无铅制程导入面临问题及解决方案

1 引言

实施无铅化电子组装，许多企业并不主动，而是在各种压力下才转为无铅化生产。外来压力主要包括法令规定、环保要求、市场利益、用户需求、有害物质回收处理和无铅技术方面等。

无铅化电子组装实施5步法，即：（1）选择正确的物料和设备，（2）定义制程工艺；（3）建立可靠的制程工艺：收集分析数据，排除制程中缺陷；（4）执行无铅化生产：生产开始后仔细跟踪制程并作必要的调整；（5）控制并改进制程：持续不断的跟进、监控和分析数据，并良好控制整个制程。

2 物料选择

2.1 PCB

无铅化制造中涉及许多与PCB有关的问题，包括设计、材料和工艺等，特别需要关注和控制的问题有：可焊性及热过程中可焊性的退化问题；较低CTE基材选用问题；合适的焊盘涂层材料选择问题；焊接过程中大尺寸PCB下垂变形问题；高温下基板z轴的热膨胀系数导致通孔可靠性问题；基材高温分解引起的可靠性问题；基材吸水后在高温再流过程中可能导致的内部分层、玻璃纤维和树脂界面接合的退化问题；另外还有兼容性和长期可靠性问题。

2.1.1 基材

对于简单产品，焊接温度为235－240摄氏度，对于大热容量的复杂产品，可能需要260摄氏度高温才能满足要求，传统PCB基材大量使用溴化环氧树脂等含卤素聚合物的阻燃材料（含PBB和PBDE），在无铅工艺高的焊接温度下可能出现不可接受的变色、起皮和变形，而且容易释放出高毒性物质（如二恶英等致癌物），另外焊接温度升高，由于材料的CET不匹配，尤其是Z方向，易造成多层结构的PCB金属化孔镀层断裂，一般玻璃转化温度Tg前后，都要求有较低的CTE，如图1中B为合适的材料选择。

常用FR4的Tg在135摄氏度左右，Tg下树脂、玻璃纤维的CTE与Cu（16×16－6/k）相似，而在Tg－260摄氏度间Z轴CTE较大，（80－90×10－6/k），基于外观要求、设计难度和绿色制造等理由，无铅化用PCB应转向使用Tg较高的FR4、FR5或CEMn基材有助于降低不匹配产生的应力，但后两者成本较高，表1和图2为不同钎料焊接温度对PCB基材的性能要求。Td为分解温度/层压分离温度，定义为材料重量损失5％时的温度，无铅工艺中业界提出将Td改为质量减少2％的温度，如图中Td为220摄氏度和260摄氏度，除了表中对PCB分解温度的要求外，无铅后PCB还要求一个参数T288，含义为温度在288摄氏度时PCB能保持它的强度多长时间，IPC最近公布的FR4标准草案中为15min，此外在电镀前还需除掉孔内侧树脂/玻璃纤维，以增强金属化孔臂与多层板的结合力，凹蚀深度一般为13－20μm，镀铜厚度为25μm以上（CEMn指由表面和芯部不同材料构成的刚性复合基敷铜箔层压板）。

目前市场上出现一种高Tg的环保型材料，以含磷环氧树脂取代溴化环氧树脂作主体树脂，以含氮酚醛树脂取代传统的双氰胺作固化剂，通过添加阻燃助剂或氮和磷的作用提高产品的阻燃性，这种环保性材料比传统型材料有以下优点：卤素含量低于0.09％（即无氯素板），具有优良的耐热性能（Tg为175摄氏度左右）和低的吸水性，Z轴热膨胀系数低，介质损耗低，可靠性高，另外，在强度硬度及热应力方面，环保型材料比传统的性能要好。

2.1.2 预焊剂

传统PCB表面预焊剂处理是用有机溶剂将松香系变性树脂溶解，经于铜箔反应形成铜与咪唑的络合物而起到防锈效果。无铅化之后，需采用新型咪唑衍生物做成高耐热性水溶性预焊剂，其热解温度和防氧化能力需好于传统的性能，比如松下公司研制的K型强耐热性预焊剂，热稳定性可达350摄氏度，而其原来的T型预焊剂热稳定性仅为250摄氏度。

2.1.3 焊盘涂层材料

印刷电路板焊盘表面涂层主要起到两个作用：防止铜导线和焊盘氧化，保证焊盘可焊性，PCB表面无铅化涂层材料包括Sn、Ag、Bi、Pd、SnAg、SnBi、SnCu、Sn/Ni、Au/Ni、Pd/Ni等。表2为主要的有铅和无铅PCB焊盘表面涂层材料比较，图3为具有良好平整度的无铅钎料HASL涂层表面。

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2.2 元件

无铅制程导入过程中碰到的问题有相当比例与元件质量有关，无铅制造中需改善元件的封装材料和封装设计，避免高焊接热对元件所造成的热冲击，确保元件质量。

2.2.1 设计

速度封装从安装可靠性方面观察，密封树脂吸收空气中的水分，再流焊时高温使分水变成蒸气而产生膨胀，导致芯片、焊盘和树脂之间分层，如图4所示，随着无铅化工艺的应用，元件急需解决的两个问题：一是封装内水蒸气压增加，二是各部结构材料之间的热膨胀差距扩大，解决措施就是通过新的结构设计和工艺技术进行性能改进，或根据表3元件封装所能承受的峰值温度来尽量降低焊接峰值温度。

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另外对于片式元件开裂现象，与温度、CTE差异，元件尺寸等成正比，陶瓷电阻和特殊的电容对温度曲线的斜率非常敏感，陶瓷体与PCB的热膨胀系数相差很大，在焊点加热或冷却时容易造成元件体和焊点裂纹，最好采用RTS温度曲线在降低开裂发生率。对于0201、0402和0603小元件一般很少开裂，而1206以上的大元件发生开裂机会较多。

2.2.2 湿气敏感性

无铅焊接较高的再流温度对塑料封装元件的湿气敏感性等级要求十分严峻，由敏感性引发的产品焊后分层、爆裂等，会严重影响电子组装的可靠性，必须按照敏感性元件的存储、使用和管理要求进行严格控制，另外还需对湿气敏感性问题重视和了解，一方面强化对供应商的控制，一方面当出现问题时可有效的解决。元件湿气敏感等级要求可以参考相关标准：JEP113为湿气面干性元件符号和标识，J－STD－033A为湿气敏感集成电路元件的分级和处置，JEDEC A113为可靠性实验前塑封元件的预处理，表4为非气密性固态表面贴装元件的水汽/再流敏感性分级，实践证明，温度每升高10设施度，MSL的可靠性降1级，有效防止措施为提前预烘烤并尽量降低焊接峰值温度。

