有铅和无铅的焊接时推拉力

传统的锡铅焊料在电子装联中已经应用了近一个世纪。Sn63／Pb37共晶焊料的导电性、稳定性、抗蚀性、抗拉和抗疲劳、机械强度、工艺性都是非常优秀的，而且资源丰富，价格便宜。是一种极为理想的电子焊接材料。

但由于铅污染人类的生活环境。据统计，某些地区地下水的含铅量已超标30倍（允许标准

一、 无铅焊接技术的现状

无铅焊料合金成分的标准化目前还没有明确的规定。IPC等大多数商业协会的意见：铅含量<01－02WT％（倾向<01％，并且不含任何其它有毒元素的合金称为无铅焊料合金。

1、 无铅焊料合金

无铅化的核心和首要任务是无铅焊料。据统计全球范围内共研制出焊膏、焊丝、波峰焊棒材100多种无铅焊料，但真正公认能用的只有几种。

（1） 目前最有可能替代Sn／Pb焊料的合金材料

最有可能替代Sn／Pb焊料的无毒合金是Sn基合金。以Sn为主，添加Ag、Cu、Zn、Bi、In、Sb等金属元素，构成二元、三元或多元合金，通过添加金属元素来改善合金性能，提高可焊性、可靠性。主要有：Sn－Bi系焊料合金，Sn－Ag共晶合金，Sn－Ag－Cu三元合金，Sn－Cu系焊料合金，Sn－Zn系焊料合金（仅日本开发应用），Sn－Bi系焊料合金，Sn－In和Sn－Pb 系合金。

（2） 目前应用最多的无铅焊料合金三元共晶形式的Sn958\Ag35\Cu07（美国）和三元近共晶形式的Sn965\Ag30\Cu05（日本）是目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料。其熔点为216－220℃左右。

由于Sn958\Ag35\Cu07无铅焊料美国已经有了专利权，另外由于Ag含量为30WT％的焊料没有专利权，价格较便宜，焊点质量较好，因此IPC推荐采用Ag含量为30WT％（重量百分比）的Sn－Ag－Cu焊料。

Sn－07Cu－Ni焊料合金用于波峰焊。其熔点为227℃。

虽然Sn基无铅合金已经被较广泛应用，与Sn63\Pb37共晶焊料相比无铅合金焊料较仍然有以下问题：

（A）熔点高34℃左右。

（B）表面张力大、润湿性差。

（C）价格高

2、PCB焊盘表面镀层材料

无铅焊接要求PCB焊盘表面镀层材料也要无铅化，PCB焊盘表面镀层的无铅化相对于元器件焊端表面的无铅化容易一些。目前主要有用非铅金属或无铅焊料合金取代Pb－Sn热风整平（HASL）、化学镀Ni和浸镀金（ENIC）、Cu表面涂覆OSP、浸银（I－Ag）和浸锡（I－Sn）。

目前无铅标准还没有完善，因此无铅元器件焊端表面镀层的种类很多。美国和台湾省镀纯Sn和Sn/Ag/Cu的比较多，而日本的元件焊端镀层种类比较多，各家公司有所不同，除了镀纯Sn和/Sn/Ag/Cu外，还有镀Sn/Cu、Sn/Bi等合金层的。由于镀Sn的成本比较低，因此采用镀Sn工艺比较多，但由于Sn表面容易氧化形成很薄的氧化层、加电后产生压力、有不均匀处会把Sn推出来，形成Sn须。Sn须在窄间距的QFP等元件处容易造成短路，影响可靠性。对于低端产品以及寿命要求小于5年的元器件可以镀纯Sn，对于高可靠产品以及寿命要求大于5年的元器件采用先镀一层厚度约为1µm以上的Ni，然后再镀2－3µm厚的Sn。

3、 目前无铅焊接工艺技术处于过渡和起步阶段

虽然国际国内都在不同程度的应用无铅技术，但目前还处于过渡和起步阶段，从理论到应用都还不成熟。没有统一的标准，对无铅焊接的焊点可靠性还没有统一的认识，因此无论国际国内无铅应用技术非常混乱，大多企业虽然焊接材料无铅化了，但元器件焊端仍然有铅。究竟哪一种无铅焊料更好？哪一种PCB焊盘镀层对无铅焊更有利？哪一种元器件焊端材料对无铅焊接焊点可靠性更有利？什么样的温度曲线最合理？无铅焊对印刷、焊接、检测等设备究竟有什么要求。。。。都没有明确的说法。总之，对无铅焊接技术众说纷纭，各有一套说法、各有一套做法。这种状态对无铅焊接产品的可靠性非常不利。因此目前迫切需要加快对无铅焊接技术从理论到应用的研究。

