛应 用 ， Ｓ— ｉ 铅 ， 需要 使 用 无铅 回流 焊 工 艺 。 则 因此 人们 开 始 对 其 密切 关 注 。当铋 含 量 为 ３ 时 ， ｎ Ｂ 的熔 点 约 为 ％ Ｓ— ｉ 有 朝 一 日您 必 须 从 有铅 转 变 成 无铅 ， 完全 停 止 含铅 焊 料 的使 用 ， ２ ０Ｃ， ２ ｏ 选择该镀 层肯定可行。但 是 Ｓ — ｉ 料易碎 ， ｎＢ 材 镀层控 制复 这 可能是法律要求的， 也可能是 由于缺乏锡铅 Ｂ Ａ元件 引起 的， Ｇ 也 杂， 而且它会产生锡毛刺。关于铋的真实毒性也有疑问， 且含铅焊料 总之 ， 铅 产 品 不可 能 在 本行 业 无 限 含 后 向兼容 性 问题 仍 存在 争议 。 内部 筛选 实验和研 究确 认 了这 些 有 可 能 是 其他 商 业 决定 的结 果 ， 期存在 ， 无铅化焊接取代 目前的含铅工艺 ， 已是大势所趋。 另一方面 ， Ｓ— ｉ ｎ Ｂ 问题 的存在 ， 以这种镀层只能作 为临时解决方案。 所 正 如 本 文开 始 时 所 提及 的 ， 电子产 品 对 环 境 的污 染 主 要是 由废 弃造 Ｓ — ｕ镀层 可 形成 一种 铜含 量 为 Ｏ ％的 高强 度低 熔 点 合 金 ， ｎＣ ７ 其 着 绿 即可 回收 产 品 的设 计 与开 发 ， 能 从根 才 熔点 为 ２ ７ｃ 此镀 层的价 格相 对 低廉 ，且 具 有 良好 的可焊 性 。但是 成 的。 因 此 ， 重 “ 色产 品 ” ２ ｏ。 本 上 消 除 电子 行 业 对环 境 的污 染 。 这 个 意 义上 看 ， 铅 化只 是 减 少 从 无 Ｓ — ｕ 易产 生锡 毛刺 ， 合金 成份 的微 小 改 变就 会 大大 改 变共 晶 ｎＣ 容 甚至 温度 。 由于精确 控 制镀 层成 份 困 难 ， Ｓ — ｕ引脚 加 工 与合 金（ｌｙ 电子产品对环境污染的临时措施。 且 ｎＣ Ａｌ ） ｏ
有铅焊料焊接无铅BGA回流参数探索
受到全球无铅化趋势的影响，航天电子产品要 被动采用越来越多的无铅器件
[1,2]
为Sn-Ag-Cu的BGA的向后兼容可靠性问题进行了研 究，认为焊球合金、焊料合金、峰值温度和液相线 以上时间四个因素对焊点可靠性影响比较大[7]。本文 针对Sn-Ag-Cu焊球合金、Sn63Pb焊料和同时装有有 铅器件和无铅器件的印制板，探讨回流焊接峰值温 度和液相线上时间对其可靠性的影响。
图6 SEM厚度测量图
3.3.3 EDS检测
图3 焊点外观图
对焊点中不同位置进行Pb成分的检测，Pb在焊
第32卷第6期
徐驰，等：有铅焊料焊接无铅BGA回流参数探索 参考文献：
Research on Parameters of Lead-free BGA Reflow with Sn-Pb Solder-paste
XU chi, BAO xiao-yun
(The Shanghai Institute of Radio Equipment, Shanghai 200090, China)
随后进行了X光检测，焊球大小均匀，形态一 致，偏角检测视图中，焊球呈扁鼓形，焊点三环明 显，和BGA焊盘与印制板焊盘都形成良好润湿。焊 球中的空洞较少，个别焊球存在可以接受的空洞， 出现的位置在BGA的中心附近。X光检测图如图4所 示。说明保温曲线设置合理，回流排气时间充足。
该焊接温度曲线在保温区按焊膏要求的保温温 度和保温时间进行设定，然后尽量加快保区到回流 的升温速率，减少从保温区到回流区过渡阶段焊膏 溶剂的挥发，峰值温度要兼顾有铅焊料和无铅焊球 回流焊接要求，设定在228 ℃~232 ℃之间，液相线 上温度的时间为50 s~60 s，使无铅焊料能充分回流， 却避免过高温度对有铅器件的热冲击，同时增加回 流区的排气时间，以减少焊点氧化和焊点空洞。最 终得到了良好的回流焊接效果。 2.2 小结 通过焊接试验可知，回流曲线的预热和保温阶 段要按照焊膏特性进行设定，有利于提高焊接效 果，降低焊接缺陷。回流峰值温度为230 ℃左右，液 相线（217 ℃）以上时间为50 s~60 s的回流曲线能较 好完成有铅焊料对无铅BGA的焊接。
有铅焊料与无铅BGA混合焊点显微组织性能研究
2013年3月电子工艺技术Electronics Process Technology第34卷第2期79自欧盟提出电器电子产品中危害物质禁限用指令（RoHS）以来，无铅焊料和无铅焊接工艺得到大量的研究，并已在消费类电子产品领域广泛应用。
电子元器件制造商为获取市场份额转向无铅器件的生产，并减少甚至停止有铅器件的供应。
尽管军事、航天和医疗等高可靠电子领域在禁限用指令中享有豁免权，电子装配中依然允许采用有铅焊料和有铅焊接工艺，但是由于器件供应链无铅化带来的压力不断增加，采购有铅器件的难度越来越大。
近年来高可靠电子产品摘 要：随着近年来电子产品无铅化的发展，越来越多的有铅器件被无铅器件替代，其中SnAgCu合金成为BGA器件锡球的主要成分。
然而在无铅焊点的可靠性未被认可之前的过渡时期，有铅焊膏和无铅器件混合焊接的情况就不可避免，尤其是在高可靠电子产品领域。
因此混合焊接工艺和焊点的性能成为高可靠性电子产品组装和焊点寿命分析中的研究重点。
总结了近年来对有铅焊料和无铅BGA混合焊接的一些相关研究，主要涉及混合焊接温度、混合焊点的显微组织、界面处金属间化合物、焊点力学性能、可靠性以及焊点失效机制等方面。
关键词：BGA；焊接温度曲线；显微组织；金属间化合物；可靠性；失效机制中国分类号：TN605 文献标识码：Ａ 文章编号：1001-3474（2013）02-0079-07Abstract: With the development of lead-free soldering processes in electronic assembly, more and more lead components have being replaced by lead-free components. The composition of typical solder balls of lead-free ball grid array (BGA) components is SnAgCu. Hence during the transition period, the soldering of lead-free components with SnPb paste in electronics manufacturing is inevitably because the reliability of lead-free solder joints is still unknown, especially in high reliability applications. The soldering process and solder reliability have being chief concerns in electronic assembly and life prediction of mixed solders. Introduce some studies on mixed assemblies of lead-free BGA with SnPb paste in recent years involving soldering temperature and microstructure, interfacial intermetallics and properties of mixed solders.Key Words: BGA; Soldering temperature profile; Microstructure; Intermetallics; Reliability; Failure mechanism Document Code: A Article ID: 1001-3474,2013,02-0079-07组装中遇到的无铅器件不断增多，有铅焊料和无铅器件混合焊接的情况就不可避免。
有铅和无铅BGA混装工艺研究
有铅和无铅BGA混装工艺研究一、引言BGA（Ball Grid Array）是一种国际上广泛应用的SMT（Surface Mount Technology）封装形式，其特点是具有高密度、高可靠性和良好的热性能。
BGA封装已广泛应用于通信设备、计算机、消费类电子产品等领域。
随着环保意识的提高，无铅BGA封装的应用也越来越受到重视。
目前，市场上既有有铅BGA也有无铅BGA封装。
有铅BGA封装在制程和焊接工艺上与无铅BGA封装存在一定的不同。
尤其是在混装工艺中，有铅BGA和无铅BGA的混用更加需要考虑各种因素对混装工艺的影响。
本文通过对有铅和无铅BGA混装工艺进行研究，探索有铅和无铅BGA在混装过程中的影响因素和解决方案，为工艺优化提供理论依据。
二、有铅和无铅BGA混装工艺的影响因素在实际应用中，有铅和无铅BGA混装工艺时，会受到多种因素的影响，影响因素主要包括以下几点：1. 温度曲线有铅BGA和无铅BGA的熔点和熔程不同，因此需要在炉温曲线设计时考虑两者的熔点和熔程，以确保焊接温度能够同时满足有铅和无铅BGA的要求。
2. 焊膏选择有铅BGA和无铅BGA使用不同的焊膏，有铅BGA通常使用Sn63Pb37焊膏，而无铅BGA 则使用SnAgCu等无铅焊膏。
需要选择适合混装工艺的焊膏，以确保焊接质量。
3. PCB设计有铅BGA和无铅BGA的封装结构不同，因此在PCB设计时需要考虑两者的结构差异，尤其是引脚排列和焊盘大小，以确保BGA封装能够正确焊接到PCB上。
4. 焊接过程控制有铅和无铅BGA混装时，需要对焊接过程进行严格控制，包括预热、温度均匀性、冷却速度等方面的控制，以确保混装的焊接质量。
5. 环境因素有铅BGA封装中含有铅，而无铅BGA封装环境友好，因此需要考虑环境因素对混装工艺的影响，尤其是在焊接过程中产生的气体和废弃物处理。
以上因素是影响有铅和无铅BGA混装工艺的重要因素，需要在实际生产中进行综合考虑和研究。
SMT无铅焊接技术与有铅、无铅混装工艺的质量控制
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一．SMT发展动态与新技术介绍1．电子组装技术与SMT的发展概况2．元器件发展动态3．窄间距技术（FPT）是SMT发展的必然趋势4．无铅焊接的应用和推广5．非ODS清洗介绍6．贴片机向模块化、多功能、高速度方向发展7．其它新技术介绍PCB-SMD复合化、新型封装FC-BGA 、MCM多芯片模块、3D封装、POP技术等二. SMT无铅焊接技术(一) 学习运用焊接理论，正确设置再流焊温度曲线，提高无铅焊接与混装焊接质量1．锡焊机理与焊点可靠性分析⑴概述⑵锡焊机理⑶焊点强度和连接可靠性分析⑷关于无铅焊接机理⑸锡基焊料特性2．运用焊接理论正确设置无铅与混装再流焊温度曲线⑴以焊接理论为指导分析再流焊的焊接机理⑵从再流焊温度曲线分析无铅焊接与混装焊接的特点⑶运用焊接理论正确设置无铅焊接与混装再流焊温度曲线(二) SMT关键工序-再流焊技术⑴再流焊原理⑵再流焊工艺特点⑶影响再流焊质量的因素⑷如何正确测试再流焊实时温度曲线包括：热偶测温原理、固定方法、注意事项、如何获得精确的测试数据等⑸SMT再流焊接中常见的焊接缺陷分析与预防对策(三) 波峰焊工艺⑴波峰焊原理⑵波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求⑶波峰焊材料⑷波峰焊工艺流程⑸波峰焊操作步骤⑹波峰焊工艺参数控制要点⑺波峰焊常见焊接缺陷分析及预防对策(四) 无铅焊接的特点、无铅产品设计、模板设计及工艺控制⑴无铅工艺与有铅工艺比较⑵无铅焊接的特点a.从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点b.无铅波峰焊特点及对策⑶无铅焊接对焊接设备的要求⑷无铅产品设计及工艺控制a.无铅产品工艺设计（组装方式与工艺流程设计原则）b.无铅产品PCB设计•选择无铅元器件•选择无铅PCB材料及焊盘涂镀层•选择无铅焊接材料（包括合金和助焊剂）•无铅产品PCB焊盘设计c. 无铅模板设计d. 无铅工艺控制无铅印刷、贴装、再流焊、波峰焊、检测、返修及清洗工艺三. 无铅焊接可靠性讨论及有铅、无铅混装工艺的质量控制(一)无铅焊接可靠性讨论1. 目前正处于从有铅产品向无铅产品过渡的特殊阶段2. 从无铅焊接“三要素”分析无铅焊接的特点3．关于过渡时期无铅产品长期可靠性的讨论⑴高温损坏元器件⑵高温损坏PCB基材⑶锡须⑷空洞、裂纹⑸金属间化合物的脆性⑹机械震动失效⑺热循环失效⑻焊点机械强度⑼电气可靠性(二) 有铅、无铅混装工艺的质量控制1. 有铅/无铅混合制程分析⑴再流焊工艺中无铅焊料与有铅元件混用⑵再流焊工艺中有铅焊料与无铅元件混用2. 有铅、无铅混装工艺的质量控制⑴有铅/无铅混用必须考虑相容性⑵严格物料管理⑶有铅/无铅混装工艺（用有铅焊料焊接有铅和无铅元器件）的质量控制四. 部分新技术与案例分析解决1. 通孔元件再流焊工艺介绍2. 部分问题解决方案实例•案例1 “爆米花”现象解决措施•案例2 元件裂纹缺损分析•案例3 Chip元件“立碑”和“移位” 分析•案例4 连接器断裂问题•案例5 金手指沾锡问题•案例6 抛料的预防和控制•波峰焊接中产生锡珠（球）、短路问题分析和正确的工艺方法3. BGA、CSP焊点缺陷分析与自动X射线检测（AXI）图像的评估和判断⑴BGA的主要焊接缺陷与验收标准⑵BGA主要焊接缺陷的原因分析•空洞•脱焊（裂纹或“枕状效应”)•桥接和短路•冷焊、锡球熔化不完全•焊点扰动•移位（焊球与PCB焊盘不对准）•球窝缺陷⑶X射线检测BGA、CSP焊点图像的评估和判断⑷大尺寸BGA 的焊盘与模板设计4. 0201、01005与PQFN的印刷和贴装5. BGA的返修和置球工艺介绍6. POP的贴装与返修技术介绍五. 问题讨论和现场答疑参考教材：1.《表面组装技术（SMT）基础与可制造性设计（DFM）》2.《表面组装技术（SMT）通用工艺与无铅实施》3.《表面组装技术（SMT）基础与通用工艺》讲师介绍－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－顾霭云，原公安一所副研究员，北京电子学会SMT专业委员会委员。