2.2.3 可焊性

元件无铅化就是要引线和焊端部分涂层材料无铅化，无铅焊接对元件表面涂层的要求为无铅、抗氧化、耐260摄氏度高温，与无铅钎料生成良好的界面合金，元器件焊端或引脚表面涂层材料有Sn、SnBi、SnCu、SnAg、SAC、Sn/Ni、Au/Ni，Pd/Ni、Ag/Pd，Au/Pd/Ni等，主要涂层材料为Sn、SnCu、SnBi、SnAg和预镀NiPd/NiPdAu。所有高锡含量替代方案都产生焊须现象，存在可靠性风险。

2.2.4 元件标签

JEDEC标准JESD97对标识、符号、识别无铅组装的标签、组件和器件都有规定，要求在内包装和外包装盒上都要打上标签，明确显示包装内的产品符合RoHS指令，或者说是无铅的，图5标签显示了带有特殊无铅字符的部件编号，同时还有表示无铅的符号，标签还显示该部件可采用260摄氏度的再流焊，并通过了3击潮湿敏感等级（MSL）的认证。

2.3 钎料

传统共晶钎料的替代方式有无铅钎料、导电粘合剂（ECA）和嵌入式芯片，无铅钎料技术相对比较成熟，而后两种由于技术和成本问题，暂时没有得到广泛推广。无铅钎料选择应考虑以下几个问题：熔点低，润湿性好、成本低、易成形，抗氧化，兼容性和可靠性好等，由图6可以看出，目前使用较多的无铅钎料有Sn0.7Cu，Sn3.5Ag和SAC3种，SnZn和SnBi等也用于部分场合，图7和8显示了无铅钎料高熔点、低润湿性特点，表7为无铅钎料应用于不同焊接方法的推荐温度，另外，主要几种无铅钎料相对密度减小12.5％，热传导率减小34％，热膨胀系数增大11％，并且会形成Ag3Sn和Cu6Sn52种金属间化合物（如图9）及锡的枝状晶体。

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无铅化组装中，建议各种焊接方法使用同一合金，不但可以降低波峰焊时的二次再流风险和材料管理风险，而且可以防止Pb等有害物质的污染。

2.4 焊剂

无铅化后焊剂的成分发生了改变：新的催化剂成分（高的活化温度），新的树脂成分（低的分解率），新的热稳定凝较剂（减少塌陷），新的表面活性剂（增强可焊性）及更高温度的抗氧化剂。在焊剂选择时，不同的合金应该选择不同的焊剂，以防止化学反应，考虑因素有合金种类、焊接环境，焊盘和元件镀层等。

用于无铅钎料的新型焊剂的开发集中于无松香、无VOC的环保产品，而且是水溶性或免清晰的。由于无铅软钎焊工艺中去除的对象还是Sn的氧化物等。因此现有的焊剂仍然使用，只是由于温度的升高需要注意防止黑色焊剂残渣的形成，表6为改进的载体配方，其中松油醇、丁基卡必醇醋酸脂和柠檬酸三丁脂中的松油醇挥发性最强，柠檬酸三丁脂最弱；混合溶剂的挥发基本符合亨利定律，即溶液中混合酸溶剂的相对含量决定了其蒸气压的相对比值，合理调整三者的相对含量，可以获得不同层次挥发特性的有机载体；少量的添加剂对挥发性几乎没有影响，但是能极大地改变载体的各种性能。

免清洗焊剂代替松香基焊剂及溶性焊剂，有利于实现益于环保的免清晰工艺并节省生产成本。醇基免清洗焊剂对焊接温度特别敏感，不适合230－260摄氏度的高温焊接，分解将会显著增加，产生大量烟雾和凝结物，并且残留物易于发生聚合变硬，阻碍探针测试，并且挥发性有机化合物（VOC）的散发会对臭氧层形成破坏作用，无VOC新型水基免清洗焊剂已成功开发，其活性剂和化学物质在水中的反应活性比醇中高，且在改善残留物和提高可焊性方面比醇基更优。

2.5 焊膏

焊膏是将合金粉与粘性很高的焊剂混合而制成的膏状物，一般需具备以下性能：漏印中透过性好，印刷后粘度保持时间长，无塌边现象，可焊姓好，锡球飞溅少，满足在线电性能测试、焊剂残渣可靠性高（通过SIR和电迁移测试）、清洗性好、性能经时变化小，低固溶免清洗焊膏选择标准为：焊后无残留物、无腐蚀，板面干净且不粘手，有足够高的表面绝缘电阻，离子残留满足免清洗要求，不易发生焊球、桥连等缺陷，无毒及严重气味，无环境污染。

无铅再流焊过程中，焊剂较难润湿合金粉和焊盘及引脚，焊接缺陷率比传统工艺中要高，建议在制程导入之前，对无铅焊膏进行一系列工艺测试：黏着性测试，冷热塌陷性测试，典型温度曲线在空气和氮气下的焊球测试，不同表面镀层材料润湿铺展测试，另外焊膏存储温度、湿度及存储时间要严格参照技术说明。

3 设备与工艺 

3.1 焊膏印刷工艺

无铅焊膏由于焊剂含量高、缺少铅的润滑作用，与有铅焊膏相比，是率降低了15％，扩散率由90％以上降低至73％－77％，有铅焊膏对工艺参数的变化相对不敏感，而无铅焊膏却依赖性很大。 无铅工艺中，丝网最好用聚脂网，钢网最好用304不锈钢，钢网制作方法多采用激光切割，许多因素会影响孔的位置精度和尺寸精度，包括设备精度及磨损、激光灯的老化、切割过程的温度和张力等。

随着元件的小型化，钢网厚度越来越薄，开孔尺寸也越来越小，为了增加焊膏释放率，一般采用电铸方法制作，并选择印刷精度较高的全自动焊膏印刷机，保证焊点覆盖焊盘的覆盖率达90％以上，还需选用适当的合金类似，一般为3号粉、合金含量为88.5％－89.5％的焊膏，增加金属沉淀率。

采用统一的文件格式，比如GERBER光绘文件来作为制作金属模板与PCB的共同文件，可以提高金属模板与PCB对准精度，此外，其对准精度除了与印刷机的定位精度有关，还与PC本身的位置精度有很大关系，因为PCB制作工艺的收缩和进行焊接过程中发生收缩，会影响第二面的印刷精度。

高速印刷与PCB板的板上焊膏成型的清洗度没有任何关系，有两个参数等更好的描述焊膏印刷性能，即流变系数和粘度不恢复率，高的流变系数意味着焊膏在高剪切率下更容易变稀，低的粘度不恢复率意味着焊膏在剪切力消除后粘度恢复的时间更短，可以理解为抗塌陷性好，粘度测试可参考标准JIS Z－3284。