二、 无铅焊接的特点和对策

1、 无铅焊接和焊点的主要特点

（1） 无铅焊接的主要特点

（A）高温、熔点比传统有铅共晶焊料高34℃左右。

（B）表面张力大、润湿性差。

（C）工艺窗口小，质量控制难度大。

（2） 无铅焊点的特点

（A）浸润性差，扩展性差。

（B）无铅焊点外观粗糙。传统的检验标准与AOI需要升级。

（C）无铅焊点中气孔较多，尤其有铅焊端与无铅焊料混用时，焊端（球）上的有铅焊料先熔，覆盖焊盘，助焊剂排不出去，造成气孔。但气孔不影响机械强度。

（D）缺陷多－由于浸润性差，使自定位效应减弱。

无铅焊点外观粗糙、气孔多、润湿角大、没有半月形，由于无铅焊点外观与有铅焊点有较明显的不同，如果有原来有铅的检验标准衡量，甚至可以认为是不合格的，但对于一般要求的民用电子产品这些不影响使用质量。因此要说服客户理解，这是因为无铅焊接润湿性差造成的。随着无铅技术的深入和发展，由于助焊剂的改进以及工艺的进步，无铅焊点的粗糙外观已经有了一些改观，相信以后会有更好的进步。

2、 无铅波峰焊特点及对策

无铅波峰焊接的主要特点也是高温、润湿性差、工艺窗口小。质量控制难度比再流焊更大。

（1） 用对波峰焊的焊料通常采用Sn－07Cu或Sn－07Cu－005Ni，熔点227℃，焊接温度250－260℃。Sn－Cu焊料中加入少量的Ni可增加流动性和延伸率。波峰焊也可以使用Sn/Ag/Cu，一般不推荐用Sn/Ag/Cu焊料，除了因为Sn/Ag/Cu焊料的成本比较高，另外Ag也会腐蚀Sn锅，而且腐蚀作用比Sn更严重。

（2） 无铅波峰焊接Sn锅中焊料温度高达250－260℃，Sn在高温下有溶蚀Sn锅的现象，温度越高熔蚀性越严重，而且无铅焊料中Sn成分占99％，比有铅焊料多40％，如果采用传统的不锈钢锅胆进行无铅焊，大约三个月就会发生漏锅现象。因此要求波峰焊设备的Sn锅，喷嘴耐高温、耐腐蚀，目前一般采用钛合金钢锅胆，

由于无铅焊料的浸润性差，工艺窗口小，焊接时为了减小PCB表面的温度差，要求Sn锅温度均匀，

（3） 由于高熔点，PCB预热温度也要相应提高，一般为100－130℃。为了PCB内外温度均匀，预热区要加长。使缓慢升温。焊接时间3－4s。两个波之间的距离要短一些。

（4） 对于大尺寸的PCB，为了预防PCB变形，传输导轨增加中间支撑。

（5） 由于高温，为了防止焊点冷却疑固时间过长造成焊点结晶颗粒长大，波峰焊设备应增加冷却装置，使焊点快速降温。但是冷却速度过快又可能对陶瓷体结构的CHIP元件伤害，有可能会使无件产生开裂，因此还要控制不要过快冷却。另外对Sn锅吹风会影响焊接温度，因此还要考虑采用适当的冷却手段。

（6） 由于高温和浸润性差，要提高助焊剂的活化温度和活性，工艺上可增加一些助剂涂覆盖。

（7） 要密切关注Sn－Cu焊料中Cu的比例，Cu的成分达02％，液相温度改变多达6℃。这样的改变可能导致动力学的改变以及焊接质量的改变。Cu比例超过1％，必须换新焊料。由于Cu随工作时间不断增多，因此一般选择低Cu合金。

（8） 波峰焊时通孔元件插装孔内上锡高度可能达不到75％（传统Sn\Pb要求75％），因此要求从PCB孔径比的设计、助焊剂活性与涂覆量、波峰温度、波峰高度、导轨的倾斜角度等方面综合考虑。

（9） 由于高温，Sn会加速氧化，因此无铅波峰焊工艺还有一个很大的缺点是产生大量的残渣，充氮气（N2）可以减少焊Sn渣的形成。当然也可以不充N2，或者加入无铅锡渣还原粉，将产生大量的残渣还原后重复利用，但一定要比有铅焊接更注意每天的清理和日常维护。

（10） 波峰焊后分层LIFT－OFF（剥离、裂纹）现象较严重。

三、 从有铅向无铅焊接过渡的特殊阶段存在的问题

1、 无铅工艺对元器件的挑战

（1） 耐高温

要考虑高温对元器件封装的影响。由于传统表面贴装元器件的封装材料只要能够耐240℃高温就能满足有铅焊料的焊接温度了，而无铅焊接时对于复杂的产品焊接温度高达260℃，因此元器件封装能否耐高温是必须考虑的问题了。

