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在2005年，我曾谈到向后兼容的混合合金（SnPb和无铅）回熔焊接问题，重点是球栅阵列（BGA）。我那时说，对于同一个电路板装配线（PCBA），SnPb合金和无铅合金会有一段共存的过渡时期。我不希望出现这种情况，但是，我想这是无法避免的。在多数情况下，使用SnPb焊料来焊接无铅组件不会导致焊接或者可靠性的问题。大多数的无铅表面的处理，能够与SnPb焊料向后兼容──但是，SnPb焊料和无铅BGA是例外，这种组合存在风险。
在向后兼容的情况下，用SnPb焊料来焊接无铅BGA封装器件，是人们关心的主要问题。当无铅BGA用SnPb焊膏和一个标准SnPb回熔温度曲线进行回熔焊接时，BGA上的无铅焊球不会完全熔化。SAC (SnAgCu)合金的熔点大约是217℃，而SnPb回熔温度曲线的温度峰值通常是220℃。因此产生的问题显而易见：BGA上的SAC合金焊球要么部分熔化，要么根本不熔化。从可靠性的角度看，这两种结果都是严重的问题。
关于用SnPb焊料焊接无铅BGA现在出现了两种意见。在最近的SMTA国际会议上，我和同行讨论了这个问题，大约三分之二的人认为，只要温度和驻留时间是正确的，就可以接受。在2005年SMTA国际会议的开幕典礼致词中，Paul Vianco博士说，“研究表明， SnAgCu焊料均匀地含有重量不到20%铅的污染物，疲劳寿命不会低于锡铅焊料。然而，在无铅焊接点（尤其是BGA连接点）中，如果铅的分布不均匀，可能会明显地降低可靠性。”
根据我的观察，我认为，无铅BGA完全可以成功地用SnPb进行焊接，因为，我可以用一个无铅回熔温度曲线稳定地做出同样的焊点。不过，这种组合在可靠性方面确实可能存在着严重的问题。在没有彻底了解回熔焊接过程和系统分析焊点从而确认结果是可以接受之前，我们不应该做这样的尝试。可以用BGA端子显微镜来检查焊点的形状、大小和表面纹理，可以用X射线检查气泡，并检查焊点形状和大小。利用剖面可以确认焊点是均匀地形成的。
我注意到一个特殊的问题——1.0mm和微间距BGA出现过多的气泡。间距较大的BGA（1.27mm），气泡很少。为什么在微间距BGA上经常会出现泡，这仍然是一个谜。在回熔焊接过程中，从熔化的焊料中排除助熔剂会产生气泡。在回熔焊接曲线中，如果保持恒温时间充足（60到120秒），可以在焊料熔化之前，让助焊剂挥发掉。导致气泡的其他因素有：焊料在熔化后的表面张力、焊料和贱金属氧化、焊膏印刷的厚度、未填满的微通孔和基板表面的处理。
不知道BGA焊球已经转到无铅合金，或者是由于存货管理方面的问题，最令人感到担忧：用SnPb焊料来回熔焊接无铅BGA而又没有提高焊接的温度。有几种预防措施可以减少这种情况发生：
● 提高对这个问题的认识程度；
● 留意供应商的产品变化的通知（PCN） ；
● 用最新的组件说明书，无铅BGA要有标志；
● 无铅BGA使用特别的组件号，并更新材料清单；
● 把仓库和车间里的无铅BGA单独分开；
● 在生产装配操作指南中增加特殊的注释和标志。
我们还必须做好准备，能够应付使用SnPb 焊料焊接无铅BGA的情况。这种情形令人生厌，但很有可能会发生。当遇到这种情况时，有以下几种选择：
● 拒绝制造这种电路板组件（PCBA）；
● 在BGA上用SnPb焊球；
● 说服供应商提供使用SnPb的器件；
● 确定并使用无铅回熔焊接温度曲线。
关于无铅回熔接的温度曲线，人们关心两点。与标准SnPb回熔焊接温度曲线相比，工艺窗口窄得多，SnPb组件上的温度会超过典型的峰值额定温度230℃。无铅回熔过程是可以实现的，但是很复杂，而且并不是没有风险。如需要参考资料，请与作者联系。
作者简介
Robert Rowland是SMT杂志顾问委员会的成员，也是一名讲师，也是“实用表面贴装装配”的作者之一。目前，他在RadiSys公司担任工艺工程经理，他还是SMTA国际负责技术会议的总监。此外，他积极参与表面贴装装配，曾得到SMTA创始人大奖。电话：（1）503-615-1354，电邮地址：rob.rowland@radisys.com。 |
