无铅技术对smt影响的分析

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1、无铅技术对SMT影响的分析杜连芳王洁（中国电子科技集团公司第三十四研究所）摘要：无铅技术的发展，给SMT带来了较大的改变。本文阐述了有铅工艺与无铅工艺的区别，并从材料、印刷、回流焊接、AOI检测等方面，对无铅技术下的SMT进行分析和探讨，论述了无铅技术下SMT遇到的困难与挑战，并提出了相应的解决方案。关键词：无铅技术SMT回流焊接自动光学检测随着电子产品日益微小型化和“绿色环保”的要求，使SMT面临新的挑战。无铅技术的到来，和以前的免清洗技术、BGA、和Flip-Chip技术相比之下，其难度和挑战绝对是有过之

2、而无不及。无铅和有铅相比，在SMT工艺上有较大的差异，如表1。序号项目有铅无铅1焊接温度铅锡共晶焊料的熔点为183℃无铅焊料一般均在217℃以上2自校正能力自校正能力（Selfalignment）较好较差3浸润性能较好较差4工艺窗口较宽狭窄5焊点外观较好较差6环保性较差较好由于无铅在焊接温度、自校正能力、浸润性能等方面的特点，导致了它的工艺窗口较窄，加大了SMT的难度。1.焊料与元器件无铅焊料和有铅焊料，有着不同的熔化表面张力、不同的熔点温度、和不同的氧化特性。无铅焊料的熔点较高，这就对器件和PCB板的耐热性

3、提出了较高的要求，器件整体的耐热也将是个考虑重点。由于无铅焊料的熔点一般高出含铅许多（较可能通用的会有30℃~40℃的提高），意味着在焊接时温度提高许多。含铅技术中使用的器件，未必能承受得起这提高的温度（事实上含铅技术下的器件并没有确保能够承受无铅的温度，也因此许多材料并不能承受这高温）。所以除了焊端材料必须是无铅，以及和所使用的无铅焊料需要兼容外，器件本体封装等材料也必须承受得起所需要的焊接热能（即温度和时间）。另外，是目前还处于无铅和有铅混合的问题，由于无铅和含铅材料并不完全兼容，会带给我们温度承受能力不

4、足、焊点不良、以及“铅污染”、生产成本等问题。2.焊料印刷无铅技术给锡膏焊剂带来质和量上的改变，使锡膏的粘性和流变性产生变化。而锡膏印刷工艺的要点就是掌握和处理锡膏的流变性。所以无铅其实也给印刷工艺带来改变。即是使用的锡膏牌子不变，但其配方的改变将使工艺需求改变，关键在于产品对印刷工艺的要求是否需要细腻的设置和控制。目前的无铅锡膏是用Sn/Ag3.0/Cu0.5代替合金，比重为7.3，而Sn63/Pb37合金比重为8.5，因此无铅锡膏搅拌分离时间可以比含铅锡膏短。首先从冷藏库中取出锡膏解冻至少4小时，然后进行

5、搅拌，搅拌时间为机械2分钟，人手3分钟，搅拌是为了使存放于库中的锡膏产生物理分离或因使用回收造成金属含量偏高使之还原。由于无铅锡高的自校正能力比较差，必须提高焊膏印刷定位精度，以弥补无铅焊膏自校准能力差。3.回流焊接过程回流焊接是比较重要的技术环节，必须首先确定工艺参数，设置回流炉温度，确定回流焊接温度曲线并进行试产。无铅焊料的金属熔点明显升高,使经过长期生产实践考验的最佳工艺参数受到挑战。因此,针对无铅焊料,很多研究推荐下列这种类型的温度曲线，如图1。图1无铅下的SMT回流温度曲线图注：虚线曲线图适用于对焊

6、点亮度有特别要求的工艺过程。预热区升温速度尽量慢一些（选择数值2-3℃/s），以便控制由锡膏的塌边而造成的焊点桥接、焊球等。焊锡膏的焊剂在温度升至100℃时开始熔化（开始进入活性区），焊锡膏在活性区的主要作用是将被焊物表面的氧化层去掉，如果活性区的时间过长，焊剂会蒸发的过快，也会造成焊点表面不光滑，有颗粒状。锡膏在熔点温度以上（进入回流区）完全熔融的时间大约30-45秒，视该PCB厚度、元器件大小、密度来决定是否延长时间。活性区要求必须在(45-90s、120-160℃)范围内，以便控制PCB基板的温差及焊剂

7、性能变化等因素而发生回流焊接不良，活性区的温度也可帮助PCB的元器件缓和吸收，使之大小元器件的温差变小，减少功能坏机产生。进入回流炉的大小元器件的温差大约为11.4℃，所以，我们要减少它们的温差也是从活性区开始控制，最大限度可将温差减少到5-8℃。焊接的最高温度在230℃以上保持20-30sec，以保证焊接的湿润性；冷却速度选择在-4℃/s，无铅焊锡膏因考虑到其由多元合金组成，金属的冷却收缩时间不同，为了使焊点能够光亮，快速降温是最有效的方法。1.自动光学检测（AOI）AOI技术包括光源、光学放大、CCD变换

8、、数字图像处理、模式识别逻辑算法几个模块。由于无铅焊料的性能和焊点外观的变化，对图像的采集、处理、算法参数，以及某些检测算法都会带来影响。在图像的采集、处理部分，由于无铅焊点无光泽、表面粗糙出现散射，所以图像中锡焊部分会变暗。新研制的AOI设备应考虑增强光源亮度，而多色光源的彩色图像效果由于漫反射而明显会变差。在图像的处理上，锡膏印刷2D检测时会对图像作二值化处理，由于无铅焊膏光泽的变化，二值化的阈