另外还要考虑高温对器件内部连接的影响。IC的内部连接方法有金丝球焊、超声压焊，还有倒装焊等方法，特别是BGA、CSP和组合式复合元器件、模块等新型的元器件，它们的内部连接用的材料也是与表面组装用的相同的焊料，也是用的再流焊工艺。因此无铅元器件的内连接材料也要符合无铅焊接的要求。

（2） 焊端无铅化

有铅元器件的焊端绝大多数是Sn／Pb镀层，而无铅元器件焊端表面镀层的种类很多。究竟哪一种镀层最好，目前还没有结论，因此还有待无铅元器件标准的完善。

2、 无铅工艺对PCB的挑战

无铅工艺要求PCB耐热性好，较高的玻璃化转变温度Tg，低热膨胀系数，低成本。

（1） 无铅工艺要求较高的玻璃化转变温度Tg

Tg是聚合物特有的性能，是决定材料性能的临界温度。在SMT焊接过程中，焊接温度远远高于PCB基板的Tg，无铅焊接温度比有铅高34℃，更容易PCB的热变形，冷却时损坏元器件。应适当选择Tg较高的基PCB材料。

（2） 要求低热膨胀系数（CTE）

当焊接温度增加时，多层结构PCB的Z轴与XY方向的层压材料、玻璃纤维、以及Cu之间的CTE不匹配，将在Cu上产生很大的应力，严重时会造成金属化孔镀层断裂而失效。这是一个相当复杂的问题，因为它取决于很多变量，如PCB层数、厚度、层压材料、焊接曲线、以及Cu的分布、过孔的几何形状（如纵横比）等。

克服多层板金属化孔断裂的措施：

凹蚀工艺一-电镀前在孔内侧除掉树脂／玻璃纤维。

以强金属化孔壁与多层板的结合力。

凹蚀深度为13－20µm。

（3） 高耐热性

FR－4基材PCB的极限温度为240℃，对于简单产品，峰值温度235－240℃可以满足要求，但是对于复杂产品，可能需要260℃才能焊好。因此厚板和复杂产品需要采用耐高温的FR－5。

（4） 低成本

由于FR－5的成本比较高，对于一般消费类产品可以采用复合基CEMn来替代FR－4基材，CEMn是表面和芯部由不同材料构成的刚性复合基覆铜箔层压板，简称CEMn代表不同型号。

四、 无铅工艺对助焊剂的挑战

（1） 无铅工艺对助焊剂的要求

（A）由于焊剂与合金表面之间有化学反应，因此不同合金成分要选择不同的助焊剂。

（B）由于无铅合金的浸润性差，要求助焊剂活性高。

（C）提高助焊剂的活化温度，要适应无铅高温焊接温度。

（D）焊后残留物少，并且无腐蚀性，满足ICT探针能力和电迁移。

（2） 焊膏印刷性、可焊性的关键在于助焊剂。

确定了无铅合金后，关键在于助焊剂。例如有8家焊膏公司给某公司提供相同合金成份的无铅焊膏进行试验，试验结果差别很大。润湿性好的焊膏后不立碑，润湿性差的湿膏焊上后电阻、电容移位比较多。因此，选择焊膏要做工艺试验，看看印刷性能否满足要求，焊后质量如何。例如印刷时焊膏的滚动性、填充性、脱膜性是否好，间隔1个小时观察印刷质量有无变化、测1－8小时的黏度变化等等。总之要选择适合自己产品和工艺的焊膏。

（3） 无铅焊剂必须专门配制焊膏中的助焊剂是净化焊接表面,提高润湿性,防止焊料氧化和确保焊膏质量以及优良工艺性的关键材料。高温下助焊剂对PCB的焊盘，元器件端头和引脚表面的氧化层起到清洗作用，同时对金属表面产生活化作用。

免清洗Sn－Pb焊膏已经使用了多年，而且已是成熟的技术。早期无铅焊膏的做法是简单地将Sn－Pb焊料免清洗焊剂和无铅合金混合，结果很糟糕。焊膏中助焊剂和焊料合金间的化学反应影响了焊膏的流变特性，流变性对印刷性能至关重要。

由于无铅合金的浸润性差，要求助焊提高活性，提高活化温度的道理，下面再进一步分析：无论有铅焊接还是无铅焊接，助焊剂浸润区是控制焊接接的关键区域，助焊酸在常温下不能和Cu20起反应，就是分解反应，在分解反应时会发出热量，释放激活能。有铅焊接时，助焊剂的活性反应恰好在焊料的熔点183℃之前，对金属表面进行清洗，焊料熔化时使金属表面获得激活能，从而能够起到降低熔融焊料的黏度和表面张力，提高浸润性的作用，有利于扩散、溶解形成金属间合金层。但是无铅焊接时，熔点为217℃，比有铅高34℃，而无铅助焊剂的主要成份也是松香脂，如果使用传统的助焊剂，在183℃焊料熔化前焊膏中的助焊剂已经结束化反应，再从183℃上升到217℃，由于助焊剂长时间处在高温下，不仅起不到清洗耳恭听和活化作用，还可能造成助焊剂碳化，严重时会使PCB焊盘，元件引脚和焊膏中的焊料合金在高温下重新氧化而造成焊接不良。

