PCB无铅制程导入主张流程
间隔2006年7月1日电子产品全面无铅化的日子越来越接近了,电子业界为了契合此一潮流都正在如火如荼的进行各项相关制程的改动,然而在改动的一起必然会发生许许多多的问题,这些问题该怎么战胜?在导入无铅制程的一起,又该留意什么事情?怎么拟定无铅制程导入的流程?以下的阐明期望能够供给给电子业界先进一些协助。
在无铅制程傍边要了解的事项繁复,因而主张先从以下7大方历来加以评论：
1. 各国相关无铅法则
2. PCB基板原料的挑选
3. 无铅零件原料的挑选
4. 焊接设备应留意事项
5. 焊接资料的挑选
6. 制程改动
7. 牢靠度实验
1. 各国相关无铅法则:
1.1 欧盟
现在欧盟已针对电子产品宣布禁铅令,并拟定所谓的RoHS指令,此条文中明确规则”铅”,”汞”,”镉”,”六价铬”,”PBB”,”PBDE’s”这六项物质不得存在或许超出所规则的含量,并规则一切的欧盟成员国有必要2004.8.13
曾经完结立法,并于2006.7.1正式法律。以下为这六项物质或许冲击的产品。
现在运用的电子产品铅电机电子设备,电池,铅管,汽油添加剂,颜料,PVC安靖剂,灯泡之玻璃,CRT,或电视之阴极射线管,焊接资料…等镉被迫组件,焊接资料,红外线侦测器,半导体,PVC…等汞温度计,感应器,医疗器件,电讯设备,手机….等PBB&PBDE’s各式电子产品,PCB,组件,电线,塑料盖….等
1.2 日本
日本电子工业开展协会(JEIDA)、日本工业标准协会(JIS)…等都现已正在进行草拟各种相关的无铅标准要求,在此之前,日本各相关闻名厂商如SONY,NEC,HITACHI,PANASONIC,TOSHIBA….等等都现已明定出禁铅的相关条文(例如SONY之SS00259)
1.3 美国
美国的电子业界原先针对导入无铅化制程的情绪原本就不是那么活跃可是在国际环保潮流的火上加油下,包含NEMI协会及一些国际闻名的电子大厂(例如HP,DELL,IBM….等)都现已拟定禁铅的时程。
1.4 我国
现在全国际最大的电子产品生产基地”我国”,针对无铅化的到来,已拟定”电子信息产品污染防治管理办法”并估计于2005年1月1日起开端实施。
2. PCB基板原料的挑选
现在可用在无铅制程上的PCB基板不外乎有六种原料能够挑选:
a. 镀金板 (ElectrolyTIc Ni/Au)
b. OSP板 (Organic Solderability PreservaTIves)
c. 化银板 (Immersion Ag)
d. 化金板 (Electroless Ni/Au, ENIG)
e. 化锡板 (Immersion TIn)
f. 锡银铜喷锡板(SAC HASL)
以上六种板材,因为化锡板与锡银铜喷锡板的制程没有老练,在市场上接受度还有疑虑景象之下,在此先不进行评论
a. 镀金板
这是现在现有的一切板材中最安稳,也最适合运用于无铅制程的板材,特别在一些高单价或许需要高牢靠度的电子产品都主张运用此板材作为基材,仅仅其本钱也是一切板材中最高的。
b. OSP板
运用此一类板材,在通过高温的加热之后,预覆于pad上的保护膜必然遭到破坏,而导致焊锡性下降,特别当基板通过二次回焊后的状况愈加严峻,因而若制程上还需要再通过一次dip制程,此刻dip端将会面对焊接上的应战。
c. 化银板
尽管”银”自身具有很强的迁移性,因而导致漏电的景象发生,可是如今的“浸镀银”并非以往单纯的金属银,而是跟有机物共镀的”有机银”因而现已能够契合未来无铅制程上的需求,其可焊性的的寿数也比OSP板更久。
d. 化金板
此类基板最大的问题点就是”黑垫”(Black Pad)的问题,因而在无铅制程上有许多的大厂是不同意运用的,例如HP便规则一切的HP产品都不可运用此类基板,Dell亦是!