为了提高焊膏释放率，建议印刷速度放快、刮刀压力调高，以实现对模板表面顶侧充分印刷，且刮刀压力的起点为每线性英寸印刷区域10.34－13.79kPa。但印刷工艺参数调节并不是一个简单的平面关系，如图10所示无铅焊膏的工艺窗口，而是一个空间关系，具体调节时要根据实际情况来优化。

图11为实际无铅焊膏印刷效果，释放率较低，需考虑模板开口的设计，由于无铅焊膏的扩散性不如有铅焊膏，模板孔径于焊盘孔径比恢复到1：1或更大：对于间距大于0.5mm的元件，一般采取1：1.02－1.10的开口比例；对于间距5mm的元件，一般采用1：1的开口比例，图12为印刷模板开孔设计示例。 为了实现量好的焊膏印刷体积和图形质量，根据IPC－7525要求，必须保证按照图13，模板开孔最小宽度与模板厚度比W/T＞1.6（SnPb为1.5）模板开孔面积比大于0.71（SnPb为0.66）对于0402、0201等小元件，为了防止墓碑或锡珠现象的产生，需对焊盘形状进行如图14所示的修改，此外，还需加大模板擦试频率，选择擦试或超声波清洗方式，选用对应焊膏的清洗剂，若无特殊要求，可选用酒精和去离子水。

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3.2 元件五贴装工艺

贴片过程中，无铅元件的电极颜色比有铅的暗，元件识别条件值应特别注意，才能保证高的贴装率。另外，由于无铅钎料润湿性差、自矫正作用小，为了保证元件在焊接位置的正确性须提高贴装精度，对于1005元件，其宽度为0.5mm，如果元件焊接宽度要求为元件宽度的2/3，那么元件左右偏移最大值为0.16mm。但是元件在焊盘上纵向偏移时，不能超过0.05mm，否则容易造成立碑缺陷，尤其是在氮气环境中，选用贴片精度在±0.05mm的全自动贴片机，才能保证元件的焊接质量。

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3.3 再流焊设备与工艺

3.3.1 设备特点

如图15所示，无铅钎料的高熔点、低润湿性导致工艺窗口变小，质量控制难度相应加大，为满足无铅焊接要求，再流焊设备应该具有以下特点：更高的加热温度和效率；更好的温度控制精度（±1摄氏度）和温度均匀性（ΔT2≤摄氏度）；更多的加温区数，具有可控的冷却系统、焊剂过滤及管理系统、氮气保护系统及实时温度控制功能。温区选择时一般统推荐使用8温区（双焊接区）。对于大重型组建最好使用8温区以上（三焊接区）。更多的温区，曲线调节灵活，传输速度快，生产加工能力强，对于大重型组件，还需有中央支撑以防止PCB变形。

3.3.2 温度曲线特点

温度曲线的设定除了参考焊膏推荐商的温度曲线参数外，还要考虑电子元件的耐热性问题及实际焊接质量问题，图16示温度曲线形状有RSS和RTS两种，无铅焊接优选RTS曲线形状（帐篷形）。这是因为帐篷形温度曲线具有以下特点：（1）减少PCB上最冷与最热元件之间的温差，提高温度均匀性，有助于减少桥连、焊球、竖碑、芯吸及焊珠等缺陷；（2）合理升温速率控制在0.5－2摄氏度/秒之间，最好为1.0－1.5摄氏度/秒，过大会导致合金粉末向外飞溅，过低则焊剂由扩撒取代快速蒸发产生爆破，避免产生锡球，但会导致熔化前的热输入增加，在强制热风对流加热方式中合金粉末氧化严重，导致润湿不良。

热塌陷与热扰动效应为焊膏的本质特性，它们为温度的函数，导致粘度下降，溶剂蒸发效应为一动态现象，其为温度和时间的函数，导致粘度升高，对焊膏的塌陷起到一定的作用，图17为两种物理变化对焊膏粘度影响示意图。采用帐篷形曲线降低升温斜率，有利于溶剂更多蒸发而抵消分子热振动带来的影响，当升温斜率足够低时，焊膏粘度反而会随着温度的升高而增加，从而减少或抑制塌陷。

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3.3.3 热电偶联结方式

温度曲线测试仪用来绘制温度曲线，K型热电偶常用来进行温度采集，由于热滞后性通常设定为2s或4s，采样周期一般为0.1s、0.2s，0.4s，0.5s或更高，通过SR232接口与计算机相连，测温线直径需尽可能小，一般为0.12mm，形状为片状，其时间常数小、相应快，得到的结果精确。为了得到准确的温度曲线，还要注意正确的放置热探头位置，尤其是要注意BGA、FC等元件的测试，图18为BGA元件热电偶探头接触位置。

IPC－7530标准提供了热电偶的联结方法，热电偶接触有4种方法：高温钎料联结，铝带联结，Kapton tape联结和传导树脂联结。高温钎料最可靠。重复性最好，铝带可靠好，但重复性差一点；Kapton tape是一种热传导很好的电带，但可靠性和重复性均差一点，传导树脂可靠性一般，但重复性很差，高温钎料与热电偶探头联结方法如图19所示。

3.3.4 氮气保护

氮气保护可以改善无铅钎料润湿性，降低了焊点内部的空洞率，形成良好圆角，提高了焊点拉伸强度，随着氧含量的降低，焊点拉伸强度升高，但在极低氧含量下由于出现芯吸现象，焊点拉伸强度反而降低。 氮气保护不是必须而是被推荐采用，一般在以下几种情况下使用：客户需求，配合免清洗工艺，实际组合材料的可焊性较差，对于性能较差的焊膏，氮气保护对焊点质量影响效果明显，推荐实际生产中采用氮气保护，反之亦然。氮气有利于无铅焊接生产工艺，但也会带来额外的成本，固需正确的使用，推荐实际生产中氧含量控制在7×10－4－10×10－4之间，为防止竖碑现象，氧含量应小于3×10－4或大于100×10－4。

3.3.5 可控冷却速率

液态温度以上时间（TAL）和焊接峰值温度决定金属间化合物的形态和厚度，可控的冷却速率可控制液态温度以上时间，快速冷却可以细化晶粒，提高强度，防止偏析，增强可靠性，避免Ag3Sn和Cu6Sn5等树枝状结晶的形成（如图20），还降低了产品焊后的出炉温度，但快速冷却容易产生较大应力对元件和组装板不利，一般推荐冷速在3－6摄氏度/秒之间。

