在PCB組裝中無鉛焊料的返修

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在PCB組裝中無鉛焊料的返修

摘　要：由于潤濕性和芯吸性不足，所以，無鉛焊接的返工是比較困難的，因此為各種不同元件的無鉛焊接而開發(fā)研制出成功的返工和組裝方法。

　　返工是無鉛 PCB 組裝的批量生產(chǎn)工藝中的一個重要組成部分，在最初的過渡時期，當供應(yīng)鏈上的每個環(huán)節(jié)形成信息曲線時，尤其如此。然而，由于需要保修，所以在整個產(chǎn)品的壽命周期范圍內(nèi)仍存在著返工的問題。

　　人們發(fā)現(xiàn)，無鉛焊料合金通常不象 Sn/Pb 焊料那樣易于潤濕和芯吸，因此，無鉛焊料的返工是較困難的，其在 QFP 中的應(yīng)用就是一個明顯的例子。盡管存在著這些差異，通過使用焊劑凝膠、筆式焊劑和芯吸焊料等已為用于象分立元件、面陣列封裝等不同元件的無鉛焊料（Sn/Ag/Cu 或 Sn/Ag ）開發(fā)出成功的返工方法（即手工和半自動）。大多數(shù)用于 Sn/Pb 的返工設(shè)備仍可以用于無鉛焊料中。必須對焊接參數(shù)進行調(diào)節(jié)，以便適用于無鉛焊料的較高的熔融溫度和較低的可潤濕性。 Sn/Pb 返工中采用的其它預(yù)防方法（如必要時的板子烘干）仍適用于無鉛焊料的返工。研究表明，使用適當?shù)姆倒すに嚳梢灾圃斐鼍哂羞m當粒子結(jié)構(gòu)和形成的金屬間化合物的可靠的無鉛焊點。

　　特別要注意減少返工工藝對焊點、元件和 PCB 帶來負面影響的可能性。由于焊接溫度的上升，層壓材料、玻璃纖維和 Cu 之間的 Z 軸熱膨脹系數(shù)（ CTE ）不匹配，給 Cu 層上施加了更大的應(yīng)力，就有可能出現(xiàn)鍍覆通孔中 Cu 的開裂，從而導致故障的產(chǎn)生。這是一個相當復雜的問題，因為它是由許多變量而決定的，如象 PCB 層數(shù)和厚度、層壓材料、返工溫度曲線、 Cu 布局和導通孔的幾何形狀（如孔徑比）等。要確定在什么樣的條件下層壓材料（如高的 Tg 、低的 CTE ）才能夠替代傳統(tǒng)的 FR4 ，滿足無鉛焊接的要求，還有很多的工作要做。這并不是說較低成本的材料（如 CEM 、 FR2 等）不能夠用于無鉛焊接中。事實上，在批量生產(chǎn)中這些方法得到了應(yīng)用，并在每一例應(yīng)用基礎(chǔ)上對應(yīng)用情況進行檢查。必須對返工對焊盤和掩膜粘性的影響進行認真的*估。

　　同樣，還應(yīng)對返工對元件可靠性的影響進行認真的研究探討。翹曲和脫層是其中一些可能出現(xiàn)的問題。最近發(fā)布的 IPC-020B 標準指出應(yīng)將返工作為無鉛焊接中較高溫度元件額定值的重點加以考慮。

　　電化學的可靠性是應(yīng)考慮的另一個重要問題。當焊劑殘余物溶解于板子上的濕氣冷凝時，在電偏置下面的導體蹤跡之間會產(chǎn)生電化學反應(yīng)，從而導致表面絕緣電阻（ SIR ）下降。如果產(chǎn)生電遷移和枝狀生長的話，由于導體蹤跡之間形成“短路”，就會產(chǎn)生更加嚴重的故障。電化學的可靠性由免清洗應(yīng)用中焊劑殘余物抵抗電遷移和枝狀生長的性能來決定。因此，必須實施以 IPC （按照 TM-650 2.6.3.3 ）為基礎(chǔ)的 SIR 測試或 Telecordia 測試，為確保返工使用的焊劑和再流焊劑 / 波峰焊劑和返工的焊劑之間的任意反應(yīng)物不會給免清洗應(yīng)用帶來電遷移和枝狀生長的風險。

　　“元件混合”的問題是涉及到確保質(zhì)量的特殊問題，尤其是在這種技術(shù)的過渡時期。通過對無鉛焊料的鉛對長期可靠性的影響的初步研究說明，由于焊點中鉛的含量不同，所以影響也是不同的，當鉛的含量在中間值范圍時其帶來的影響是最大的，因為在持續(xù)凝固的枝蔓間錫晶粒間界中偏析相的形成（例如；粗糙的鉛粒子），在這個位置上開始裂縫，并在周期負荷下蔓延。例如；其顯示出 2~5% 的含鉛量就會給無鉛焊料的疲勞壽命帶來不利的影響，但是，其可能不會比 Sn/Pb 焊料的效果差。因此，如果使用無鉛焊料返修含鉛的板子的話，從焊料的角度而言，無鉛焊料和 Sn/Pb 焊料混合到一起的可靠性可能不會影響 Sn/Pb 焊料。然而，溫度對元件的影響（特別是塑封元件）是一個值得關(guān)注的問題。另一方面，用 Sn/Pb 焊料返修無鉛焊料的板子形成的焊點的可靠性可能不如其它板子上的無鉛焊點的可靠性那樣好。

　　就供給系統(tǒng)而言，在過渡時期，應(yīng)將用于無鉛焊接的焊烙鐵和焊接材料（芯式焊料、焊劑凝膠等）做上清楚的標記是很關(guān)鍵的。必須對操作員進行無鉛返工工藝和檢驗方面的培訓。大量的返工和較高的材料成本將會給總成本帶來直接的影響。

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