3. 无铅零件原料的挑选：
关于无零件的最重要的就是零件的耐温性与零件镀层的原料,一般来说SMT零件的耐温性要求有必要要到达260℃以上,别的零件脚的镀层合金组成, Ni/Pd/Au , Ni/Pd,Matte Sn(非亮面)(Sn / 1-3%Bi or Sn / 1-5%Ag)都是能够适用的,至于BGA或许CSP等零件的焊锡球主张运用Sn/Ag(3-4%)/Cu(0.5-1)此合金组成
4. 焊接设备应留意事项
a. SMT设备
一般来说,SMT无铅制程所运用的Reflow主张需运用8个加热区,若低于8个加热区,并非不能用于无铅制程,仅仅若炉子长度不行,为契合运用无铅制程所需的profile,必然要将速度下降,如此将会影响到产能。别的因为无铅焊材的沾锡性会比63/37要差,因而若要改进吃锡性的话,除了添加多量活性剂于锡膏傍边之外,也只得靠氮气来添加吃锡效果。最终最重要的就是冷却区,因为无铅的熔点比较高,为了使金属固化的时分能够愈加严密接合,加热后的急速冷却就变的适当重要了,一般降温速度将由以往的1℃/sec至少进步到2℃/sec以上会来的比较恰当!因而坊间都现已有水冷式的reflow面世了。
b. Dip设备
以往用于63/37制程的波焊炉是无法运用于无铅制程,首要原因为无铅锡棒的熔点都较以往进步30~40℃,因而锡槽的加热功率一定要进步,如此热补偿的速度才满足,现在各电子厂的测验作业温度大多设定在(运用锡银铜成分时260-270℃、运用锡铜成分时270-280℃)。别的因为长时间的运用无铅焊材,傍边的高份额的锡成分,在长时间高温下很简略对锡槽璧发生腐蚀,因而以往运用不锈钢作为锡槽原材将不足以战胜此现象发生,所以各设备商纷繁以”钛”合金企图延伸锡槽的寿数!
c. Rework 设备
如今所运用的烙铁焊台所运用的瓦数大多为30~40瓦,可是无铅制程所运用的锡丝熔点现已比以往进步30℃以上,若持续运用此焊台的话,温度一定要调整到420~450℃以上才能够将无铅锡丝溶化,可是相对烙铁头的寿数也将
下降,因而主张有必要要全面替换无铅专用焊台,瓦数至少到达80瓦以上,温度相同设定在350~380℃,在热补偿速度满足下即可顺利进行锡丝焊接制程
5. 焊接资料的挑选
现在市场上无铅焊材的干流依然是以: 锡银、锡铜、锡银铜为主
a. 锡银(Sn96.5/Ag3.5 熔点 221℃)
这种合金在没有评论无铅制程之前就现已被运用在一些电子产品上了,在无铅制程被提出后,原本以为能够用来替代原先的Sn/Pb制程,但因为此合金的外表张力较大,导致其分散性下降,从而影响到吃锡的效果!尽管有些厂商依然会运用到此合金,但并没有遭到电子业界的广泛的运用!