3.3.6 更先进的炉温控制技术

随着元件密度增长和工艺窗口变窄，寻求一个工艺曲线可以满足这样的组件和工艺，特别是大尺寸、横向温差也较大的PCB是一件很不容易的事，就需要更先进的炉温控制技术，比如KIC炉温测控系统等，对工艺进行优化和控制。

3.4 波峰焊设备与工艺

波峰焊是借助于机械泵使熔融钎料不断垂直向上地朝喷嘴涌出，形成20－40mm高的波峰。钎料以一定压力和速度作用于电路板完成焊接过程。图21为传统波峰焊工艺转变的参数变化，除了传输速度减小外，其他参数均大于或相似于传统工艺。

3.4.1 焊剂除覆系统

免清洗焊剂普遍应用于无铅化电子组装中，其溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇和丁醇（见条6）固体含量低于5％，一般为2％左右，发泡式涂覆方式缺乏过程控制、溶剂蒸发严重，比重很难控制，易造成非均匀形核，常需要标定焊剂比重（多为0.808－0.815μg/cm3）及更换焊剂。由于醇基焊剂的挥发对环境不利，目前市场对无VOC水基免清洗焊剂的需求较大，采用喷雾方式效果较好。

水基焊剂由于成本高，要求更少的剂量，减少了30％，并需增强的喷雾法使雾滴更加细小，得到平稳的焊剂分布，传统喷雾方式基于空气压力调整，喷嘴直径0.6－1.0mm，为了降低喷涂量而使用细喷嘴容易发生堵塞。附带超声装置的喷嘴自带有雾化作用，喷嘴直径一般在2.54mm左右，不易堵塞。

焊剂涂覆量和均匀性对于焊点质量非常重要，涂覆量的检测一般可采用称质量法，单位为μg/cm3，普通焊剂流量通过手动流量调节阀来调节，先进焊剂流量通过精密机械泵来控制，涂层厚度可控制在1.5μm左右，涂敷均匀性一般采用两块金属板夹住一具有化学敏感性的纸张（一般选择传真纸），面向喷雾设备的金属板预先开好特定的焊盘孔，进行喷雾过程后根据纸张上颜色或灰度值大小进行判断涂敷的均匀性以及是否有严重的重复涂敷。对于无铅高密度组装要求，还需减小喷射角度以更好地浸透过孔壁，一般选择45度较好。

3.4.2 预热系统

图22为无铅与有铅波峰焊工艺曲线对比，无铅波峰焊预热区温度爬升斜率一般小于2摄氏度/秒，温度由110－130摄氏度升高为120－150/160摄氏度，预热区长度由1.2m增加至1.5m或1.8m，用以满足预热温度比波峰温度低100摄氏度的基本原则，如果PCB在高的预热温度下易发生变形，则采用较低预热温度，为了保证充足的预热就需较长的预热区，PCB上表面最高预热温度有铅工艺一般为110摄氏度，无铅工艺一般为130摄氏度，对多层板预热不足时，有必要安装顶部预热单元。

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图23为不同预热方式，不锈钢发热管发热不均匀，热冲击大，而且容易引起PCB上滴落焊剂着火。红外预热采用热板式或高温烧结陶瓷管或波长为2.5－ 5μm的远红外射线管加热，水基免清洗焊剂挥发相对醇基额外需要50％的能量，使用红外预热技术效果较差，强制热风对流技术最有效的方法，其具有良好的温度均匀性 并且加快焊剂的挥发，减少焊后残余。

3.4.3 波峰喷嘴

混装工艺中由于表面组装元件没有通孔插件那样的安装孔，焊接产生的气体无处散逸，加上贴装元件有一定的高度和宽度，且组装密度较大（5－8件/cm2），易产生评比效应，为此开发双波峰方式，前波较窄，波高宽比大于1，峰端有2－4排交错排列的扰动小波峰，利于气体排放，实现相同浸润，且垂直向上的力防止遮蔽效应，后波为双向宽平波，一般6－10mm，可以去除多余钎料，消除毛刺、桥连等缺陷，还可调节波型保证印刷电路板在流动速率最小点处脱离钎料波峰，进行最大限度地抑制桥连和毛刺等焊接缺陷的产生。

无铅波峰工艺中，焊炉温度升高到255－265摄氏度，温度控制精度小于±2摄氏度，波峰与预热区之间温度差不大于100摄氏度，两波峰之间温度跌落不超过50摄氏度，高可靠产品不超过30摄氏度，为了满足以上工艺要求，波峰与预热区之间安装热补偿设备，两波峰喷嘴距离缩减到70mm或60mm，两波峰之间距离缩减到30mm。此外，无铅工艺中还要求扰动波接触时间为0.8s，平波接触时间为3.5－4s，最小也不得低于3s，相比传统0.5s和2.6s而言，焊接时间延长，图24和25为相应的双波峰喷嘴已单波峰喷嘴结构的改动，其中扰流波变为3排或4排孔。

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无铅钎料氧化严重，波峰喷嘴需进行防氧化和氧化渣分流设计，新型波峰焊喷嘴结构如图26所示，全新的锡渣分离设计，使氧化渣自动聚积流向边缘，流动波峰部位无飘浮的氧化锡渣，通过逐步优化喷嘴，使实际钎料波接近于最佳流动特性，从而使锡球出现率降低最低程度，使用氮气时效果更明显，此外，钎料槽维护与清洗工作也得到了很大的改进。

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3.4.4 波峰高度

波峰高度对焊接质量有很大影响，波峰焊时，通孔元件插装孔内上锡不足，高度达不到75％板厚要求，如图27，形成原因除焊盘孔径设计、焊剂选择和部分工艺参数设计外，还与过低的波峰高度有关，但波峰高度过高容易在PCB上板面形成锡球。以1.6mm厚PCB为例，第一波峰高度应高于PCB底面0.8－1.6mm，最佳为1.5mm，第二波峰高度应高于PCB地面0.1－0.8mm，最佳为0.5mm。

3.4.5 钎料槽选择

无铅钎料很容易导致不锈钢材料的钎料槽腐蚀，一般连续工作三个月就会发生漏锅现象，不锈钢耐腐蚀的根本原因在于其表面的氧化铬保护层可以有效阻挡钎料腐蚀，但高Sn含量的无铅钎料对这层氧化铬有很强的溶解能力，一旦失去该保护层，内部的不锈钢基体就很快被溶蚀，波峰焊设备中与无铅钎料接触的地方，必须采用适当的抗腐蚀材料，表7为几种材料方案性能对比，钎料槽里面的叶轮、输送管和喷嘴用材料多为钛和钛合金和表面渗氮不锈钢，钎料槽用材料多为钛及钛合金，铸铁和表面渗氮不锈钢。
（未完待续）