因此无铅焊剂必须专门配制，随着无铅进程的深入，由于焊料厂商的努力，他们在活化剂等添加剂上采取措施来提高助焊剂的活性和活化温度，使无铅焊膏质量得到了改善。目前的无铅焊点从外观上看已经比前几年有了改善。

（4） 波峰焊中无VOC免清洗耳恭听焊剂也需要特殊配制。无铅焊膏和波峰焊的水溶性焊剂对某些产品也是需要的。

4、关于过度时期无铅焊接可靠性的讨论

关于无铅焊接可靠性问题是制造商和用户都十分关心的问题。尤其是当前正处在从有铅向无铅焊接过渡的特殊阶段，无铅材料、印刷板、元器件、检测等方面都没有标准，甚至可靠性的测试方法也没有标准的情况下，可靠性是非常让人们担忧的。现阶段的无铅工艺，特别是在国内处于比较混乱的阶段，由于有铅和无铅混用时，特别是当无铅焊端的元器件采用有铅焊料和有铅工艺时发生严重的可靠性问题，这些问题不仅是当前过渡阶段无铅焊接要注意，而且对于过渡阶段的有铅焊接也是要注意的问题。

（1）焊点机械是比较软的，容易变形，因此无铅焊点的硬度比Sn－Pb高，无铅焊点的强度也比Sn－Pb高，无铅焊点的变形比Sn－Pb焊点小，但是这些并不等于无铅的可靠性好。由于无铅焊料的润湿性差，因此空洞、移位、立碑等焊接缺陷比较多，另外由于熔点高，如果助焊剂的活化温度不能配合高熔点，正如前面分析的那样，由于助焊剂浸润区的温度、时间长，会使焊接面在高温下重新氧化而不能发生浸润和扩散，不能形成良好的界面合金层，其结果导致焊面结合强度（抗拉强度）差而降低可靠性。

据美国伟创立，AGILENT等公司的可靠性试验，例如推力试验，弯曲试验，振动试验，跌落试验，经过潮热，高低温度循环等可靠性试验结果，大体上都有一个比较相近的结论：大多数民用、通信等领域，由于使用环境没有太大的应力，无铅焊点的机械强度甚至比有铅的要求还高；便在使用应力高的地方，例如军事，高低温，低气压等恶劣环境下，由于无铅蠕变大，因此无铅比有铅的可靠性差很多。

关于无铅焊点的可靠性（包括测试方法）还在初期的研究阶段。

（2）锡须问题

SN在压缩状态会生长晶须（WHISKER），严重时会造成短路，要特别关注窄间距QFP封装元件。晶须是直径为1－10µm，长度为数µm－数＋µm的针状形单晶体，易发生在Sn、Zn、Cd、Qg等低熔点金属表面。

Sn须增长的根本原因是在Sn镀层上产生应力，室温下15个月晶须长度达15µm。

在Sn中加一些杂质可避免生长Sn须。

（3）分层LIFT－OFF（剥离、裂纹）现象

无铅和有铅混用时，如果焊接中混入的铅超过标准>5％时，焊接后在焊占与焊端交界处会加剧公层LIFT－OFF（剥离、裂纹）现象。LIFT－OFF现象在有铅元件采用无铅波峰焊的工艺中比较多，严重时甚至会把PCB焊盘一起剥离开。因此过渡阶段波峰焊的焊盘设计可采用SMD（阻焊定义焊盘）方式，用阻焊膜压住焊盘四周，这样可以减轻或避免PCB焊盘剥离现象。

关于分层LIFT－OFF（剥离、裂纹）现象的机理还要继续研究。当焊料、元件、PCB全部无铅化后是否不会产生LIFT－OFF会现象了，也要继续研究。

元件的Sn－Pb镀层发生的LIFT－OFF

（4） 铅和有铅混用时可靠性讨论

① 无铅焊料中的铅对长期可靠性的影响是一个课题，需要更进一步研究。初步的研究显示；焊点中铅含量的不同对可靠性的影响是不同的，当含量在某一个中间范围时，影响最大，这是因为在最后凝固形成结晶时，在Sn权界面处，有偏析金相形成，这些偏析金相在循环负载下开始形成裂纹并不断扩大。例如：2％－5％的铅可以决定无铅焊料的疲劳寿命，但与Sn－Pb焊料相比，可靠性相差不大。无铅焊料与有铅焊端混有时要控制焊点中铅含量<005％。

