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无铅制程导入面临问题及解决方案

史建卫1,王乐1,2,徐波1,2,梁永君1
(深圳)有限公司,广东,深圳,518103
,黑龙江,哈尔滨 150001

摘要:无铅化是国际电子整机业发展的必然趋势,无铅制程的导入给企业带来新的挑
战与机遇。本文针对无铅化电子组装带来的问题给出了相应的解决方案,其中包括无铅化生
产实施步骤,物料与设备的选择,工艺的制定,有毒有害物质的检测,运行成本等。
关键词:无铅钎料,波峰焊,再流焊,浸焊,手工焊
中图分类号: 文献标识号:A 文章编号:1004-4507(2006)05-0046-10

Problem and Solution in Lead-free Electronics Assembly

Shi Jianwei1, Wang Le1,2, Xu Bo1,2, Liang Yongjun1
East Electronic pany , Shenzhen, 518103 China
Institute of Technology, Harbin, 150001, China

Abstract: Lead-free is the trend of international electronics assembly, and lead-free process
induces many new problems. This article gives solutions to problems including implement process,
choice of equipments and materials and setup of parameters, along with inspection and test of
productions for elements with toxin, cost of run as well.
Key words: Lead-free Solder; Wave Soldering; Reflow Soldering; Dipping Soldering;
Handing Soldering
Document Code: A Article ID: 1004-4507(2006)05-0046-10


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
生产的。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五步法包括: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,排除制程中的缺陷;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。

PCB
无铅化制造中与 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;较高 Tg 的基材选用问
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。

作者介绍:史建卫(1979-),男,毕业于哈尔滨工业大学,主要从事 SMT 工艺与设备方面的研究
(1)基材
对于简单产品,焊接温度为 235~240℃;对于大热容量的复杂产品,可能
需要 260℃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、起皮或变形,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,容易造成多层结
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,
图 1 中 B 为合适的材料选择。

图 1 不同 PCB 材料在 Tg 前后的厚度变化

常用 FR4 的 Tg 在 135℃左右,Tg 下树脂、玻璃纤维的 CTE 与 Cu(16ppm/k)
相似,而在 Tg~260℃间 Z 轴