无铅制程导入面临问题及解决方案

1 引言

实施无铅化电子组装，许多企业并不主动，而是在各种压力下才转为无铅化生产。外来压力主要包括法令规定、环保要求、市场利益、用户需求、有害物质回收处理和无铅技术方面等。

无铅化电子组装实施5步法，即：（1）选择正确的物料和设备，（2）定义制程工艺；（3）建立可靠的制程工艺：收集分析数据，排除制程中缺陷；（4）执行无铅化生产：生产开始后仔细跟踪制程并作必要的调整；（5）控制并改进制程：持续不断的跟进、监控和分析数据，并良好控制整个制程。

2 物料选择

2.1 PCB

无铅化制造中涉及许多与PCB有关的问题，包括设计、材料和工艺等，特别需要关注和控制的问题有：可焊性及热过程中可焊性的退化问题；较低CTE基材选用问题；合适的焊盘涂层材料选择问题；焊接过程中大尺寸PCB下垂变形问题；高温下基板z轴的热膨胀系数导致通孔可靠性问题；基材高温分解引起的可靠性问题；基材吸水后在高温再流过程中可能导致的内部分层、玻璃纤维和树脂界面接合的退化问题；另外还有兼容性和长期可靠性问题。

2.1.1 基材

对于简单产品，焊接温度为235－240摄氏度，对于大热容量的复杂产品，可能需要260摄氏度高温才能满足要求，传统PCB基材大量使用溴化环氧树脂等含卤素聚合物的阻燃材料（含PBB和PBDE），在无铅工艺高的焊接温度下可能出现不可接受的变色、起皮和变形，而且容易释放出高毒性物质（如二恶英等致癌物），另外焊接温度升高，由于材料的CET不匹配，尤其是Z方向，易造成多层结构的PCB金属化孔镀层断裂，一般玻璃转化温度Tg前后，都要求有较低的CTE，如图1中B为合适的材料选择。

常用FR4的Tg在135摄氏度左右，Tg下树脂、玻璃纤维的CTE与Cu（16×16－6/k）相似，而在Tg－260摄氏度间Z轴CTE较大，（80－90×10－6/k），基于外观要求、设计难度和绿色制造等理由，无铅化用PCB应转向使用Tg较高的FR4、FR5或CEMn基材有助于降低不匹配产生的应力，但后两者成本较高，表1和图2为不同钎料焊接温度对PCB基材的性能要求。Td为分解温度/层压分离温度，定义为材料重量损失5％时的温度，无铅工艺中业界提出将Td改为质量减少2％的温度，如图中Td为220摄氏度和260摄氏度，除了表中对PCB分解温度的要求外，无铅后PCB还要求一个参数T288，含义为温度在288摄氏度时PCB能保持它的强度多长时间，IPC最近公布的FR4标准草案中为15min，此外在电镀前还需除掉孔内侧树脂/玻璃纤维，以增强金属化孔臂与多层板的结合力，凹蚀深度一般为13－20μm，镀铜厚度为25μm以上（CEMn指由表面和芯部不同材料构成的刚性复合基敷铜箔层压板）。

目前市场上出现一种高Tg的环保型材料，以含磷环氧树脂取代溴化环氧树脂作主体树脂，以含氮酚醛树脂取代传统的双氰胺作固化剂，通过添加阻燃助剂或氮和磷的作用提高产品的阻燃性，这种环保性材料比传统型材料有以下优点：卤素含量低于0.09％（即无氯素板），具有优良的耐热性能（Tg为175摄氏度左右）和低的吸水性，Z轴热膨胀系数低，介质损耗低，可靠性高，另外，在强度硬度及热应力方面，环保型材料比传统的性能要好。

2.1.2 预焊剂

传统PCB表面预焊剂处理是用有机溶剂将松香系变性树脂溶解，经于铜箔反应形成铜与咪唑的络合物而起到防锈效果。无铅化之后，需采用新型咪唑衍生物做成高耐热性水溶性预焊剂，其热解温度和防氧化能力需好于传统的性能，比如松下公司研制的K型强耐热性预焊剂，热稳定性可达350摄氏度，而其原来的T型预焊剂热稳定性仅为250摄氏度。

2.1.3 焊盘涂层材料

印刷电路板焊盘表面涂层主要起到两个作用：防止铜导线和焊盘氧化，保证焊盘可焊性，PCB表面无铅化涂层材料包括Sn、Ag、Bi、Pd、SnAg、SnBi、SnCu、Sn/Ni、Au/Ni、Pd/Ni等。表2为主要的有铅和无铅PCB焊盘表面涂层材料比较，图3为具有良好平整度的无铅钎料HASL涂层表面。

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2.2 元件

无铅制程导入过程中碰到的问题有相当比例与元件质量有关，无铅制造中需改善元件的封装材料和封装设计，避免高焊接热对元件所造成的热冲击，确保元件质量。

2.2.1 设计

速度封装从安装可靠性方面观察，密封树脂吸收空气中的水分，再流焊时高温使分水变成蒸气而产生膨胀，导致芯片、焊盘和树脂之间分层，如图4所示，随着无铅化工艺的应用，元件急需解决的两个问题：一是封装内水蒸气压增加，二是各部结构材料之间的热膨胀差距扩大，解决措施就是通过新的结构设计和工艺技术进行性能改进，或根据表3元件封装所能承受的峰值温度来尽量降低焊接峰值温度。

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另外对于片式元件开裂现象，与温度、CTE差异，元件尺寸等成正比，陶瓷电阻和特殊的电容对温度曲线的斜率非常敏感，陶瓷体与PCB的热膨胀系数相差很大，在焊点加热或冷却时容易造成元件体和焊点裂纹，最好采用RTS温度曲线在降低开裂发生率。对于0201、0402和0603小元件一般很少开裂，而1206以上的大元件发生开裂机会较多。

2.2.2 湿气敏感性

无铅焊接较高的再流温度对塑料封装元件的湿气敏感性等级要求十分严峻，由敏感性引发的产品焊后分层、爆裂等，会严重影响电子组装的可靠性，必须按照敏感性元件的存储、使用和管理要求进行严格控制，另外还需对湿气敏感性问题重视和了解，一方面强化对供应商的控制，一方面当出现问题时可有效的解决。元件湿气敏感等级要求可以参考相关标准：JEP113为湿气面干性元件符号和标识，J－STD－033A为湿气敏感集成电路元件的分级和处置，JEDEC A113为可靠性实验前塑封元件的预处理，表4为非气密性固态表面贴装元件的水汽/再流敏感性分级，实践证明，温度每升高10设施度，MSL的可靠性降1级，有效防止措施为提前预烘烤并尽量降低焊接峰值温度。