目前正处在无铅和有铅焊接的过度转变时期，大部分无铅工艺是无铅焊料与有铅引脚的元件混用。在“无铅”焊点中，铅的含量可能来源于元件的焊端、引脚或BGA的焊球。

无铅焊料与有铅焊端混用时气孔多，这是因为有铅焊端与无铅焊料混用时，焊端（球）上的有铅焊料先熔，覆盖焊盘，当无铅焊料合金熔化时，焊膏中的助焊剂排不出去造成气孔。对于波峰焊，由于元件引脚脖子Sn－Pb电镀层不断融解，焊点中铅的含量需要进行监测。

② 有铅焊接与无铅焊端混用的质量最差

有铅焊料与无铅焊端混用时如果采用有铅焊料的温度曲线，有铅焊料先熔，而无铅焊端（球）不能完全熔化，使元件一侧的界面不能生成金属间合金层，BGA、CSP－侧原来的结构被破坏而造成失效，因此有铅焊料与无铅焊端混用时质量最差。BGA、CSP无铅焊球是不能用到有铅工艺中的。

（5） 高温对元件的不利影响

陶瓷电阻和特殊的电容对温度曲线的斜率(温度的变化速率)非常敏感,由于陶瓷体与PCB的热膨胀系数CTE相差大（陶瓷：3－5，PCB：17左右），在焊点冷却时容易造成元件体和焊点裂纹，元件开裂现象与CTE的差异、温度、元件的尺寸大小成正比。0201、0402、0603小元件一般很少开裂，而以上的大元件发生开裂失效的机会较多。

铝电解电容对清晰度极其敏感。

连接器和其他塑料封装元件（如QFP、PBGA）在高温时失效明显增加。主要是分层、爆米花、变形等、粗略统计，温度每提高10℃，潮湿敏感元件（MSL）的可靠性降1级。解决措施是尽量降低峰值温度；对潮湿敏感元件进行去潮烘烤处理。

（6） 高温对PCB的不利影响

高温对PCB的不利影响在第三节中已经做了分析，高温容易PCB的热变形、因树脂老化变质而降低强度和绝缘电阻值，由于PCB的Z轴与XY方向的CTE不匹配造成金属化孔镀层断裂而失效等可靠性问题。

解决措施是尽量降低峰值温度，一般简单的消费类产品可以采用FR－4基材，厚板和复杂产品需要采用耐高温的FR－5或CEMn来替代FR－4基材。

（7） 电气可靠性

回流焊、波峰焊、返修形成的助焊剂残留物，在潮湿环境和一定电压下，导电体之间可能会发生电化学反应，导致表面绝缘电阻（SIR）的下降。如果有电迁移和枝状结晶（锡须）生长的出现，将发生导线间的短路，造成电迁移（俗称“漏电”）的风险。为了保证电气可靠性，需要对不同免清洗助焊剂的性能进行评估。

（8） 关于无铅返修

① 无铅焊料的返修相当困难，主要原因：

（A）无铅焊料合金润湿性差。

（B）温度高（简单PCB235℃，复杂PCB260℃）。

（C）工艺窗口小。

② 无铅返修注意事项：

（A）选择适当的返修设备和工具。

（B）正确作用返修设备和工具。

（C）正确选择焊膏、焊剂、焊锡丝等材料。

（D）正确设置焊接参数。

除了要适应无铅焊料的高熔点和低润湿性。同时返修过程中一定要小心，将任何潜在的对元件和PCB的可靠性产生不利影响的因素降至最低。

（9） 关于过度时期无铅和有铅混用情况总结。

（A）无铅焊料和无铅焊端――效果最好。

（B）无铅焊料和有铅焊端――目前普通使用，可以应用，但必须控制Pb，Cu等的含量，要配制相应的助焊剂，还要严格控制温度曲线等工艺参数，否则会造成可靠性问题。

（C）有铅焊料和无铅焊端――效果最差，BGA、CSP无铅焊球是不能用到有铅工艺中的，不建议采用。

五、 过渡阶段有铅、无铅混用应注意的问题

1、 问题举例

（1） 有铅工艺也遇到了无铅元器件有的SMT加工厂，虽然还没有启动无铅工艺，但是也遇到了无铅元器件，特别是BGA／CSP和LLP。有的元件厂已经不生产有铅的器件了，因此采购不到有铅器件了，这种知道采购的器件是无铅的情况还不可怕，因为可以通过提高焊接温度，一般提高到230－235℃就可以。还有一种措施可以采用无铅焊料和无铅工艺，因为目前过度阶段普遍情况是无铅焊料和有铅焊端混用，其可靠性还是可以被接受的。但是最糟糕的是无意中遇到了无铅元器件，生产前没有发现，生产中还是采用有铅焊料和有铅工艺，结果非常糟糕，因为有铅焊料和无铅焊端混用效果最差。