有铅和无铅BGA混装工艺研究
有铅和无铅BGA混装工艺研究摘要：本文针对有铅和无铅BGA混装工艺进行了研究，通过对比有铅和无铅BGA焊接的工艺特点，分析了两种工艺的优劣势，并探讨了混装工艺在实际应用中的可行性。
通过实验验证，得出了混装工艺对于不同类型BGA组件的适用性，并提出了相应的工艺控制方法和注意事项，为有铅和无铅BGA混装工艺提供了实用的参考指南。
关键词：BGA；有铅；无铅；混装工艺；焊接引言BGA（Ball Grid Array）是一种在封装底部焊球排列成的网格状连接引脚的封装结构，广泛应用于电子产品的制造中。
随着环保意识的提高，无铅焊接工艺逐渐取代了传统的有铅焊接工艺，以达到环保要求。
在实际应用中，有时需要在同一电路板上混合使用有铅和无铅BGA封装，这就要求工艺师需要针对混装工艺进行优化和研究。
有铅和无铅BGA混装工艺，即在同一电路板上同时使用有铅和无铅BGA封装进行焊接。
这种混装工艺不仅需要考虑有铅和无铅两种焊料的特性不同，还需要考虑两种BGA封装的焊接特性差异。
对于有铅和无铅BGA混装工艺的研究具有重要的实际意义。
一、有铅和无铅BGA的工艺特点对比1.1 有铅BGA工艺特点有铅BGA的焊接工艺使用的是含铅焊料，其主要特点包括：焊接温度较低、焊接速度快、容易形成良好的焊点。
有铅焊料由于含有铅成分，其熔点较低，一般在183℃左右。
在焊接过程中，当焊温提高到150℃以上时，焊料就开始融化并涂覆在焊点上，达到焊接的效果。
有铅焊料能与焊接表面形成良好的结合，从而保障焊接质量。
与有铅焊料相比，无铅焊料在环境条件要求上更为苛刻，如要求工艺师必须严格控制焊接温度、湿度、通风等环境条件，以确保无铅焊料的焊接质量。
1.3 两种工艺的优劣势对比通过对比有铅和无铅BGA的工艺特点，可以得出两种工艺的优劣势，如下所示：（1）有铅BGA工艺的优势a. 焊接温度较低，便于控制焊接过程；b. 焊接速度快，适用于大规模生产；c. 容易形成良好的焊点，焊接质量较为稳定。
有铅和无铅BGA混装工艺研究
有铅和无铅BGA混装工艺研究刘添福【摘要】BGA封装器件具有较高的密度,而且具有高性能、多功能及高I/O引脚封装特点,是目前使用最为广泛的器件种类之一.但军工生产为追求产品的更高可靠性,目前还是以有铅锡膏生产为主,主流芯片都是无铅化,所以决定了军品混铅生产的必要性.文章从有铅和无铅焊料温度特性展开分析,结合有铅焊料和无铅BGA混合组装工艺中的难点部分、生产存在问题提出焊接工艺要求及注意事项等内容.另外,通过采取合理的试验,阐述混合组装焊点的可靠性和稳定性,为有铅锡膏生产过程提供更有价值的指导意义.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2019(016)007【总页数】2页(P119-120)【关键词】有铅;无铅;BGA;混装工艺【作者】刘添福【作者单位】广州海格通信集团股份有限公司,广东广州 510000【正文语种】中文对于焊球阵列封装（Ball Grid Array，BGA）封装的分类，主要是依照以下的几种方式进行划分：根据芯片表面不同的封装技术，可划分陶瓷封装BGA以及塑料封装BGA（Plastic Ball Grid Array package，PBGA）。
根据内部芯片以及衬底连接要求，可划分成柔性BGA以及倒装片BGA。
根据引出端形状，划分成针栅阵列和孔栅阵列[1]；根据球间距的不同，又有可分为BGA、FBGA和CSP。
下面基于BGA封装优势和不足的基础上，分析有铅和无铅BGA混装工艺情况。
1 BGA封装的优势和不足分析BGA封装具有以下优势。
（1）就性能方面，BGA焊球引脚相对较短，将传输信号路径明显的减少，所以有效地减小寄生参数，对于电路性能起到积极的改善作用，在高速应用中体现了这一优点。
（2）BGA具有较多的I/O引脚数，在小型结构内可处理高I/O数量，所以有助于实现高密度、低功耗、产品微型化[2]。
（3）BGA 封装的IC具有自对中心能力，在再流焊接过程中可以抑制板级组装工艺质量问题，能够将贴装成品率进行明显的提升，以减少成本支出。
有铅和无铅BGA混装工艺研究
摘
要 ：分析 比对 了有铅和无铅两种焊料 的不 同温度 特性 。针对军工产品经常面对的有铅和无铅 Ｂ Ａ Ｇ 同时组
装在一块印制板上的情况 ，提出了有铅和无铅 Ｂ Ａ Ｇ 混合组装的工艺难点 。通过工艺试验列举 了混合组装 中各个环
节所应注意 的要点 ，强调要加强过程控制 。最后利用各种可靠性试验和分析证 明了混合组装焊点 的可靠性 。
Ｂ Ａ Ｇ 主要 由基板 、芯片和封装组成 。基板一面为
焊接 面，另一面为芯片封装面 ，焊接 面上 的焊球呈矩
四周 ，当Ｉ 数越来 越多 时 ，其 间距 必然越来 越小 ， ／ Ｏ
当 间距 ＜ ． 时 ，Ｓ Ｔ 备精度难 以满足要求 ， ０４ ｍｍ ０ Ｍ设 加之 引脚极 易变形 ，从 而导 致贴 装失 效率 增加 ；然
电子工艺技 术
８ ２
Ｅ ｃ ｏ ｉ ｒｃ ｓ Ｔｃ ｎ ｌ ｙ ｌ ｔ ｎ ｓ ｏ ｅｓ ｅ ｈ ｏ ｇ ｅ ｒ ｃＰ ｏ
２１年３ 第３卷第２ ０２ 月 ３ 期
有铅 和无铅 Ｂ 混装 工艺研究 ＧＡ
吴 军
（ 中国 电子科技集团公司第十研究所 。四川 成都 ６ ０ ３ ） １０６
阵状排列 ，基板为特别精细 的印制线路板 ，有 双面板
与 多层板等形式 。对于引 出端数较多的基板一般 为多
层板 ，内部为走线层 、电源和接地层 。对 于引出数端
较少 的基板用双 面板 即可 。在芯片封装面上Ｉ芯片 以 Ｃ Ｃ Ｂ（ ｈ — ｎ Ｂ ａ Ｏ Ｃ ｉ ｏ— ｏｒ 方 式与基板连接 。 ｐ ｄ）
于散热 。 （ ３）提高 了贴装成 品率 ，潜在地降低 了成本 。 传 统 的Ｑ Ｐ（ ｕ ｄＦ ａ Ｐ ｃ ａ ｅ）和Ｐ Ｃ （ ｌｓｉ Ｆ Ｑ ａ ｌｔ ａ ｋ ｇ Ｌ Ｃ Ｐ ａｔ ｃ Ｌ ａ ｅ ｈｐＣ ｒｅ ）器件引脚均匀地分布在封装体 的 ｅｄｄＣ ｉ ａ ｉｒ ｒ
有铅焊料与无铅锡球的焊接
SOLDER JOINT RELIABILITY OF SN-AG-CU BGA COMPONENTS ATTACHED WITH EUTECTIC PB-SN SOLDER PASTEFay Hua1, Raiyo Aspandiar4, Tim Rothman2,Cameron Anderson3, Greg Clemons3, Mimi Klier21Intel, Materials Technology OperationSanta Clara, CA2Package Technology DevelopmentFolsom, CA3Intel, Assembly Technology DivisionChandler, AZ4Intel, System Manufacturing Technology DivisionHillsboro, ORABSTRACTIn transition to Pb-free electronics, component suppliers may need to carry dual- line production of Pb-free and Pb-containing components. This could cause extensive logistic problems in manufacturing. A total conversion to Pb-free components could be a solution for this problem. Therefore, solder joint reliability of Sn-Ag-Cu BGA components attached with eutectic Pb-Sn solder paste needs to be addressed.This paper presents the results of solder joint reliability evalu-ation of VFBGA (very fine pitch ball grid array) and SCSP (stacked chip scale package) Pb-free packages attached to printed circuit boards (PCBs) with eutectic Pb-Sn pastes. The packages were assembled under various reflow profiles using standard Pb-Sn assembly conditions. Peak reflow temperatures of 208°C and 222°C with a soak profile or a direct ramp up profile was used. The assemblies were subjected then to board level temperature cycling (-40°C to 125°C, 30 minutes per cycle) and drop testing. Detailed failure analysis is also presented.Key words: solder joints, reliability, BGAs, Pb-free, Pb-Sn and Sn-Ag-Cu solder compatibility.INTRODUCTIONAs the industry converts from lead to lead-free, there is expected to be a period where lead and lead-free materials will be used within the same factory, and maybe even to the same customer. In order to limit the line item explosion that could take place, as well as the potential for excursions within a factory environment (due to the use of Pb and Pb-free solder spheres on the same assembly line), an effort is being made by Intel to evaluate the technical feasibility of Sn-Ag-Cu BGAs attached with eutectic Pb-Sn solder paste to printed circuit boards, and the impacts of that material combination to solder joint reliability.Ideally, it would be beneficial for both the chip package manufac-turers and OEMs to only have one solder sphere material per line item. If the process and solder joints