2.2.3 可焊性

元件无铅化就是要引线和焊端部分涂层材料无铅化，无铅焊接对元件表面涂层的要求为无铅、抗氧化、耐260摄氏度高温，与无铅钎料生成良好的界面合金，元器件焊端或引脚表面涂层材料有Sn、SnBi、SnCu、SnAg、SAC、Sn/Ni、Au/Ni，Pd/Ni、Ag/Pd，Au/Pd/Ni等，主要涂层材料为Sn、SnCu、SnBi、SnAg和预镀NiPd/NiPdAu。所有高锡含量替代方案都产生焊须现象，存在可靠性风险。

2.2.4 元件标签

JEDEC标准JESD97对标识、符号、识别无铅组装的标签、组件和器件都有规定，要求在内包装和外包装盒上都要打上标签，明确显示包装内的产品符合RoHS指令，或者说是无铅的，图5标签显示了带有特殊无铅字符的部件编号，同时还有表示无铅的符号，标签还显示该部件可采用260摄氏度的再流焊，并通过了3击潮湿敏感等级（MSL）的认证。

2.3 钎料

传统共晶钎料的替代方式有无铅钎料、导电粘合剂（ECA）和嵌入式芯片，无铅钎料技术相对比较成熟，而后两种由于技术和成本问题，暂时没有得到广泛推广。无铅钎料选择应考虑以下几个问题：熔点低，润湿性好、成本低、易成形，抗氧化，兼容性和可靠性好等，由图6可以看出，目前使用较多的无铅钎料有Sn0.7Cu，Sn3.5Ag和SAC3种，SnZn和SnBi等也用于部分场合，图7和8显示了无铅钎料高熔点、低润湿性特点，表7为无铅钎料应用于不同焊接方法的推荐温度，另外，主要几种无铅钎料相对密度减小12.5％，热传导率减小34％，热膨胀系数增大11％，并且会形成Ag3Sn和Cu6Sn52种金属间化合物（如图9）及锡的枝状晶体。

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无铅化组装中，建议各种焊接方法使用同一合金，不但可以降低波峰焊时的二次再流风险和材料管理风险，而且可以防止Pb等有害物质的污染。

2.4 焊剂

无铅化后焊剂的成分发生了改变：新的催化剂成分（高的活化温度），新的树脂成分（低的分解率），新的热稳定凝较剂（减少塌陷），新的表面活性剂（增强可焊性）及更高温度的抗氧化剂。在焊剂选择时，不同的合金应该选择不同的焊剂，以防止化学反应，考虑因素有合金种类、焊接环境，焊盘和元件镀层等。

用于无铅钎料的新型焊剂的开发集中于无松香、无VOC的环保产品，而且是水溶性或免清晰的。由于无铅软钎焊工艺中去除的对象还是Sn的氧化物等。因此现有的焊剂仍然使用，只是由于温度的升高需要注意防止黑色焊剂残渣的形成，表6为改进的载体配方，其中松油醇、丁基卡必醇醋酸脂和柠檬酸三丁脂中的松油醇挥发性最强，柠檬酸三丁脂最弱；混合溶剂的挥发基本符合亨利定律，即溶液中混合酸溶剂的相对含量决定了其蒸气压的相对比值，合理调整三者的相对含量，可以获得不同层次挥发特性的有机载体；少量的添加剂对挥发性几乎没有影响，但是能极大地改变载体的各种性能。

免清洗焊剂代替松香基焊剂及溶性焊剂，有利于实现益于环保的免清晰工艺并节省生产成本。醇基免清洗焊剂对焊接温度特别敏感，不适合230－260摄氏度的高温焊接，分解将会显著增加，产生大量烟雾和凝结物，并且残留物易于发生聚合变硬，阻碍探针测试，并且挥发性有机化合物（VOC）的散发会对臭氧层形成破坏作用，无VOC新型水基免清洗焊剂已成功开发，其活性剂和化学物质在水中的反应活性比醇中高，且在改善残留物和提高可焊性方面比醇基更优。

2.5 焊膏

焊膏是将合金粉与粘性很高的焊剂混合而制成的膏状物，一般需具备以下性能：漏印中透过性好，印刷后粘度保持时间长，无塌边现象，可焊姓好，锡球飞溅少，满足在线电性能测试、焊剂残渣可靠性高（通过SIR和电迁移测试）、清洗性好、性能经时变化小，低固溶免清洗焊膏选择标准为：焊后无残留物、无腐蚀，板面干净且不粘手，有足够高的表面绝缘电阻，离子残留满足免清洗要求，不易发生焊球、桥连等缺陷，无毒及严重气味，无环境污染。

无铅再流焊过程中，焊剂较难润湿合金粉和焊盘及引脚，焊接缺陷率比传统工艺中要高，建议在制程导入之前，对无铅焊膏进行一系列工艺测试：黏着性测试，冷热塌陷性测试，典型温度曲线在空气和氮气下的焊球测试，不同表面镀层材料润湿铺展测试，另外焊膏存储温度、湿度及存储时间要严格参照技术说明。

3 设备与工艺 

3.1 焊膏印刷工艺

无铅焊膏由于焊剂含量高、缺少铅的润滑作用，与有铅焊膏相比，是率降低了15％，扩散率由90％以上降低至73％－77％，有铅焊膏对工艺参数的变化相对不敏感，而无铅焊膏却依赖性很大。 无铅工艺中，丝网最好用聚脂网，钢网最好用304不锈钢，钢网制作方法多采用激光切割，许多因素会影响孔的位置精度和尺寸精度，包括设备精度及磨损、激光灯的老化、切割过程的温度和张力等。

随着元件的小型化，钢网厚度越来越薄，开孔尺寸也越来越小，为了增加焊膏释放率，一般采用电铸方法制作，并选择印刷精度较高的全自动焊膏印刷机，保证焊点覆盖焊盘的覆盖率达90％以上，还需选用适当的合金类似，一般为3号粉、合金含量为88.5％－89.5％的焊膏，增加金属沉淀率。

采用统一的文件格式，比如GERBER光绘文件来作为制作金属模板与PCB的共同文件，可以提高金属模板与PCB对准精度，此外，其对准精度除了与印刷机的定位精度有关，还与PC本身的位置精度有很大关系，因为PCB制作工艺的收缩和进行焊接过程中发生收缩，会影响第二面的印刷精度。

高速印刷与PCB板的板上焊膏成型的清洗度没有任何关系，有两个参数等更好的描述焊膏印刷性能，即流变系数和粘度不恢复率，高的流变系数意味着焊膏在高剪切率下更容易变稀，低的粘度不恢复率意味着焊膏在剪切力消除后粘度恢复的时间更短，可以理解为抗塌陷性好，粘度测试可参考标准JIS Z－3284。