（2） 有铅工艺也遇到纯Sn热风整平的PCB。

这种情况也是在无意中发生过，结果由于焊接温度不够造成质量问题。

（3） 波峰焊问题

波峰焊问题比较多，例如目前有铅工艺遇到无铅元器件；无铅工艺的插装孔，导通孔不上锡；分层LIFT－OFF现象较严重；桥接、漏焊等缺陷多；锡锅表面氧化物多。。。。。

2、 解决措施

（1） 备料

备料要注意元器件的焊端材料是否无铅，如果是无铅元器件，一定要弄清楚是什么镀层材料，特别是BGA／CSP和新型封装的器件，例如LLP等（有铅工艺也要注意）。

目前无铅标准还没有完善，因此无铅无器件焊端表面镀层的种类很多，例如日本的元件焊端镀Sn／Bi层，如果焊料中含有铅，当铅含量<4WT％，Bi会与Pb形成93℃的低熔点，影响产品可靠性，因此镀Sn／Bi的元件只能在无铅焊料中使用。

（2） 物料管理

对于有铅、无铅两种工艺并存的企业，务必注意制造严格的物料管理制度，千万不能把有铅、无铅的焊膏和元器件混淆。

（3） 无铅印刷要提高印刷精度

加大模板开口尺寸：宽厚比>16，面积比>071

（4） 提高贴片精度

（5） 严格控制温度曲线，尽量降低峰值温度；

对潮湿敏感元件进行去潮烘烤。

（6） 复杂和高可靠产品采用耐高温的PCB材料（FR5或其它）

（7） 在N2中焊接比在空气中焊接的质量好，尤其波峰焊采用N2可以减少高温焊料氧化，减少残渣，节省焊料。或者加入无铅锡渣还原粉，将产生大量的残渣还原后重复利用，但一定要比有铅焊接更注意每天的清理和日常维护。

六、有铅向无铅制程转换过程中成本控制

在有铅向无制程转换过程中成本控制主要从机器成本和制程材料消耗成本两方面考虑。

目前相当多的企业已购置有铅焊接工艺所使用的机器（波峰焊）在各种性能及操作性方面已经接近无铅焊接的工艺要求，将现在所使用的机器关键部分的部件材质及尺寸作出对应的改造即可继续使用在要求不是十分高的电子产品加工工艺当中。

普通波峰焊机改无铅波峰焊机可行性分析

普通锡和无铅锡的焊接温度区别:

a普通锡的焊接温度245℃

b无铅锡的焊接温度270℃

普通锡和无铅锡的焊接用助焊剂预热温度区别

a普通锡的焊接用助焊剂预热温度90℃

b无铅锡的焊接用助焊剂预热温度110℃

普通锡和无铅锡的金属成分区别

a普通锡的金属成分Sn/Pb

b无铅锡的金属成分主要是Sn/Ag/Cu或者Sn/Cu

普通锡和无铅锡的焊接设备要求区别

:

普通锡的焊接设备要求

无特别要求:

无铅锡的焊接设备要求

a要求机器当中与锡接触部分本身不能含有铅的成分

b要求无铅锡的熔炉能够耐腐蚀的性能较好

c要求机器的冷却速度较快

综合以上要求其对应措施如下

1机器的材料采用钛合金材料

2机器的预热区长度和机器使用的速度成一定比例

3和无铅助焊剂有接触的部分采用不含铅成分材料制成

4将机器的冷却部分改为冷气机或将冷却风扇的数量加多

锡炉改造后效果

a完全满足无铅工艺制程各方面的要求

b生产速度和改造之前基本相同

结论

将原来的普通波峰焊机改造成无铅波峰焊机是完全可行而且是节约成本的两全之策

材料消耗方面

目前无铅工艺当中采用的钎焊料相对比原来的焊料成分方面锡的含量增大很多，其合金成分相对有很大的提升。在生产加工过程中，其锡渣的产生量比原来普通焊料的产生量也有很大幅度的提高。如果能将锡渣的产生量降低则对于材料消耗方面的成本控制是有益的。

锡渣主要是锡在高温环境下和氧气发生反应产生的氧化物，通过物理高温搅拌可以将大部分的锡氧分离（即锡渣还原），将分离的锡重新使用，也可利用化学置换还原反应将锡渣中的氧分子置换后还原成纯锡而重复使用。