b. 锡铜(Sn99.3/Cu0.7 熔点 227℃)
此合金是现在用于波焊制程傍边价格最廉价的合金,也是美国NEMI协会所引荐运用的合金,缺陷是所需的作业温度比较高(270~280℃)。别的为了加强此合金焊接后的强度,会在此合金傍边添加微量的Ni(大约0.1%)。
c. 锡银铜(Sn/Ag3~4%/Cu0.5~1熔点219℃)
此合金是现在市场上最被接受的合金组成,用于市场上不同的配方份额有好几种,以下阐明国际各国安排所主张的具体合金规模：
(1) 美国NEMI协会—-(Sn95.5/Ag3.9/Cu0.6)
(2) 日本JEIDA协会—-(Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5)
(3) 欧盟—(Sn96.5/Ag3.8/Cu0.7)
不管上述协会所引荐合金组成为合,只要是在(Sn/Ag3~4%/Cu0.5~1)这个规模都是被电子业界所接受的
d. 其它合金
至于现在市场上,特别是日本方面,运用在无铅的产品上面,还包含有”锡-锌”系列的产品或许是”锡-银-铟”,”锡-银-铋”….等等,这些合金一般都是运用在某些特定产品上。
e. 锡银铜镍锗五元合金
现在锡银铜系列的合金还有一款值得引荐,”锡/3.0银/0.5铜/0.06镍/0.01锗”此种合金组成特别针对锡银铜的一些缺陷进行改进,例如焊点裂缝,凹洞..等在锡银铜合金傍边添加”镍”能够促进合金安排纤细化,添加焊点强度,添加“锗”,因为此金属的比重较轻(约5.36)因而会在焊锡外表层构成一层相似保护膜的效果,从而阻挠合金氧化,添加潮湿的才能。
6. 制程改动
a. SMT制程
钢板的规划: 因为无铅焊材的分散性较差,因而以往用于Sn63/Pb37制程将钢板内缩的开法将不再可行,主张将钢板开孔与Pad以1:1的份额规划,乃至长宽都再加长!Profile的规划: 参阅锡膏供货商所供给的profile即可!特别在冷却区的部分一定要进步冷却速率,不然将会有锡凹或许锡裂的现象发生
b. DIP制程
治具的规划: 因为无铅焊材的流动性较差,若要改动流动性就有必要将温度进步,可是又要保证零件能够接受,因而治具规划的重要性就显的重要多了。
Profile的规划: 参阅锡膏供货商所供给的profile即可!可是在波焊炉的出口主张加装急速冷却的体系,防止焊点呈现锡裂的现象!
c. 检测制程:
AOI 检测: 因为无铅焊材的焊点外表为雾状,因而原先运用于含铅焊点所设定的参数有必要做调整
ICT 检测: 若运用OSP板材,则PCB基板上的测验点有必要要涂布锡膏,如此才可防止探针无法触摸测验点而形成误判的状况发生
7. 牢靠度实验
当完结后的无铅拼装板,有必要履行以下几项的测验,以保证产品的牢靠度:
a. 振荡实验(VibraTIon Test)
b. 热冲击(或许是热循环)测验(Thermal Shock Test)
c. 金相切片实验(Cross Section Test)
d. IC零件脚的拉力实验(Pull Test)
e. 电阻电容的推力实验(Shear Test)
f. 摔落实验(手机产品)
以上实验,d与e项,在制品完结后与通过b项实验后都主张履行!别的金相切片的部分,需履行BGA零件,IC零件,Chip零件,PTH零件,除以上零件之外若产品上有重要零件也须同时进行,首要意图为调查零件与PCB基板间的
焊接状况与IMC层的状况!
8. 主张流程:
归纳以上阐明,简略来说,若要完结无铅产品的导入,先期的实验流程简述如下: 获得4种pcb的基板当作测验板,获得无铅零件,获得无铅焊接资料,使用现有的设备进行焊接,完结后先调查外观的焊接状况,进行第7项c.d.e的查看
从四种的测验成果选取两种较好的焊接状况,进行正式板的测验,当正式板完结后再依照第7项进行一切的测验!
9. 定论
要从锡铅制程导入无铅制程的进程,若不深化了解的话,必然会发生一些问题因而有必要要先了解各国相关法则的内容后,再根据内容去要求各相关厂商供给契合法则的无铅产品,拼装厂自身也有必要针对无铅制程,对厂内各种设备进行汰旧换新。