为了提高焊膏释放率，建议印刷速度放快、刮刀压力调高，以实现对模板表面顶侧充分印刷，且刮刀压力的起点为每线性英寸印刷区域10.34－13.79kPa。但印刷工艺参数调节并不是一个简单的平面关系，如图10所示无铅焊膏的工艺窗口，而是一个空间关系，具体调节时要根据实际情况来优化。

图11为实际无铅焊膏印刷效果，释放率较低，需考虑模板开口的设计，由于无铅焊膏的扩散性不如有铅焊膏，模板孔径于焊盘孔径比恢复到1：1或更大：对于间距大于0.5mm的元件，一般采取1：1.02－1.10的开口比例；对于间距5mm的元件，一般采用1：1的开口比例，图12为印刷模板开孔设计示例。 为了实现量好的焊膏印刷体积和图形质量，根据IPC－7525要求，必须保证按照图13，模板开孔最小宽度与模板厚度比W/T＞1.6（SnPb为1.5）模板开孔面积比大于0.71（SnPb为0.66）对于0402、0201等小元件，为了防止墓碑或锡珠现象的产生，需对焊盘形状进行如图14所示的修改，此外，还需加大模板擦试频率，选择擦试或超声波清洗方式，选用对应焊膏的清洗剂，若无特殊要求，可选用酒精和去离子水。

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3.2 元件五贴装工艺

贴片过程中，无铅元件的电极颜色比有铅的暗，元件识别条件值应特别注意，才能保证高的贴装率。另外，由于无铅钎料润湿性差、自矫正作用小，为了保证元件在焊接位置的正确性须提高贴装精度，对于1005元件，其宽度为0.5mm，如果元件焊接宽度要求为元件宽度的2/3，那么元件左右偏移最大值为0.16mm。但是元件在焊盘上纵向偏移时，不能超过0.05mm，否则容易造成立碑缺陷，尤其是在氮气环境中，选用贴片精度在±0.05mm的全自动贴片机，才能保证元件的焊接质量。

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3.3 再流焊设备与工艺

3.3.1 设备特点

如图15所示，无铅钎料的高熔点、低润湿性导致工艺窗口变小，质量控制难度相应加大，为满足无铅焊接要求，再流焊设备应该具有以下特点：更高的加热温度和效率；更好的温度控制精度（±1摄氏度）和温度均匀性（ΔT2≤摄氏度）；更多的加温区数，具有可控的冷却系统、焊剂过滤及管理系统、氮气保护系统及实时温度控制功能。温区选择时一般统推荐使用8温区（双焊接区）。对于大重型组建最好使用8温区以上（三焊接区）。更多的温区，曲线调节灵活，传输速度快，生产加工能力强，对于大重型组件，还需有中央支撑以防止PCB变形。

3.3.2 温度曲线特点

温度曲线的设定除了参考焊膏推荐商的温度曲线参数外，还要考虑电子元件的耐热性问题及实际焊接质量问题，图16示温度曲线形状有RSS和RTS两种，无铅焊接优选RTS曲线形状（帐篷形）。这是因为帐篷形温度曲线具有以下特点：（1）减少PCB上最冷与最热元件之间的温差，提高温度均匀性，有助于减少桥连、焊球、竖碑、芯吸及焊珠等缺陷；（2）合理升温速率控制在0.5－2摄氏度/秒之间，最好为1.0－1.5摄氏度/秒，过大会导致合金粉末向外飞溅，过低则焊剂由扩撒取代快速蒸发产生爆破，避免产生锡球，但会导致熔化前的热输入增加，在强制热风对流加热方式中合金粉末氧化严重，导致润湿不良。

热塌陷与热扰动效应为焊膏的本质特性，它们为温度的函数，导致粘度下降，溶剂蒸发效应为一动态现象，其为温度和时间的函数，导致粘度升高，对焊膏的塌陷起到一定的作用，图17为两种物理变化对焊膏粘度影响示意图。采用帐篷形曲线降低升温斜率，有利于溶剂更多蒸发而抵消分子热振动带来的影响，当升温斜率足够低时，焊膏粘度反而会随着温度的升高而增加，从而减少或抑制塌陷。

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3.3.3 热电偶联结方式

温度曲线测试仪用来绘制温度曲线，K型热电偶常用来进行温度采集，由于热滞后性通常设定为2s或4s，采样周期一般为0.1s、0.2s，0.4s，0.5s或更高，通过SR232接口与计算机相连，测温线直径需尽可能小，一般为0.12mm，形状为片状，其时间常数小、相应快，得到的结果精确。为了得到准确的温度曲线，还要注意正确的放置热探头位置，尤其是要注意BGA、FC等元件的测试，图18为BGA元件热电偶探头接触位置。

IPC－7530标准提供了热电偶的联结方法，热电偶接触有4种方法：高温钎料联结，铝带联结，Kapton tape联结和传导树脂联结。高温钎料最可靠。重复性最好，铝带可靠好，但重复性差一点；Kapton tape是一种热传导很好的电带，但可靠性和重复性均差一点，传导树脂可靠性一般，但重复性很差，高温钎料与热电偶探头联结方法如图19所示。

3.3.4 氮气保护

氮气保护可以改善无铅钎料润湿性，降低了焊点内部的空洞率，形成良好圆角，提高了焊点拉伸强度，随着氧含量的降低，焊点拉伸强度升高，但在极低氧含量下由于出现芯吸现象，焊点拉伸强度反而降低。 氮气保护不是必须而是被推荐采用，一般在以下几种情况下使用：客户需求，配合免清洗工艺，实际组合材料的可焊性较差，对于性能较差的焊膏，氮气保护对焊点质量影响效果明显，推荐实际生产中采用氮气保护，反之亦然。氮气有利于无铅焊接生产工艺，但也会带来额外的成本，固需正确的使用，推荐实际生产中氧含量控制在7×10－4－10×10－4之间，为防止竖碑现象，氧含量应小于3×10－4或大于100×10－4。

3.3.5 可控冷却速率

液态温度以上时间（TAL）和焊接峰值温度决定金属间化合物的形态和厚度，可控的冷却速率可控制液态温度以上时间，快速冷却可以细化晶粒，提高强度，防止偏析，增强可靠性，避免Ag3Sn和Cu6Sn5等树枝状结晶的形成（如图20），还降低了产品焊后的出炉温度，但快速冷却容易产生较大应力对元件和组装板不利，一般推荐冷速在3－6摄氏度/秒之间。