of Sn-Ag-Cu BGAs attached with eutectic Pb-Sn solder paste is technically feasible, it would allow an OEM customer to accept Pb-free BGA solder sphere packages, regardless of what attachment process and material are used by the OEM customer without concerns on solder joint reliability. While the electronic industry is very anxious to know if Sn-Ag-Cu BGA packages are compatible with eutectic PbSn solders paste attachment, there is only limited data available and the data is somewhat contradictory.Geoff Swan from Motorola [1] and Jasbir Bath from Solectron [2,3] evaluated backward compatibility as part of National Electronics Manufacturing Initiative (NEMI) Pb-free task force. BGA solder metallurgy was Sn-Ag-Cu and eutectic Sn-Ag for Motorola and Solectron, respectively. Composition of Sn-Ag-Cu solder BGA ball was Sn with 3.8 wt.% Ag and 0.7wt.% Cu. PBGA package solder ball pitch size was 1.27mm. The Sn-Ag solder sphere was reflowed at a peak temperature of 210°C, in which case BGA solder did not melt completely during reflow. The Sn-Ag-Cu BGA was reflowed under 220°C. While different plastic packages were evaluated and different test methods were adopted, the results suggested the solder joints made by Sn-Ag-Cu BGA balls or eutectic Sn-Ag balls and Pb-Sn pastes performed equivalently with classic Pb-Sn joints.Most recently, chip scale package (CSP) backward compatibility was evaluated as part of Japan's JEITA program [4]. Two compositions of Sn-Ag-Cu BGA balls were investigated, Sn-3.0wt.%, 0.5wt.% Cu and Sn -1.0w.% Ag, 0.5wt.% Cu. The packages were attached at 234°C peak temperature with relative long time above 183°C. Temperature cycle (-40°C to 125°C, 60 min. per cycle) test results showed that joints made by both kinds of Sn-Ag-Cu BGA ball with eutectic Pb-Sn attachment performed better than eutectic PbSn joints as soldering on OSP. But the Sn-Ag-Cu BGAs attached with Sn-37Pb solder joints on electro-less Ni and immersion Au surface finish, performed slightly worse than Pb-Sn solder joints, and similar to total Sn-Ag-Cu joints. Texas Instruments also evaluated Pb-free BGA joints backward compatibility internally [5] on Tape BGA packages. 235°C peak reflow profile was used for attaching Sn-Ag-Cu BGA balls to PCBs with eutectic Pb-Sn solder paste. Overall, in the case of 0.8mm pitch package, the reliability of solder joints on bare Cu with Sn-Ag-Cu BGA ball and Pb-Sn paste was slightly worse than Pb-Sn solder joints, while that of solders on electro-less Ni/Au was slightly better than Pb-Sn solder joints. However, in the case of 0.5mm pitch package, if BGA ball metallurgy is Sn-2.5Ag-1.0Bi-0.5Cu, the reliability of solder joints attached with Pb-Sn solder paste was much worse than Sn-37Pb BGA control solder joints.This study was done to assess the reliability of solder joints formed with Sn-Ag-Cu BGA ball terminals using the eutectic SnPb paste, under Intel recommended reflow conditions and comparing that with eutectic Pb-Sn solder joints. Both reflow profiles with peak temperature higher than 220°C (above BGA ball melting temperature) and below 220°C (below BGA ball melting tempera-ture) are evaluated. Detailed failure analysis and microstructure characterization is also stated.EXPERIMENTTest Vehicle DescriptionTwo high-density testing vehicles were used in the experiment,VFBGA and SCSP packages.The VFBGA package is comprised of a very thin core substrate,which is wire-bonded to the silicon die (see Figure 1). The VFBGA package used has a 1.0mm total package height and uses a 0.5mm pitch with 0.30mm diameter solder spheres measured before ball attach.The SCSP is a molded BGA package capable of accommodating two or more die. The scalability of the stacked package is limited only by die combinations and maximum height, (see Figure 2).The SCSP package has a 1.4mm total package height and uses a 0.8mm pitch with 0.40mm diameter solder spheres measured before ball attach.The PCB used for this evaluation is a 6 layer (1+4+1) FR4material, build up using µvias on resin-coated copper. This PCB is intended to emulate a PCB that would be used in a mobile communication device with total thickness of 0.8 to 1.0mm. Two surface finishes, electro-less Ni-Immersion Au and Entek Plus OSP, are used in this investigation. Each board has 10 component units. Units 1-5 have 100% via in pad (VIP) surface mount pads, and units 6-10 have non-VIP surface mount pads. The board size and component place-ments are shown in Figure 3.The package side pad metallization is electrolytic Ni and immersion Au. The package pad is solder mask defined.Figure 1: 0.5mm pitch VFBGA package description (a)schematic picture of package side view (b) die andpackage size in mm.Figure 2: 0.8mm pitch SCSP package description (a) schematic picture of package side view (b) die and package size in mm.Figure 3: Test PCB size in mm and component locations.Test MethodologyBoard Level Temperature CyclingTemperature cycling testing is performed to emulate thermal mechanical stresses imposed on the package and interconnects during usage. Tem-perature cycling test is performed using a -40°C to 125°C, 30 minute cycle period in an elevator-style, 2-chamber oven with less than 2 minutes transition between hot and cold zones. Discrete room temperature and cold readouts are performed every 250 cycles. Failure data and Weibull plots are generated. Test duration typically 1500-2000 cycles. The test goal is less than <5% failure at 800 cycles