目前，电子制造正处于从有铅向无铅焊接过渡的特殊阶段，无 铅材料、印制板、元器件、检测、可靠性等方面都没有标准，由于有 铅和无铅混用时，特别是当无铅焊端的元器件采用有铅焊料和有铅工 艺时会发生严重的可靠性问题。 "UMV< \ W胐乞-屓瑌
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有铅焊接向无铅焊接过渡 S!j+Hk *8溵酓Y?
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无铅工艺对元器件的挑战首先是耐高温。要考虑高温对元器件封 装的影响。由于传统表面贴装元器件的封装材料只要能够耐240℃高 温就能满足有铅焊料的焊接温度了，而无铅焊接时，对于复杂的产品 焊接温度高达260℃，因此元器件封装能否耐高温是必须考虑的问题。另外还要考虑高温对器件内部连接的影响。IC的内部连接方法有金丝球焊、超声压焊，还有倒装焊等方法，特别是BGA、CSP和组合式 ;复合元器件、模块等等新型的元器件，例如倒装BGA、CSP内部封装芯片凸点用的焊膏就是Sn-3.5Ag焊接，熔点221℃，如果这样的器 件用于无铅焊接，那么器件内部的焊点与表面组装的焊点几乎同时再熔化、凝固一次，这对于器件的可靠性是非常有害的。因此无铅元器 件的内部连接材料也要符合无铅焊接的要求。 !|a gm> <~.u,%&s?
有铅元器件的焊端绝大多数是Sn/Pb镀层，而无铅元器件焊 端表面镀层的种类很多。究竟哪一种镀层最好，目前还没有结论，因此还有待无铅元器件标准的完善。 j?H5_Me- p䌷CxO瓃^?
无铅工艺对助焊剂的要求，首先由于焊剂与合金表面之间有化学 反应，因此不同合金成分要选择不同的助焊剂。无铅焊剂必须专门配 制。随着无铅进程的深入，由于焊料厂商的努力，无铅焊膏质量有了很大改善。目前的无铅焊点从外观上看已经比前几年有了改善。 _L<"u#`n ??級%?龖
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过渡时期可靠性问题值得关注 3D _@! .I ǎ妊穠l
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无铅焊接可靠性问题是制造商和用户都十分关心的问题。尤其是 当前正处在从有铅向无铅焊接过渡的特殊阶段，无铅材料、印刷板、 元器件等方面都没有标准，甚至在可靠性的测试方法也没有标准的情 d况下，可靠性是非常令人担忧的。现阶段的无铅工艺，特别是在国内 还处于比较混乱的阶段。由于有铅和无铅混用时，特别是当无铅焊端 的元器件采用有铅焊料和有铅工艺时，会发生严重的可靠性问题，这 ''些问题不仅是当前过渡阶段无铅焊接要注意，而且对于过渡阶段的有 铅焊接也是要特别注意的问题。 7_ p^:
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因为铅是比较软的，容易变形，因此无铅焊点的硬度比Sn/Pb 高，无铅焊点的强度也比Sn/Pb高，无铅焊点的变形比Sn/Pb焊点小，但是这些并不等于无铅的可靠性好。由于无铅焊料的润湿性 差，因此空洞、移位、立碑等焊接缺陷比较多，另外由于熔点高，如 .果助焊剂的活化温度不能配合高熔点，由于助焊剂浸润区的温度高、时间长，会使焊接面在高温下重新氧化而不能发生浸润和扩散，不能 形成良好的界面合金层，其结果导致焊点界面结合强度(抗拉强度)差 而降低可靠性。 Mg\:?$> ㄝGV!\?
据美国伟创立、Agilent等公司的可靠性试验，例如推力试验、弯曲试验、振动试验、跌落试验，经过潮热、高低温度循环等可靠性试验结果，大体上都有一个比较相近的结论：大多数民用、通信等领 域，由于使用环境没有太大的应力，无铅焊点的机械强度甚至比有铅 的还要高，但在使用应力高的地方，例如军事、高低温、低气压等恶 劣环境下，由于无铅蠕变大，因此无铅比有铅的可靠性差很多。 @n8gvxy* b蕻洂:?
关于无铅焊点的可靠性(包括测试方法)还在初期的研究阶段。 hB'' LW(` m 佂 阪=(忥
目前正处在无铅和有铅焊接的过渡转变时期，大部分无铅工艺是 无铅焊料与有铅引脚的元件混用。在“无铅”焊点中，铅的含量可能 C来源于元件的焊端、引脚或BGA的焊球。 =5QiR&= j?P??毄
有铅焊料与无铅焊端混用时，有铅焊料先熔，而无铅焊端(球)不 -能完全熔化，使元件一侧的界面不能生成金属间合金层，BGA、CSP一 XFOlVLh: 癏?,?T
侧原来的结构被破坏而造成失效，因此有铅焊料与无铅焊端混用时质 f量最差。BGA、CSP无铅焊球是不能用到有铅工艺中的。 )F(_iJlJuU ?5栩?K
高温对元件有不利影响。陶瓷电阻和特殊的电容对温度曲线的斜 率(温度的变化速率)非常敏感，由于陶瓷体与PCB的热膨系数CTE相差 7 :^ MzT 6?徙亙食?
大，在焊点冷却时容易造成元件体和焊点裂纹，元件开裂现象与CTE 的差异、温度、元件的尺寸大小成正比。0201、0402、0603小元件一 -Fl][Z?8 t?Ex蛷?K
般很少开裂，而1206以上的大元件发生开裂失效的机会较多。 Y_(g\4y ?碄馡撚H
铝电解电容对温度极其敏感。连接器和其他塑料封装元件(如QFP、PBGA)在高温时失效明显增加。粗略统计，温度每提高10℃，潮 2''zfOU 摽�罜`浲
湿敏感元件(MSL)的可靠性降1级。解决措施是尽量降低峰值温度，对潮湿敏感元件进行去湿烘烤处理。
无铅焊料的返修相当困难，主要原因是无铅焊料合金润湿性差、 K0v\温度高、工艺窗口小。无铅返修应注意：选择适当的返修设备和工具，正确使用返修设 C=z % MX凌Y无貗?