3.3.6 更先进的炉温控制技术

随着元件密度增长和工艺窗口变窄，寻求一个工艺曲线可以满足这样的组件和工艺，特别是大尺寸、横向温差也较大的PCB是一件很不容易的事，就需要更先进的炉温控制技术，比如KIC炉温测控系统等，对工艺进行优化和控制。

3.4 波峰焊设备与工艺

波峰焊是借助于机械泵使熔融钎料不断垂直向上地朝喷嘴涌出，形成20－40mm高的波峰。钎料以一定压力和速度作用于电路板完成焊接过程。图21为传统波峰焊工艺转变的参数变化，除了传输速度减小外，其他参数均大于或相似于传统工艺。

3.4.1 焊剂除覆系统

免清洗焊剂普遍应用于无铅化电子组装中，其溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇和丁醇（见条6）固体含量低于5％，一般为2％左右，发泡式涂覆方式缺乏过程控制、溶剂蒸发严重，比重很难控制，易造成非均匀形核，常需要标定焊剂比重（多为0.808－0.815μg/cm3）及更换焊剂。由于醇基焊剂的挥发对环境不利，目前市场对无VOC水基免清洗焊剂的需求较大，采用喷雾方式效果较好。

水基焊剂由于成本高，要求更少的剂量，减少了30％，并需增强的喷雾法使雾滴更加细小，得到平稳的焊剂分布，传统喷雾方式基于空气压力调整，喷嘴直径0.6－1.0mm，为了降低喷涂量而使用细喷嘴容易发生堵塞。附带超声装置的喷嘴自带有雾化作用，喷嘴直径一般在2.54mm左右，不易堵塞。

焊剂涂覆量和均匀性对于焊点质量非常重要，涂覆量的检测一般可采用称质量法，单位为μg/cm3，普通焊剂流量通过手动流量调节阀来调节，先进焊剂流量通过精密机械泵来控制，涂层厚度可控制在1.5μm左右，涂敷均匀性一般采用两块金属板夹住一具有化学敏感性的纸张（一般选择传真纸），面向喷雾设备的金属板预先开好特定的焊盘孔，进行喷雾过程后根据纸张上颜色或灰度值大小进行判断涂敷的均匀性以及是否有严重的重复涂敷。对于无铅高密度组装要求，还需减小喷射角度以更好地浸透过孔壁，一般选择45度较好。

3.4.2 预热系统

图22为无铅与有铅波峰焊工艺曲线对比，无铅波峰焊预热区温度爬升斜率一般小于2摄氏度/秒，温度由110－130摄氏度升高为120－150/160摄氏度，预热区长度由1.2m增加至1.5m或1.8m，用以满足预热温度比波峰温度低100摄氏度的基本原则，如果PCB在高的预热温度下易发生变形，则采用较低预热温度，为了保证充足的预热就需较长的预热区，PCB上表面最高预热温度有铅工艺一般为110摄氏度，无铅工艺一般为130摄氏度，对多层板预热不足时，有必要安装顶部预热单元。

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图23为不同预热方式，不锈钢发热管发热不均匀，热冲击大，而且容易引起PCB上滴落焊剂着火。红外预热采用热板式或高温烧结陶瓷管或波长为2.5－ 5μm的远红外射线管加热，水基免清洗焊剂挥发相对醇基额外需要50％的能量，使用红外预热技术效果较差，强制热风对流技术最有效的方法，其具有良好的温度均匀性 并且加快焊剂的挥发，减少焊后残余。

3.4.3 波峰喷嘴

混装工艺中由于表面组装元件没有通孔插件那样的安装孔，焊接产生的气体无处散逸，加上贴装元件有一定的高度和宽度，且组装密度较大（5－8件/cm2），易产生评比效应，为此开发双波峰方式，前波较窄，波高宽比大于1，峰端有2－4排交错排列的扰动小波峰，利于气体排放，实现相同浸润，且垂直向上的力防止遮蔽效应，后波为双向宽平波，一般6－10mm，可以去除多余钎料，消除毛刺、桥连等缺陷，还可调节波型保证印刷电路板在流动速率最小点处脱离钎料波峰，进行最大限度地抑制桥连和毛刺等焊接缺陷的产生。

无铅波峰工艺中，焊炉温度升高到255－265摄氏度，温度控制精度小于±2摄氏度，波峰与预热区之间温度差不大于100摄氏度，两波峰之间温度跌落不超过50摄氏度，高可靠产品不超过30摄氏度，为了满足以上工艺要求，波峰与预热区之间安装热补偿设备，两波峰喷嘴距离缩减到70mm或60mm，两波峰之间距离缩减到30mm。此外，无铅工艺中还要求扰动波接触时间为0.8s，平波接触时间为3.5－4s，最小也不得低于3s，相比传统0.5s和2.6s而言，焊接时间延长，图24和25为相应的双波峰喷嘴已单波峰喷嘴结构的改动，其中扰流波变为3排或4排孔。

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无铅钎料氧化严重，波峰喷嘴需进行防氧化和氧化渣分流设计，新型波峰焊喷嘴结构如图26所示，全新的锡渣分离设计，使氧化渣自动聚积流向边缘，流动波峰部位无飘浮的氧化锡渣，通过逐步优化喷嘴，使实际钎料波接近于最佳流动特性，从而使锡球出现率降低最低程度，使用氮气时效果更明显，此外，钎料槽维护与清洗工作也得到了很大的改进。

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3.4.4 波峰高度

波峰高度对焊接质量有很大影响，波峰焊时，通孔元件插装孔内上锡不足，高度达不到75％板厚要求，如图27，形成原因除焊盘孔径设计、焊剂选择和部分工艺参数设计外，还与过低的波峰高度有关，但波峰高度过高容易在PCB上板面形成锡球。以1.6mm厚PCB为例，第一波峰高度应高于PCB底面0.8－1.6mm，最佳为1.5mm，第二波峰高度应高于PCB地面0.1－0.8mm，最佳为0.5mm。

3.4.5 钎料槽选择

无铅钎料很容易导致不锈钢材料的钎料槽腐蚀，一般连续工作三个月就会发生漏锅现象，不锈钢耐腐蚀的根本原因在于其表面的氧化铬保护层可以有效阻挡钎料腐蚀，但高Sn含量的无铅钎料对这层氧化铬有很强的溶解能力，一旦失去该保护层，内部的不锈钢基体就很快被溶蚀，波峰焊设备中与无铅钎料接触的地方，必须采用适当的抗腐蚀材料，表7为几种材料方案性能对比，钎料槽里面的叶轮、输送管和喷嘴用材料多为钛和钛合金和表面渗氮不锈钢，钎料槽用材料多为钛及钛合金，铸铁和表面渗氮不锈钢。
（未完待续）