from Weibull plot at 95% confidence.Drop TestBoard level, not system level, drop test is performed to emulate stresses imposed on the package and interconnects during the dropping of a mobile communications device. The test is performed on a 0.43Kg metal sled onto hard rubber platform. The PCB is mounted with only corner support screws. Drops are performed with the units facing down, which is worst case from a height of 1.5m. The PCBs are dropped up to 50 times, and drops to failure arecharted. The drop test setup is shown in Figure 4. Statistical analysis was done to get mean time to failure for each process conditions.Figure 4: Drop test fixture.Assembly Process & Design of Experiment (DOE)The packages were surface mounted at a board subcontractor.All the assembled boards were inspected under X-ray for opens and shorts. Electrical continuity tests were performed on each component and the failing components were marked before the boards were shipped to Intel.Table 1 is the board assembly board build DOE matrix for the VFBGA and the SCSP components. The reasoning behind the choice of levels for each variable in the DOE matrix is given below.Board Surface Finish: Two surface finishes were investigated,Electro-less nickel-immersion gold (NiAu) and the Entek® Plus Organic Solderability Protectant (OSP). NiAu is the most common surface finish for mobile wireless today, and OSP is the most common surface finish for other mobile electronic products.Exp Legs Package / board finish ProfilePeak Temp.TAL (S)BWC 10.5vfBGA/NiAu Standard Ramp 222+/-490-120BWC 20.5vfBGA/NiAu Standard Ramp 208+/-460-90BWC 30.5vfBGA/NiAu Standard Soak 222+/-490-120BWC 40.5vfBGA/NiAu Standard Soak 208+/-460-90BWC 50.5vfBGA/OSP Standard Soak 222+/-490-120BWC 60.5vfBGA/OSP Standard Ramp 208+/-460-90BWC 70.5vfBGA/OSP Standard Soak 208+/-460-90BWC 80.8SCSP/NiAu Standard Ramp 222+/-490-120BWC 90.8SCSP/NiAu Standard Ramp 208+/-460-90BWC 100.8SCSP/NiAu Standard Soak 222+/-490-120BWC 110.8SCSP/NiAu Standard Soak 208+/-460-90BWC 120.8SCSP/OSP Standard Soak 222 +/-490-120BWC 130.8SCSP/OSP Standard Soak 208+/-460-90BWC 140.8SCSP/OSP Standard Ramp 208+/-460-90Pb Control 0.5vfBGA/NiAu Standard Ramp 208+/-460-90Pb Control0.8SCSP/NiAuStandard Ramp208+/-460-90Table 1: Experiment DOE.Solder Joint Metallurgy: BGA balls are Sn-4.0Ag-0.5Cu Pb-free solders. The solder paste used for assembly is eutectic Pb-Sn solders. Assemblies with eutectic Pb-Sn BGA ball attached with eutectic Pb-Sn solder paste on OSP, and electro-less nickel and immersion gold boards were used as control. The package side pad metallization is electrolytic plated Ni and flash Au.Reflow Profile: Two types of reflow profiles were investigated. One was the soak profile, which is typically used for Sn-Pb board assembly today. The temperature ramps up initial until it reaches a predeter-mined temperature and then soaks at this temperature for a while to burn off the paste volatile ingredients, and also to equilibrate the temperature across the board. Subsequent to this soak zone, the temperature then ramps up to the molten range for the solder. The other profile is a ramp profile, which is devoid of the soak zone described above. Ramp profiles are adopted when higher board throughputs are required through the reflow soldering oven.Peak Reflow Temperature: Two different peak reflow tempera-tures were investigated. The lower one, 208°C, was picked so the SnAgCu balls of the components would not completely melt or collapse. The SnAgCu balls have a melting point of ~217°C. The other peak reflow temperature, 222°C, was picked such that the SnAgCu balls would melt or collapse during the reflow soldering process. A tolerance of +/-4°C was set for the peak reflow temperature.Time Above Liquidus (TAL): Two different TAL (above 183°C)ranges were investigated. The shorter range was 60-90 seconds, and the longer range was 90-120 seconds. One of these two ranges is typically used in most board assembly processes today. The shorter range is beneficial for board throughput through the reflow oven,but may preclude complete homogenization of the solder ball composition after the solder paste has melted. The longer range will allow ample time for the solder composition throughout the ball to homogenize and avoid any elemental segregation.BWC are the packages with Sn-Ag-Cu BGA balls attached with Pb-Sn solder paste. FWC are the packages with Pb-Sn BGA balls attached with Sn-Ag-Cu solder paste. Pb-control is Pb-Sn BGA balls attached with Pb-Sn solder paste.Initial build suggested that the ramp profile with the lower peak reflow temperature (208°C) and the shorter time above liquidus (30-60 sec) did not result in acceptable solder joints for both the packages under evaluation. Hence, these two legs were dropped from theDOE matrix. Figure 5 depicts a cross-section of a defective solder joint. The solder paste deposit has reflowed but has not coalesced to form one contiguous solder ball joint.Figure 5: Solder joints made by 208°C peak/60-90TAL ramp profile.For each leg, 2 board panels were assembled. Each panel had 6boards, and each board has 10 component assembled on it.Therefore, the total number of packages assembled per leg was 120. The panel size was 8 inches by 10 inches, and its thickness was 0.9mm (0.035 inches). Round stencil apertures were used to match the geometry of the component lands. The stencils'openings were tapered for to promote uniform release of the solder paste