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電子產品無鉛焊接的特點及工藝控制

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瀏覽:- 發布日期:2020-09-02 09:05:15【

電子產品無鉛焊接的特點及工藝控制-PCBA方案

一、無鉛工藝與有鉛工藝比較

通過無鉛、有鉛比較,正確認識無鉛技術

(a)無鉛工藝技術并不是高不可攀的技術,因為基本原理、工藝方法與有鉛技術是相同的。

(b)但由于無鉛的焊接材料、元器件、PCB都發生了變化,1 因此工藝參數必須隨之改變.主要變化是溫度高、工藝 窗口小、潤濕性差、工藝難度大,容易產生可靠性問題, 因此要求比有鉛時更加重視理論學習、工藝技術研究、j 工藝實踐,尤其要掌握關鍵技術:印、焊.

(c)進行設備改造或購置必要的焊接設備

(d)提高管理水平

二、無鉛焊接的特點

高溫、工藝窗口小、潤濕性差 

從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點 

63Sn37Pb鉛錫焊膏再流焊溫度曲線 

三、無鉛焊接再流焊溫度曲線

四、有鉛、無鉛再流焊溫度曲線比較

五、從再流焊溫度曲線分析無鉛焊接的特點及對策

1、熔點高,要求無鉛焊接設備耐高溫,抗腐蝕。要求助焊劑耐高溫。

2、無鉛焊接的工藝窗口比鉛錫焊膏小,要求PCB表面溫C度更均勻。要求焊接設備橫向溫度均勻a.25-110°C/100-200sec,110~150°C/40~70sec,要求緩慢升溫,使整個PCB溫度均勻,減小PCB大小元器件因此要求焊接設備升溫、預熱區長度要加長。

b.150~217°C/50~70sec快速升溫區(助焊劑浸潤區)。

有鉛焊接從150°C升到183°C,升溫33°C,可允許在30-60sec之間完成,其升溫速率為0.55~1°C/sec;而無鉛焊接從150°C升到217°C,升溫67°C。只允許在50~70sec之間完成,其升溫速率為0.96^1.34°C/sec,要求升溫速率比有鉛高30%左右,另外由于無鉛比有鉛的熔點高34°C,溫度越高升溫越困難,如果升溫速率提不上去,長時間處在高溫下會使焊膏中助焊劑提前結束活化反應,嚴重時會使PCB焊盤,元件引腳和焊膏中的焊料合金在高溫下重新氧化而造成焊接不良,因此要求助焊劑浸潤區有更高的升溫斜率。?

c.回流區峰值溫度235°C與FR-4基材PCB的極限溫度(240°C)差(工藝窗口)僅為5°C。如果PCB表面溫度是均勻的,那么實際工藝允許有5°C的誤差。假若PCB表面有溫度誤差>5°C,那么PCB某處已超過FR-4基材PCB的極限溫度240°C,會損壞PCB。對于簡單的產品,峰值溫度235-240°C可以滿足要求;復雜的產品需要提高到260°C。但是在實際回流焊中,如果最小峰值溫度為235°C,最大峰值溫度取決于板面的溫差,它取決于板的尺寸、厚度、層數、元件布局、Cu的分布以及元件尺寸和熱容)量。擁有大而復雜元件的大、厚印制板,典型高達20^25°C。為了減小,滿足小的無鉛工藝窗口。爐子的熱容量也是很重要的因素。要求再流焊爐橫向溫差<2°C,同時要求有兩個回流加熱區。

d.由于焊接溫度高,為了防止由于焊點冷卻凝固時間過長,造成焊點結晶顆粒長大;另外,加速冷卻可以防止產生偏析,避免枝狀結晶的形成,因此要求焊接設備增加冷卻裝置,使焊點快速降溫。

e.由于高溫,PCB容易變形,特別是拼板,因此對于大尺寸的PCB需要增加中間支撐。

f.為了減小爐子橫向溫差釆取措施:帶加熱器的導軌、選用散熱性小的材料、定軌向爐內縮進等技術。

3、浸潤性差

六、無鉛焊對PCB板焊盤設計的改進要求

PCBA方案

1、插件元件接地或接電源焊盤改進

1個接地或接電源的插件元件焊盤,其四周皆接地, 熱量經大銅箔急劇散熱,在有鉛時因焊接要求的溫度低和熱容量小,對焊接影響不大;但進入無鉛焊后,焊接要求的溫度高和熱容量大,無鉛焊錫的潤濕性和流動擴散性差,使焊錫融熔不充分,造成冷焊虛焊,焊點壽命也會降低;因此, 要求設計成的焊盤,只通過焊盤一端接地。因無鉛手工焊和波峰焊溫度高,高溫下無鉛焊錫會腐蝕銅箔,特別是焊接時間越長時。

2、貼片元件接地或接電源焊盤改進無鉛焊接的回流焊溫度提高,無鉛焊錫熔化時的熱容量和張力的變大,當貼片元件的焊盤是接地或接電源大銅箔的一部分時,會在回流焊時因元件的兩焊盤上的焊膏熔化時間差導,致元件豎立或翹起和虛焊顯著增加。

3、PCB板工藝推薦和局部波峰焊接介紹

1)只要整機安裝可能,板面尺寸設計可大些,以便能使用“單面貼片+插件波峰焊”工藝,從而減少工藝過程,提高質量,降低成本。

2)要求技術中心對PALM機主板/TV主板等其他須雙面貼片的板子按局部波峰焊接進行設計,從而在批量生產時使用局部波峰焊接。同時,試產和小批量的產品可考慮使用選擇性波峰焊。 

3)局部波峰焊接介紹:利用人造石等制作波峰焊托板,將不須焊接的部位屏蔽掉,讓插件元件引腳露出來,使用傳統的雙波波峰焊完成插件元件的焊接。

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