备和工具，正确选择焊膏、焊剂、焊锡丝等材料，正确设置焊接参数。无论从环保、立法、市场竞争和产品可靠性等方面来看，无铅化势在必行。目前无铅焊接还处于过渡和起步阶段，从理论到应用都还 b不成熟，迫切需要加快对无铅焊接技术从理论到应用的研究。面临2006 _`g{:=7 ;l|嘈9拤cn
年7月1日即将到来，我们应该做好准备，例如收集资料、理论学习等。 P.NtK>-2 '?葷e 窵
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无铅焊料 9":FcM6 J醅?v3I
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无铅焊接合金成分的标准化目前还没有明确的规定。无铅化的 M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 x丝、波峰焊棒材等100多种无铅焊料，但真正公认能用的只有几种。 最有可能替代Sn/Pb焊料的无毒合金是Sn基合金。以Sn为主， P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。虽然 fSn基无铅合金已经被较广泛的应用，但与Sn63/Pb37共晶焊料相 比，无铅合金焊料仍然存在熔点高、表面张力大、润湿性差、价格高 等问题。 (V MOnyq M齖虵zJQ?
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无铅镀层 Jd!V@\{ 4褑喭挋?"%
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目前无铅标准还没有完善，因此无铅元器件焊端表面镀层的种 类很多。美国镀纯Sn和Sn/Ag/Cu的比较多。日本的元件焊接端镀层种类 比较多，各家公司有所不同，除了镀纯Sn和Sn/Ag/Cu外，还有镀Sn/Cu、Sn/Bi等合金层。由于镀Sn的成本比较低，因此采用镀Sn工艺比较多， 但由于Sn表面容易氧化形成很薄的氧化层，加电后产生压力，在不均 匀处会把Sn推出来，形成Sn须。Sn须在窄间距的QFP等元件处容易造成 zj`RzaE s?k夲7罼
短路，影响可靠性。对于低端产品以及寿命要求小于5年的元器件可以 #镀纯Sn，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 PMz]s\@R )\怀ギ?
厚度约为1μm以上的Ni，然后再度2μm～3μm厚的Sn。
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推进无铅焊接应 :n}@{ CCG V阣 �崙
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虽然国际国内都在不同程度地应用无铅技术，但目前还处于过渡 9 和起步阶段，从理论到应用都还不成熟，没有统一的标准，对无铅焊 接的焊点可靠性还没有统一的认识，因此无论国际国内无铅应用技术都非常混乱，大多企业虽然焊接材料无铅化了，但元器件焊端仍然有铅。究竟哪一种无铅焊料更好，哪一种PCB焊盘镀层对无铅焊更有利，哪一种元器件焊端材料对无铅焊接焊点可靠性更有利，什么样的温度曲线最合理，无铅焊对印刷、焊接、检测等设备究竟有什么要求等等 u都没有明确的说法。总之，对无铅焊接技术众说纷纭，各有一套说法、各有一套做法。这种状态对无铅焊接产品的可靠性非常不利。因此目前迫切需要加快对无铅焊接技术从理论到应用的研究。 ` Rw_E9 E?S輛<衠
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有铅与无铅混用问题举例 YtT<D"# : r柡0蝏蔘?
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首先，有铅工艺遇到无铅元器件。
有的SMT加工厂，虽然还没有启动无铅工艺，但是也遇到了无铅 元器件，特别是BGA/CSP和LLP。有的元件厂已经不生产有铅的器件了，因此采购不到有铅器件，这种知道采购的器件是无铅的情况还 不可怕，因为可以通过提高焊接温度，一般提高到230℃～235℃就可以。还有一种措施可以采用无铅焊料和无铅工艺，因为目前过渡阶段普遍情况是无铅焊料和有铅焊端混用，其可靠性还是可以被接受的。但是最糟糕的是无意中遇到了无铅元器件，生产前没有发现，生产中还是采用有铅焊料和有铅工艺，结果就非常糟糕，因为有铅焊料和无铅焊端混用效果最差。
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第二，波峰焊问题。 "U{Nl"HGb~ 枸cu橭-黿
波峰焊问题比较多，例如目前有铅工艺遇到无铅元器件；无铅工 艺的插装孔、导通孔不上锡；分层现象较严重；桥接、漏焊等缺陷多； 锡锅表面氧化物多等。
解决措施可以从以下几方面考虑，首先备料。备料要注意元器件 o的焊端材料是否无铅，如果是无铅元器件，一定要弄清楚是什么镀层材料，特别是BGA、CSP和新型封装的器件，例如LLP等。
目前无铅标准还没有完善，因此无铅元器件焊端表面镀层的种类 7很多，例如日本的元件焊端镀Sn/Bi层，如果焊料中含有铅，当 ug铅含量<4wt%时，Bi会与铅形成93℃的低熔点，影响产品可靠性， 因此镀Sn/Bi的元件只能在无铅焊料中使用。
其次物料管理。对于有铅、无铅两种工艺并存的企业，务必注意制订严格的物料管理制度，千万不能把有铅、无铅的焊膏和元器件混 淆。 0H6/{v^4o 8邒?魂?
此外，无铅印刷要提高印刷精度，提高贴片精度，严格控制温度曲线，尽量降低峰值温度。