during stencil snap-off. The stencil thickness is 5 mil for the 0.8mm pitchSCSP assemblies, and 4 mil for the 0.5mm pitch VFBGA assemblies, to avoid solder pulling away from the PCB during paste printing.RESULTSAssembly Paste Printing VolumeFigure 7 shows the results of solder paste printing for both package assemblies. Overall printing volume is quite consistent for each package type. The VFBGA package has significantly lower paste volume than SCSP, as indicated in the plots as a result of thin stencil and small opening.Assembly YieldThere were 14 defects for the VFBGA boards for a total package yield of 99.2%, and 99.9% for SCSP package assemblies over both surface finishes, Ni/Au and OSP. 2 shorts were confirmed onVFBGA packages by X-ray inspection. All other VFBGA opens were determined not to be related to surface mount process.There was a single open detected on SCSP assemblies. The openFigure 6: X-ray image of surface mount defect of SCSP solder joints. The arrow points out the excess solder ball caused by depletion of solder from an adjacent ball.Temperature CyclingFigure 8 shows the plotted total failure rate from weibull plot (95% confidence) at 800 cycles. The controls for both SCSP and VFBGA packages show failure rates not meeting the goal of < 5%at 800 cycles. While the solder joints (Sn-Ag-Cu ball with Pb-Sn attachment of SCSP packages on OPS boards) are meeting the goal at all the process conditions in the DOE, one leg in VFBGA assembly slightly missed the goal, that joint was assembled at 208°C, at 60 to 90 second TAL with ramp profile. The solder joints on electro-less Ni/immersion Au surface finished boards do not show a clear trend with various process conditions. Over all VFBGA packages shows higher failure rate compared to SCSP,especially the package processed at 208°C, 60 to 90 second TAL ramp profile.Drop TestingFigures 9 and 10 show the statistical analysis of drops to failure for SCSP and VFBGA packages. The mean drops to failure of all the legs are compared to the control condition (Pb-Sn BGAs attached with Pb-Sn solder paste on OSP boards).In the case of SCSP packages, all the assemblies on OSP boards have higher mean drops to failure than the control, while all the solder joints (Sn-Ag-Cu ball with Pb-Sn attachment joint electro-less Ni and immersion Au surface finish) are significantly worse than the control.In the case of VFBGA packages, while all the solder joints (Sn-Ag-Cu ball with Pb-Sn attachment) on electro-less Ni/ immersion Au perform slightly worse than control leg, only one leg in VFBGA assembly slightly missed the goal. That joint was assembled at 208°C,at 60 to 90 second TAL with ramp profile. All other VFBGA packages on OSP performed better than control units.solder joint caused by solder depleting from a solder ball and transferring to an adjacent ball, which increased in diameter. This defect was detected by X-ray and is shown in Figure 6.Figure 7: Solder printing volume results for VFBGA (top) and for SCSP (bottom).Failure AnalysisDetailed failure analysis has been done on pre-750 temperature cycles failures. There are three major failure modes:1.Clean interfacial separation at solder to board is shown in Figure 11. The failure is believed to be at interface of Ni-Sn intermetallics and Ni (P) layer.2.Via cracks were also found in early failed units. The via-cracking found in the early failures are due to non-uniform plating. The crack initiates at the bottom of the via where the plating is thin. Figure 13 shows an example of via cracking. This defect has since been corrected by the board manufacture.3.Failures also occurred at the solder joint to package side. The crack started at solder and propagated into intermetallics, or it remains within the solder but close to package intermetallics interface, as shown in Figure 12.Figure 8: SCSP and VFBGA package failure rates (% cumulative failures) of various process conditions at 800 temperature cycles (-40°C - 125°C, 30 min. per cycles).Figure 9: SCSP package number of drops to processed at various conditions.Figure 10: VFBGA package number of drops to failure processed at various conditions.DISCUSSIONThe trend for drop test early failures indicates that they are either due to via cracking or clean interfacial separation at solder to PCB. Detailed investigation has been done for clean interfacial separation of solder to PCB. It has been noticed that all the units with the same failure mode are on electroless Ni and immersion Au board surface. As expected, the failure was more profound in drop testing than temperature cycling test. The failure signature was confirmed to be "black pad" defect related. High phosphorus level at interface and "mud cracks" are detected at cracking interface (see Figure 14). The detailed failures and researches have been well documented by investigators [6-9].Figure 8 shows that most of the high early temperature cycle failure rates occurred when the packages were assembled to the board with 208°C, 60s to 90s above 183°C, ramp profile (no pre-soaking). The failure was more profound when it was on electro-less Ni and immersion Au surface boards. Cross section analysis shows that the joints are not completely mixed between Pb-free BGA ball (Sn-4.0Ag-0.5Cu) and attachment solders (Sn-37Pb) (see figure 15). Pb-phase from attachment Sn-37Pb solder is diffused through grain boundaries. In the case of OSP surface finishes, the Pb segregation does not seem responsible