对于使用厂商来说，因为助焊剂的成份是没有办法做出测试的如果要想了解助焊剂溶剂是否挥发，可以简单的从比重上测量,如果比重增大很多，就可以断定溶剂有所挥发

选择助焊剂时，有以下几点建议给使用厂商： 这也是很多厂商选择助焊剂的最根本的方法，在确认样品时，应要求供应商提供相关参数报告，并与样品对照，如样品确认OK，后续交货时应按原有参数对照，出现异常时应检查比重，酸度值等,助焊剂的发烟量也是很重要的一个指标。

三，助焊剂市场是良莠不齐，选择时对供应商的资质应该进行确切了解，如有必要可以去厂商去看厂，如果是不正规的焊剂厂商，是很怕这一套的。 内部检测方法；

⒈看颜色

⒉闻气味:气味越浓相较之助焊剂稳定性越好

⒊测比重

⒋看上锡情况

⒌，测阻抗

第三方检测：

⒈测试ROHS项目

⒉测试助焊剂成分

丁二酸（Succinic acid） 别 名：琥珀酸 分子式：C4H6O4 分子量：11809

性 状：无色结晶体，熔点185oC，沸点235oC（分解为酸酐），比重1572；溶于甲、乙醇、异丙醇、醚、酮类，不溶于苯、四氯化碳。

应 用：丁二酸主要用在电子化学品、助焊剂、锡膏上用作助焊酸，有良好的助焊、酸化活性作用，配合己二酸及一定的表面活性剂和一些助剂即可提高助焊能力和配制可焊性好的，优质的松香型、环保型助焊剂。丁二酸在化学工业中用于生产染料、醇酸树脂、玻璃纤维增强塑料、离子交互树脂及农药等；在医药工业中用于合成镇静剂、避孕药及治癌物等，此外，还可用于分析试剂、食品铁质强化剂、调味剂以及配制电镀药水和PCB线路

主要是因为线路板在涂三防漆之前，没有把板清洗干净，经过我公司敏通专业技术人员的现场测试和分析后发现，其主要原因就是焊接过程中有助焊剂残留在PCB板上方功能口有贴片电容、电阻的地方，助焊剂中的残留物漏电和高温高湿环境下含卤素的助焊剂受潮后离子迁移造成漏电，会产生贴片电容、电阻参数不正常甚至短路，从而导致发生各种各样的问题。

这些现象简单的的判断方法就是用烙铁烫烫对应功能口位置的贴片电容、电阻、如果发现电容、电阻参数恢复正常，就可发初步判断为助焊剂残留影响，然后再通过下面的测试方法来具体判断，确定是否为助焊剂残留所引发的问题。

测试方法：

1． 由于助焊剂残留物主要是在高温高湿环境下影响贴片电容、电阻的参数，我们简单的

给定一个高温条件。首先把控制器与电机连接好以后，让控制器正常工作，不带任何负载使转把信号达到最大。然后用热风枪在PCB板背面加热对应功能口位置电容，电机和控制器正常使用时（热风枪的温度350-400度，风力5-6，加热时间上控制在半分钟以上）滴一滴客户使用的助焊剂在电容上，看电机能否正常运转，或者短暂的出现电机抖动、停止、欠压、噪气等现象，由于助焊剂厂家不同，他们使用的材料成分，杂质含量等不同对电容的影响程度也不同。

2、测量助焊剂的焊后电阻值，焊后是否漏电，和助焊剂本身是有着很大的关系，焊后电阻的测试方法是比较严格的，它是有一个标准的梳型板专供测试来用的，焊后漏电可以说大部分和助焊剂有关系，有些可能觉得焊完后并没漏电放一段时间就漏电了，应该不是助焊剂的问题，其实不然。有些焊剂本身有少量的松香，这些松香焊后干燥能在一定程度上降底漏电的可能，主要是保护了一些残留不让它们吸水受潮，如果这种松香加得不够多，性能不够好，环境湿度足够大，还是会引起板面吸潮，从而引起漏电，。之所以清洗后就不漏电了，那是因为我们将一些导电的残留清洗掉了，还原了板面的洁净度。

焊后是否有一个很好的阻值，并能承受各种潮湿、高温、低温环境的变化，这也是对一款焊剂最基本的考验。目前国内标准测阻值，多是做双85实验的配合，即85%的湿度下，高低温循环，高温部分也达到85度。

