无铅化技术与工艺解析

四种FR-4材料层压为2.36mm（93mil）厚的十层板耐热
基材特性
Tg（℃） Td（℃） 50～250℃的 Z向膨胀（%） T260（min）
LGLD HGLD LGHD HGHD
140 320 4.40
172 310 3.40
142 350 4.30
175 350 3.15
4.5 2
12.5 15
77.2Sn/20In/2.8Ag
192
220～240
二元体系无铅焊料的基本特性
无铅焊料 Sn/0.7Cu
Sn/3.5Cu Sn/3.5Ag
Sn/9.0Zn Sn/58Bi
熔点 227℃
221℃ 217℃
198℃ 139℃
优点
机械强度好、抗 热疲劳强度好
缺点
合金熔点高、润湿 性较差
机械强度好、抗 热疲劳强度较好
机械强度好、抗 热疲劳强度较好
合金熔点高、润湿 性较差
合金熔点高、润湿 性较差、成本较高
机械强度好
低熔点、 润湿良好
润湿性差、易氧化、 脆性
机械强度低、易形 成空洞、脆性大
无铅焊料与有铅焊料的比较
熔点 表面张力 焊料接触角 预热温度 高温温度 熔融态停留
时间 焊料助焊剂
湿润时间 焊接温度
曲线
SAC305 217℃ 471.8达因/CM2（240℃） 44° 接近200℃ 250～270℃
•最好选用低玻璃化温度FR-4基材
各种基材树脂的Tg和CTE
树脂名称 常规环氧树脂 耐热（改性） 环氧树脂
PPE/PPO树脂 BT树脂
PI树脂
Tg温度（℃） 125～135
150～170
CTE（ppm） 80～85 50～70
备注
180～240 185～230
220～260
40～45 40～45
第18章 无铅化技术与工艺
1 电子产品实施无铅化的提出
• 铅及其合金具有优良的机械、化学和电气特性，在 PCB加工、焊接与组装等领域广泛应用
• 废弃电子产品中的铅元素的污染在20世纪90年代前 后充分引起了人们的重视
• 美国首先提出了无铅工艺并相应制定了一个标准来 限制电子产品中的铅的含量
• 无铅化是目前和未来推动CCL材料、PCB生产和电子 组装等行业变革与发展的热点
90秒
时挥发大焊渣多 2秒
升温速度3℃/S； 降温速度6℃/S
63Sn/37Pb 183℃
396（240℃） 11°
150℃左右 220～250℃
60秒
挥发少，焊渣也少 0.6秒
升温和降温速度 相同为3℃/S
•传统电子产§品的3 焊无接铅方焊法料主的要有焊三接种：
波峰焊、回流焊（红外、热风等）、手工焊（激光焊） •目前无铅焊料的三大问题： 1）无铅焊料合金组成的低共（晶）熔点偏高 2）无铅焊料润湿性差，焊接需要有更高的焊接温度、 更长的高温停留时间和更快的冷却速度 3）无铅焊料焊接后的焊点的可靠性问题
3.无铅焊料合金的熔点
目前大多数的无铅焊料合金熔点很高。最佳 的SAC305熔点为217℃，比起传统的63Sn/37Pb有 铅焊料的熔点（183℃）高出34℃
无铅焊料的焊接要求有更高的预热温度和焊 接温度、更长的高温焊接时间和更快的冷却速度 等，对热敏感大的元器件、PCB基板等不利。
无铅焊料合金在高温熔融焊接时，由于表面 张力比传统Sn-Pb焊料来得大，因而其润湿性能较 差，要求润湿时间更长
40～45
聚苯醚
双马来酰胺三嗪树脂
聚酰亚胺
• 电子产§品6实实施施无无铅铅化化对对PPCBC基B基板板的的主主要要要求求是
•
进一步提高其耐热性能
• 除了提高基材CCL的耐热可靠性外，在PCB的生产 加工过程中也必须提高耐热可靠性，主要是：
提高多层板的层之间粘接力、孔壁的光洁度、 铜层之间结合力、铜镀层的延展性和板面清洁度
熔点℃ 回流焊接温度℃
2
95Sn/5Sb（锑）
238
260～280
无
99.3Sn/0.7Cu
227
250～270
铅
96.5Sn/3.5Cu
221
250～270
焊
96.5Sn/3.5Ag
217
240～260
料
91Sn/9Zn
198
220～240
类
97In/3Ag
143
170～190
型
42Sn/58Bi
Sn-Pb、Sn-Ag等。除了保护引脚表面不被氧化，还起 着与无铅焊料的焊接作用。 ⑵元器件引脚焊接可靠性
在元器件引脚表面的镀层进行SAC305无铅焊料焊 接中，发现含铅的Sn-10Pb层会形成熔融性剥离。在 引脚镀金的情况时，如镀层太厚，金会熔入熔融的焊 料中，当金含量超过3%时，会发生脆裂。
7.树脂高的热分解温度
139
与
48Sn/58In
118
主
63Sn/37Pb（属有铅系）
百度文库
183
要
95Sn/3.5Ag/1.5In
223
特
96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu
217
点
95.2Sn/3.5Ag/0.8Cu/0.5In 212
91.8Sn/4.8Bi/3.4Ag
210
160～180 140～160 210～240 250～270 240～260 235～255 230～250
同时，为了提高和改善PCB的耐热性能，需改 进PCB板内外的导（散）热性能
8.热风焊料整平（HASL）
•热风焊料整平问题主要如下： ⑴ HASL的熔融焊料（Sn-Pb系和无Pb系）的表面张力 大——带来焊盘的可焊（湿润）性和可靠性问题 ⑵ HASL使PCB在焊接前受到高温的热冲击——降低 PCB的使用寿命 ⑶ HASL使用无铅焊料是SnCuNi系、SnCuCo和SnCu系 ⑷ HASL时熔融焊料耐热助焊剂应具有更高的热分解 温度。
润湿时间
4 无铅焊料焊接的可靠性
无铅焊料的焊接点在抗热疲劳性能较优于传统Sn-Pb焊料 外，其它的性能都不好，如：无铅焊接易于形成微空洞、 微空洞的存在导致焊接处焊料与焊盘虚焊、剥离、断裂 等现象。降低无铅焊料的表面张力、降低铜表面粗糙度 和提 高清洁度 有利于减 少微空洞。
无铅焊料与焊盘界面处的微空洞
5.元器件耐热性能
无铅化焊料与焊接的最本质的问题是需 要有更高的焊接温度、更长的高温焊接时间，这 就决定了用于无铅化的元器（组）件需要有更好 的耐热性能，特别是对于热敏感的元器（组）件 必须改进其耐热性能，否则会损害其特性，甚至 产生可靠性问题
6.元器件引脚表面镀层无铅化
⑴元器件引脚表面镀可焊性金属与合金 目前元器件引脚表面镀可焊性金属：Sn、Ag、Au、