for the early failures observed in temperature cycle and drop testing. Figure 16 shows a cross section of a failed 0.5mm pitch VFBGA package with Sn-Ag-Cu BGA ball assembled with Sn-37Pb paste reflowed at 208°C, 60s to 90s above 183°C, ramp profile (no pre-soaking) on OSP board (after 8 drops). The failure is on PCB board side at the Cu-Sn intermetallics.Cu6Sn5was detected at both pad and solder side. In temperature cycling the early failure happened at package side, as shown in Figure 12. Most likely the failure is solder mask registration and bump skew related. The failure rate in the 0.5mm pitch VFBGA package assem-blies is higher than that in 0.8mm SCSP package assemblies. Likely causes for the failure were the small printed solder volume (4mil thick stencil) and rapid, low temperature reflow profile that leads limited time and force for bump self alignment.In the case of failed electro-less Ni and immersion Au surface finish, the failure is clean separation between the solder joint to board interface. However, the assemblies with total Pb-free joints, and joints with Sn-37Pb BGA ball attached with Sn-Ag-Cu solder paste on electro-less Ni and immersion Au surface processed at 250°C, show very low early failure rate. The temperature profile dependent failurerate was not reported elsewhere in the literature. Further investigation could help the electronic industry to better understand the "black pad" related electro-less Ni and immersions Au interfacial failures.Figure 11: Clean separation at board on a 0.8mm SCSP package (Pb-free BGA ball attached with Sn-37Pb solder paste) on electro-less Ni and immersion Au surface pro-cessed with 222°C and 90 to 120s above liquidus. This failure mode is inconsistent with typical temperature cycle failures, the failure was detected at 250 cycles readout.Figure 12: Solder crack at package interface of the 0.5mm VFBGA (Pb-free BGA ball attached with Sn-37Pb solder paste) on OSP board processed with 208°C and 60s to 90s above liquidus. The failure is located at package side solder joint close to the intermetallics. It was detected at500 cycles read out.Figure 13: Board via defect on 0.8mm SCSP package (Sn-37Pb control) on electro-less Ni and immersion Au surface processed with 208°C peak and 60 to 90s above liquidus. The failure was detected at 500 cycles read-out.Figure 14: Black pad cross section of solder joint failure at electro-less and immersion Au surface. The failure happens at Ni-Sn intermetallics and Ni(P) interface.Figure 15: Incomplete mixing seen on at 208°C, 60s to 90s above 183°C, ramp profile (no pre-soaking).Figure 16: Solder mask mis-registration seen on 0.5mm pitch VFBGA package with Sn-Ag-Cu BGA ball assembled with Sn-37Pb paste reflowed at 208°C, 60s to 90s above 183°C, ramp profile (no pre-soaking) on OSP board (after 8 drops).CONCLUSIONSNormal SMT assembly yields were observed. 0.5mm pitch VFBGA and 0.8mm pitch SCSP BGA Pb-free packages were assembled with eutectic Pb-Sn paste under Intel recommended reflow profiles. Yields were above 99.2% yield on both OSP and electro-less Ni and immersion Au PCB surfaces. This data suggests that board level reliability goals are met for Pb-free balls using Sn-37Pb paste on OSP board surface finish under certain process conditions. These conditions are when the Sn-Ag-Cu BGA ball completely melts and mixes with Sn-37Pb paste. The goals are defined as statically less than 5% failure at 800 temperature cycles, and mean drops to failure is equal or better than control Sn-37Pb solder joints. "Black pad" on electro-less Ni-Au and other board defects affected the data in this experiment. The Sn-Ag-Cu BGA balls and Pb-Sn solder paste assemblies are high risk (worse than Sn-Pb joints) under mechani-cal shock load when board defects are present.ACKNOWLEDGEMENTThe authors would like to thank Intel management's support,especially to Mike Garner, Vivek Bissessur, and Vivek Gupta. The authors also like to thank Chee-key Chung for his assistance.REFERENCES1.Geoff S., TS Chong, Linda Matsushita, Alan Woosley, Kennon Simmons, and Thomas Koschmieder, Motorola report - Development of Lead- and Halogen-free Peripheral Leaded and PBGA Components To Meet MSL3 at 260° Peak Reflow Profile .2.Jasbir Bath, Solectron/NEMI report, NEMI Lead-free and Tin -lead Solder Paste Evaluation .3.Jasbir Bath and Emmanuelle Crombez, Surface Mount Assem-bly Evaluations with Lead-Free Solder Paste , NEPCON East 2000.4.Japan JEITA Lead-free Project Report - Lead-free CSP Backward Comptibility , 2001, August.5.Texas Instrument company internal report.6.Mei, Z., Callery, P ., Fisher, D., Hua, F., and Glazer, J., Interfacial fracture mechanism of BGA packages on Electro-less Ni/Au ; Advances in Electronic Packaging 1997, Proc InterPack '97, Vol. 2, pp. 1543-1550.7.Mei, Z., Kaufmann, M., Eslambolchi, A., Johnson, P ., Brittle Interfacial Fracture of PBGA Packages Soldered on Electro-less Nickel / Immersion Gold ; Proceedings 48th Electronic Components & Tech-nology Conference , 1998, pp. 952-61.8.Mei, Z., Johnson, P ., Kaufmann, K., and Eslambolchi, A., Effect of Electro-less Ni/Immersion Au Plating Parameters on PBGA Solder Joint Attachment Reliability ; Proceedings of the 49th Electronic Compo-nents & Technology Conference , June 1999, San Diego, CA.9.Houghton, B. "ITRI Project on Electroless Nickel / Immersion Gold Joint Cracking", Proceedings IPC Printed Circuits Expo 99, March 16-19, Long Beach, CA, S18-4.First published in the pro ceedings o f the 2002 SMTA International Conference (September 22-26, Rosemont, IL).BIOGRAPHYIn 2000, Fay Hua joined Intel Corporation as a company metal-lurgy technologist. She is focusing on Pb-free flip chip pathfinding and other solder metallurgy related areas, such as Pb-free BGA conversion. She has authored and co-authored over 40 publications on Pb-free solders and received 2 US patents.Raiyo Aspandiar has been with Intel Corporation at the Boards and System Assembly facility since 1983. He was part of the team that introduced SMT to Intel and is currently part of the Lead- and Halogen-free Initiative within Intel. Raiyo has published more than 15 technical papers and holds five patents in the electronics packaging and manufacturing field.Cameron Anderson joined Intel Corporation in 1997 and is currently in the Wireless Communications & Computing Group /Assembly Technology Development (WCCG/ATD) Q&R Group.Timothy Rothman joined Intel Corporation in 1995 and is currently the package characterization manager for Flash Products Group. Mr.Rothman has published over 10 papers in conferences and journals on solder joint reliability and electronics packaging technology.Miriam Klier has been with Intel Corporation since 1995. She is currently working in the Flash Package Development Group. Her most recent job assignment was the lead-free program manager responsible for managing all of the lead-free program activities for the division.。
如何解决有铅BGA用于无铅焊料过程中产生的Voids问题
如何解决有铅BGA用于无铅焊料过程中产生的V oids问题随州波导电子有限公司 441300 包惠民摘要：随着无铅工艺技术应用的深入，越来越多的SMT 加工企业在制造过程中遇到了无铅混合装配时出现的V oids难题，混装过程中有效控制V oids的产生成为众多SMT工艺工程师考虑的关键。
关键词：有铅BGA、无铅焊料、混装工艺为应对无铅法案的实施，众多SMT加工制造企业加快了无铅的导入过程，但在这个过程中伴随着众多工艺问题的产生，早在2003年环球仪器公司就做了大量的混装过程工艺实现的实验，我司在吸取其实验结果的基础上进行了一系列的生产实验，得出了更为容易及简便的解决方案，为更好地推荐给大家，本文将主要介绍如何解决前向兼容（有铅器件+无铅焊料）过程中容易出现V oids现象。
一、 技术说明有铅BGA用于无铅焊料的技术在行业内很多厂家是尽量避免的，因为有铅BGA锡球的熔点比无铅的锡膏熔点低；回流时锡球先熔融把锡膏都包住了，使得锡膏里面的FLUX无法挥发出来，在里面形成气泡；如果焊盘有Via，这种情况更容易产生气泡。
二、 实验背景实验器件：手机主板+1个有铅BGA（其它器件均为无铅）+无铅焊料（锡膏选用LOCTITE LF318 Sn96.5Ag3Cu0.5）；实验目标：解决有铅BGA回流焊后出现的大量的V oids现象；实验方式：温度曲线调试；实验仪器：X-RAY 分析仪、切片金像分析仪三、 实验过程1、实验一：采用RSS曲线，峰值温度为243℃，1）、标准曲线设置：2）、测量曲线3）、焊后X-RAY检测效果Peak temperature C1 243℃Time above 217℃ T1 55-60s Time between 50℃ and 100℃ T2 >16s Time between 200℃ and 230℃ T3 >10svoid3D 缺焊影像4）、V oids产生较多，而且个别面积较大，制程不能接受这种空洞现象，需要进一步解决，那如何来解决呢？查阅有关资料，说延长回流时间可以有效减少空洞现象，为验证此观点的可行性，把回流时间从55-60S延长致70-75S。
3-2-有铅、无铅混装工艺的质量控制
焊点本身熔点在217 ℃，不会熔化，但在焊锡与焊盘
界面容易形成Pb偏析——形成Sn-Ag-Pb的174℃的低 熔点层，使界面发生熔化，在热应力的作用下造成焊 点从焊盘上剥离。类似Lift-off（焊点剥离）。
焊盘处Lift-off
QFP
QFP引脚
(二) 有铅焊料与无铅元件混用
1. 有铅焊料与无铅镀层元件（无引线或有引脚 元件）混用 2. 有铅焊料与无铅PBGA、CSP混用
1. 有铅焊料与无铅元件 混用（无引线或有引脚元件）
• 一般情况没有问题。因为焊端镀层非常薄，
例如应用最多的镀Sn层厚度在 3～7μm，Sn熔点为
232℃，与Sn-37Pb合金焊接时，一般情况下峰值温度比
• 如果采用有铅焊料的温度曲线，焊点连接 可靠性是最差的。这是由于有铅焊料与无铅焊
球的熔点不相同，有铅焊料熔点低先熔，而无
铅焊球不能完全熔化，容易造成PBGA、CSP一
侧焊点失效的缘故。
解决措施：
217℃ 183℃
提高焊接温度到235℃左右
在元件一侧的界面失效
二. 有铅、无铅混装工艺的质量控制
1. 有铅/无铅混用必须考虑相容性 2. 严格物料管理 3. 采用有铅工艺（用有铅焊料焊接有铅和 无铅元器件）的质量控制原则
• 对全线人员（包括采购人员、各级库房工作人员、工 艺、检验、设备操作人员、管理人员等）进行培训； • 提高全线人员的无铅意识，提高对无铅元器件、 PCB、 工艺材料、工具、无铅产品标识和标签（包括企业内 部专用的无铅元器件和无铅产品标识和标签）的识别
能力；
• 并自觉遵守无铅管理制度。
3. 采用有铅工艺（用有铅焊料焊接有铅 和无铅元器件）的质量控制原则
有铅和无铅BGA混装工艺研究
有铅和无铅BGA混装工艺研究BGA（Ball Grid Array）是一种常见的微电子封装技术，它被广泛应用于电子产品中，如手机、笔记本电脑、平板电脑等。
随着电子产品对高性能和高可靠性的需求不断增加，BGA混装工艺也得到了广泛的关注。
而在BGA混装工艺中，有铅和无铅材料的选择是一个重要的问题，对此进行深入研究对于提高电子产品的性能和可靠性具有重要意义。
BGA混装工艺研究的目的是为了在保证产品性能和可靠性的最大限度地减少对环境的影响。
早期的BGA封装技术主要采用有铅材料，但由于有铅材料的环境污染和对健康的危害，越来越多的国家和地区对有铅材料的使用提出了严格的限制。
无铅BGA混装工艺成为了一个备受关注的话题。
在进行有铅和无铅BGA混装工艺研究时，需要考虑以下几个关键因素：1. 温度特性：有铅和无铅材料的焊接温度和热膨胀系数会有所不同，这对于BGA封装的工艺参数和工艺流程会产生影响。
2. 机械性能：有铅和无铅材料的机械性能也存在差异，如强度、韧性等，这对封装的可靠性和耐久性会有一定的影响。
3. 成本效益：有铅和无铅材料的成本也不同，需要综合考虑成本与性能之间的平衡。
4. 环境友好：采用无铅BGA混装工艺是出于对环境保护的考虑，因此对环境的影响也是一个重要的因素。
基于以上考虑，有铅和无铅BGA混装工艺研究成为了一个复杂而又挑战性的课题。
下面就对这一课题进行深入的研究和探讨。
有铅和无铅BGA混装工艺研究需要从材料选择和工艺参数优化两个方面进行探讨。
在材料选择上，需要考虑焊点的可靠性、耐热性和机械性能等因素，选择合适的有铅和无铅材料，以确保封装的质量和可靠性。
还需要对工艺参数进行优化，如焊接温度、焊接时间等，以实现有铅和无铅材料在同一封装中的良好融合。
针对有铅和无铅BGA混装工艺研究，还需要关注其在实际应用中的性能表现。
这包括对其机械性能、热特性、环境适应性等方面的评估，以验证该技术在实际生产中的可行性和可靠性。
无铅有铅混装焊接工艺方法略谈
$&) 无铅有铅混装焊机工艺分类 无铅有铅混装焊机工艺主要分为以下几种! 一是在无铅元器件端焊接有铅焊料# 现在"很多元器件都 是属于无铅器件"制造商不提供有铅元器件# 而对于军用产品 或者航天产品"其必须保证产品的可靠性"因此"在某些部分只 能采用有铅器件"这就会要求在无铅元器件端焊接有铅焊料# 二是有铅元器件端焊接无铅焊料# 这种情况主要出现在 国内组装企业# 我国当前制造工业水平还不是很高"很多电子 元器件都是依赖进口# 因此"这些企业的无铅元器件的货源不 是很足"只能部分采用无铅元器件# 这就要求将无铅器件焊接 到有铅元器件上# %无铅有铅混装焊接工艺分析 影响无铅有铅混装焊接工艺的因素有很多"除了无铅和有 铅材料的相容性问题"也要考虑到材料温度等方面的问题# )&$ 高温的影响 焊接工艺往往需要采用很高的温度"这就对材料或者元器 件本身产生不利的影响# 对于无铅材料而言"其融化温度很 高"因此"在焊接时"也就必须采用更高的峰值温度# 而在无铅 有铅混装焊接中"有铅材料的熔点要比无铅材料低 (%D左右# 一旦采用更高的峰值温度"就会导致因为温度过高而引发的各 种问题# 所以"无铅有铅混装焊接工艺必须高温问题# 高温的 不利影响必须采取一定的措施加以解决# 高温很容易导致元 器件出现开裂现象"降低那些湿度敏感元器件的可靠性# 同 时"高温也可能会使得一些器件因为受热变形"进而出现金属 化孔镀层断裂的情况"导致其失效"不能发挥作用#
有铅焊膏和无铅BGA混装焊点的可靠性探索
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Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｍｉｘｅｄ Ｊｏｉｎｔｓ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ＢＧＡ ａｎｄ Ｓｎ．Ｐｂ Ｓｏｌｄｅｒ－ｐａｓｔｅ
ＬＩ Ｌｏｎｇ．ＦＥＮＧ Ｒｕｉ．ＺＨＡＯ Ｓｈｕｈｏｎｇ （ｘｉ ａｎ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＡＶＩＣ．Ｘｉ ａｎ ７ １ ００７７，Ｃｈｉｎａ）
仃铅 膏和尢铅ＢＧＡ的混 焊点可靠性丌展 验 、
作者简介 ：李龙 （１９８８一 ），男 ，硕士 ，毕 业于西安理工大学 ，工程师，主要从事电子装联工艺工作 ．
第 ３９卷 第 ２期
李龙 ，等 ：有铅焊 膏和 无铅ＢＧＡ混装焊 点的可靠性探索
１无 铅 ＢＧＡ的有 铅 化 处 理 火 Ｊ 九铅ＢＧＡ，很 多 接 解决 方案 采 用币新 机
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｗ ａｄａｙｓ．ｔｈｅ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｒｅ ｗ ｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｓ． Ｈｏｗ ｅｖｅｒ，ｍａｎｙ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｅａｄ．ｆｒｅｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｎｔｏ ｌｅａｄ ｄｅｖｉｃｅｓ．ｗ ｈｉｃｈ ｗ ｉｌｌ ｉｎｅｖｉｔａｂｌｙ Ｉｅａｄ ｔｏ ｏｔｈｅｒ ｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｆａｃｔｏｒｓ．Ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｆｕｎ．ｄａｍｅｎｔａＩ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ｔｏ ｂｅ ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ｗ ｉｔｈ Ｉｅａｄ．ｆｒｅｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ＢＧＡ Ｗ ｉｔｈ ｌｅａｄ ｓｏＩｄｅｒ ｐａｓｔｅ．ｔｈｅ Ｉｅａｄ－ｆｒｅｅ ＢＧＡ ｗ ａｓ ｓｏＩｄｅｒｅｄ ｗ ｉｔｈ Ｓｎ６３Ｐｂ３７ ｓｏＩｄｅ ｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｔｔｉｎｇ ｏｆ ｒｅｆｌｏｗ ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ ｐａｒａｍ ｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｍｉｘｅｄ Ｊｏｉｎｔｓ ｗ ｅｒｅ ｑｕａｌｉｆｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｘ－ｒａｙ，ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ａｎｄ ＳＥＭ ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏｔ ｍｕｃｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗ ｅｅｎ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍｉｘｅｄ Ｊｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｓｎ． Ｐｂ Ｊｏｉｎｔｓ ａｆｔｅｒ ５００ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｙｃｌｅ ａｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ．
有铅和无铅BGA混装工艺研究
有铅和无铅BGA混装工艺研究背景随着现代电子设备的普及和性能的提高，有铅和无铅BGA（Ball Grid Array）器件被广泛应用。
有铅BGA器件自问世以来，以其高可靠性、可扩展性、低成本等优点备受欢迎。
然而，随着环保意识的增强，无铅BGA器件逐渐取代有铅BGA器件，成为市场主流。
为适应市场的变化，一些企业开始对有铅和无铅BGA进行混装。
由于两种BGA器件之间的特性差异，混装过程中可能会出现一些问题，如焊接不良、可靠性降低等。
因此，有必要对有铅和无铅BGA的混装工艺进行研究，以确保产品质量和可靠性。
研究内容1.元件匹配有铅BGA和无铅BGA之间的引脚间距、球径存在差异，因此需要对两种BGA进行匹配，保证焊盘对接正确，不影响焊点质量。
在进行混装之前，应对两种BGA进行尺寸、引脚间距、球径等方面的比对，确定两种BGA之间的相对匹配关系。
在具体操作过程中，应按照匹配关系进行焊盘与球对应，加强对不同SMT贴装设备的管理，以确保匹配的真正性和准确性。
2.焊剂选择无铅BGA器件要求使用无铅焊剂进行焊接，有铅BGA器件则可以使用有铅或无铅焊剂。
因此，在混装工艺中，需要选择一种可以同时适用于有铅和无铅BGA的焊剂。
常用的焊剂有SAC（Sn/Ag/Cu）、Sn/Pb等。
SAC焊剂具有良好的可塑性和良好的机械强度，并且可以适应高温环境下的使用。
因此，SAC焊剂被广泛应用于无铅BGA的制造和焊接过程中。
在混装工艺中，可以选择适宜的SAC焊剂进行使用，以确保有铅和无铅BGA器件的焊点质量。
3.热板温度和热板时间设置为确保有铅和无铅BGA器件的焊接质量，需要在热板温度和热板时间方面进行适当的设置。
由于有铅BGA和无铅BGA的焊点温度不同，需要针对不同的BGA进行特定的热板温度和热板时间的设置。
一般来说，无铅BGA的热板温度要高于有铅BGA，热板时间要略长于有铅BGA。
在实际操作过程中，可以参考BGA器件的规格书，根据BGA器件的特性确定热板温度和热板时间，并根据实际情况进行调整。
无铅和有铅的混合焊接
部位 的两个焊 点 ，每个焊 球上取 ４处进行 能谱 分
析 。分 析 区域 如 图 ４ 图 ６所 示 ， 图 中 标 示 了 ４处 、 位 置 ，其 中 ３区是 靠 近 封 装 面 的 区域 ，４区是 靠 近
关 键词 无 铅 工 艺 ；金 相 ：能谱
中图分 类号 ： Ｇ ４ 文献标识码 ： 文章编号 ：１ ０ － ０ ６（ ０ ７） ５ ０ ５ － ４ Ｔ ４ Ａ ９０９ ２０ ０－０ ９０ ０
Ｍ ｉ ｅ ｏ ｄ ｒｎ ｔ ａ ｎ ａ —ｒ ｅＳ ｌ ｅ ｘ ｄ Ｓ ｌ ｅ ｉ ｇ ｗｉｈ Ｌｅ ｄ ａ ｄ Ｌｅ ｄ ｆｅ ｏ ｄ ｒ
度上来看 都一样 ，可承受无铅 的高温冲击 。但是 ， 并 不 是 全 部 的 含 铅器 件都 能耐 高 温 。 下 面 要讨 论 的 是 如 果 客户 对 提 供 的产 品没 有 铅 方 面 的 要 求 ， 如 一 些 还 没 要求 的 国 内厂 家 、 军 工 单位 及 医疗 器 械 单 位 等 ，那 么采 用 哪种 工 艺焊 接 才 合 适 ？焊 接 后会 对 可 靠 性产 生 何种 影 响 ？这 些 问题 都 是 需 要 去 设法 解 决 的 。 以 下是 以无 铅 ＢＧ 焊 接 后 的 分 析作 为 出发 点 ， Ａ
ＳＭ Ｔ…………………………………… … … … … … … … … … … … … … … … … ． 。
氮 气 保 护 。 在经 过 多次 的 回 流焊 接 温 度 比较 后 ， 我 们选 择 了一组 能接受 无铅 和有铅 焊接 的温 度 曲线 进行 了分 析 ，焊 接 曲 线 如 图 １所 示 。
维普资讯
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无 铅 和 有铅 的混 合 焊 接
高 锋 （ 南 计 算技 术 研 究所 ，江 苏 无 锡 江 ２ 无铅焊接 的转变，文章提 出处理 两者 同时存在时如何 选则焊接 工艺，并通过试验 及各种检 测手段 ，分析 了混合焊接 的焊点结构 ，得 出 了相应 的可行性方案。
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混合工艺之有铅锡膏与无铅BGA 的焊接
北京德天泉机电设备有限公司 陶 鹏
引言
在当前表面贴装技术（SMT）中，我们对有铅无铅的混合焊接方式并不陌生，尤为代表性的是：有铅锡膏与无铅BGA 的焊接。
这也是我们今天所要介绍的主题与实际案例。
1. 从有铅与无铅的特殊性来分析，我们可以先看以下几点
首先，从润湿性的角度看，我们先考虑焊料的特性：相对来说含铅焊料的表面张力较小；而无铅焊料的表面张力相对较大。
从其特性可以看出焊膏的流动性与实际焊接的润湿能力存在最直接的关系。
所以与锡铅或是普通的低熔点焊料合金相比，无铅焊料合金的润湿效果较差。
其次，我们从其本身的自我矫正的角度来看，与之润湿能力成正相关，以BGA 焊接为例，有铅BGA 的自我矫正（焊球对位）焊接能力明显强于无铅BGA 的自矫正能力。
再之，我们来看它们在可靠性方面的特点，对于无铅焊料合金的长期可靠性目前还没有定论，但其焊点在受力的情况下表现出较大的离散性而容易损伤，值得一提的是在所受应力较低的情况下，SAC 合金的可靠性能与SnPb 合金水平相当或者比它稍好。
针对这种混合制程的焊接方法，我们知道很多产品因为设计的需求或考虑其成本等各方面因素不可避免的采用有铅无铅混做的方式对产品进行焊接加工，所以在可制造性方面形成了阻力，而各个厂家以及各类辅材供应商也就此做出了针对性的试验与改良。
2. 下面，我们通过针对有铅制程无铅BGA 的实际焊接过程进行详述
（1）通常我们使用的锡铅焊膏的回流温度范围在215-235℃。
（2）BGA 焊球SAC 合金的回流温度范围在235±5℃。
以上是我们在回流制程中的重要参数和基本条件。
我们调出在进行混合制程生产过程中曾出现过的问题标本： 首先了解一下产品的相关基础数据：
① PCB 为四层板，厚度1.6mm，长宽210*185mm,PCB 表面处理采用浸锡工艺；
② BGA(SAC)尺寸27*27 225球，pitch1.5mm；（如图2.1，图2.2） U n R e g i s t e r e d
图2.1
图2.2
③ BGA 在PCB 中心偏右2-3cm 位置；（PCB 入厂无变形和划伤，BGA 外观检验合格）
④ 使用的焊膏：铟泰锡铅SP8系列，推荐120-175恒温60-120秒，215-235回流45-90秒；
⑤ 回流焊：八温区 热风 非氮气 ；
⑥ 工艺参数：120 140 160 180 190 220 245 255 链速68cm/min；
（上下温区温度一致）
温度测量：Profile 测温板针对BGA 做底部的热偶采点；
测试数据： Peak --228℃ >217℃--32秒；
其它数据都均在锡膏Datasheet 工艺窗口范围内。
从我们的回流曲线上看，我们采用的是三角波的回流方式，使用这样的回流曲线有可能会导致热量不足，但从混合制程来说，对FULX 有利，有铅焊膏的FLUX 比无铅焊膏耐热性差很多，而对于针对性的混合制程来讲，理论上在润湿性上就具有明显落差，而在制程上给予补偿并不是不可行的。
从印刷，贴片，到回流，我们对产品进行严格的制程跟踪； U n R e g i s t e r e d
然而在产品首件进行测试时，问题出现：测试无法通过；我们对产品进行了较全面的检查，发现BGA 的焊接状况有异常：焊球发乌无光泽，坍塌不明显，底部焊盘回流后的锡膏焊点外观色泽基本良好，但焊球与焊膏未能回流成型；
我们通过外力对BGA 进行下压，再进行测试，测试状态非常不稳定，且BGA 在下压的供电测试情况下有发热迹象，在经过反复的多次测试还是无法PASS；如果是BGA 虚焊，验证它的最实用直接的方法就是再回流，我们将该BGA 加入适量助焊剂进行再回流实验后，测试PASS.
问题初步判定的结果：BGA 虚焊。
3. 对于缺陷的原因，我们通过实际焊接过程结合它的基础数据与特性进行分析
我们分析：BGA 焊球与底部焊膏的不充分融合，导致了虚焊缺陷的发生。
原因为制程工艺参数的Peak（回流）温度/时间不够，无铅焊球没有充分熔化并正常坍塌，无法与焊膏充分融合导致虚焊（假焊）的发生。
我们对回流焊的参数进行了调整，延长回流的时间，放慢链速并增加后两区回流峰值温度；所测Profile 曲线数据 Peak—234℃ >217℃--70秒。
并进行再次产品的焊接。
产品的焊接效果目视良好，焊球色泽一般，坍塌情况很好；测试一次性PASS，问题解决。
在混合制程中，我们首先选择的可靠性温度一定是遵循BGA 与焊膏能够充分融合为前提，这个温度通常选择在235℃--240℃之间；（在此提及一下，理论上的有铅与无铅的焊接并不能够真正的在结构上充分合金化，我们在工艺制程参数的调整是针对非结构合金化的改善）
而当锡铅焊膏的回流温度超过235℃时，润湿性开始变弱，其属性就开始过度氧化，影响合金化效果，所以建议考虑的温度不能大于235℃； 但是其它元器件的耐热性也给我们的制程范围带来了局限，所以在其它元器件耐温的最大范围仍然无法满足BGA 充分合金化温度条件下，我们将只能选择延长回流时间。
4. 通过有铅制程无铅BGA 的实际焊接过程的剖析和总结，我们的建议
针对以上的实际案例和其本身工艺的特殊限制，建议：在SAC305 BGA 做有铅制程情况下，回流217℃以上的时间控制在80-110秒（并可以适当的延长预热的时间）来作为热补充，Peak 建议控制在230-235℃，建议的最佳值在234-236℃。
（必须在满足器件的耐热限度的基础上来设定）
当然，这样的最佳温度范围很难包容的了在量产以及在使用夹具等情况下出现的温度浮动，所以务必做好Profile 的实际（模拟）测量，以及在实际生产中对炉内板距，工装的先进先出等进行操作控制。
然而，针对不同封装的BGA 和基板，我们还需要做大量实验来验证，做出有针对性的参数优化，并以此为依据进行调整。
目前不少公司对于混合工艺的使用面都较为广泛，本文的论述还缺少更全面的数据论证，希望能向业内各位老师前辈们请教和探讨，通过更多的深入研究来提升SMT 行业技术的发展。
U n R e g i s t e r e d。