3、用数字电桥测量贴片电容的容值（C）和漏电流（D）等参数，看参数值是否正常。

洗可确保腐蚀性的残留物被完全清除，并使用三防漆很好的粘着在线路板表面。

规范的生产流程如下：来料检验→插件→喷涂助焊剂→焊接→补焊检查→清洁烘干→调试测试→喷涂三防漆→装壳→成品测试→外壳防水和包装→强化老化测试→入库（成品检验）。

如果整个控制器的生产流程按照上述流程进行操作，就不会发生由于助焊剂残留物受潮导致漏电引发控制器一系列不正常的问题。

　　电子线路板焊接工艺包含很多方面的，如贴片元件的焊接工艺，分立元件的焊接工艺都不一样的。

　　下面是SMT工艺

　　第一步： 电路设计

　　计算机辅助电路板设计已经不算是什么新事物了。我们一直是通过自动化和工艺优化，不断地提高设计的生产能力。对产品各个重要的组成部分进行细致的分析，并且在设计完成之前排除错误，因此，事先多花些时间，作好充分的准备，能够加快产品的上市时间。新产品引进（NPI）是针对产品开发、设计和制造的结构框架化方法，它可以保证有效地进行组织、规划、沟通和管理。在指导制造设计（DFM）的所有文件中，都必须包含以下各项：

　　• SMT和穿孔元件的选择标准；

　　• 印刷电路板的尺寸要求；

　　• 焊盘和金属化孔的尺寸要求；

　　• 标志符和命名规范；

　　• 元件排列方向；

　　• 基准；

　　• 定位孔；

　　• 测试焊盘；

　　• 关于排板和分板的信息；•

　　• 对印刷线的要求;

　　• 对通孔的要求；

　　• 对可测试设计的要求；

　　• 行业标准，例如，IPC-D-279、IPC-D-326、IPC-C-406、IPC-C-408和IPC-7351。如要了解这方面的详细信息，请到网址：wwwipcorg上查看相关的IPC技术规范。

　　在设计具有系统内编程（ISP）功能的印刷电路板时，需要做一些初步的规划，这样做能够减少电路板设计的反复次数。工程师可以从几个方面对印刷电路板进行优化，以便在生产线上进行（ISP）编程。工程师可以辨别电路板上的可编程元件。不是所有的器件都

　　可以进行系统内编程的，例如，并行器件。设计工程师首先要仔细地阅读每个元件的编程技术规范，然后再布置管脚的连线，要能够接触到电路板上的管脚。另一个步骤是，确定可编程元件在生产过程中是如何把电源加上去，而且还要弄清楚制造商比较喜欢使用哪些设备来编程。

　　此外，还应当考虑信息追踪，例如，关于配置的数据。只要使用得当，电路板设计和DFM就可以有效地保证产品的制造和测试，缩短并且降低产品研发的时间、成本和风险。不准确的电路板设计可能会危及最终产品的质量和可靠性，因此，设计工程师必须充分了解DFM的重要性。

　　第二步： 工艺控制

　　工艺控制是防止出现缺陷最有效的手段，同时，它可以在整个组装生产线上进行追踪。随着全球化趋势的发展，越来越多公司在世界各地建立了工厂，他们需要对生产进行有效的控制，更重要的是对供应链进行有效的管理。尺寸更小、更精密的组件，无铅的使用，以及高可靠性的产品，这些因素综合起来，使工艺控制变得更复杂。消除可能出现的人为错误就可以减少缺陷。统计工艺控制（SPC）可以用来测试工艺和监测由于一般原因和特定原因而出现的变化。需要使用若干SPC工具来发挥工艺控制的长处。我们还应当使用SPC来稳定新工艺并改进现有的工艺。工艺控制还可以实现并且保持预的工艺水平、稳定性和重复性。它依靠统计工具进行测试、反馈和分析。

　　工艺控制的最基本内容是：

　　• 控制项目：需要监测的工艺或者机器；

　　• 监测参数：需要监测的控制项目；

　　• 检查频率：检查间隔的数量或者时间；

　　• 检查方法：工具和技术；

　　• 报告格式：SPC图表；

　　• 数据类型：属性或者易变的数据；

　　• 触发点：会发生变化的点。

　　随着无铅电子产品的出现，对工艺控制提出了新的要求：对材料进行追踪。产品的价格越来越低、质量的要求越来越高，这要求在整个组装工艺中进行更严格的控制。在各个领域，需要进行追踪。关键的一环是材料的追踪。通过材料追踪系统，我们可以了解车间中材料的状况和它们的位置，一目了然。在合金混合使用的情况下，组件追踪也非常重要。把无铅组件和锡铅组件错误地放在一起，可能会造成十分严重的后果。

　　工艺控制的其它内容包括：

　　• 设备的校准；

　　• 用好的电路板作为对照，找出缺陷；

　　• 机器的重复性；

　　• 系统之间的开放型软件接口；

　　• 生产执行系统（MES）；

　　• 企业资源规划。

　　工艺工程师必须在引进新产品（NPI）的过程中，研究制定完整有效的装配工艺和高质量的规划。机器软件和数据结构的开发要同时进行，接口必须是开放的，这样，工程师就可以在多条生产线上同时设计、控制和监测SMT工艺。要提高质量，首先需要一套计划，一组不同于具体标准的目标，各种测试工具，以及作出改变并且通过交流来提高最终产品质量的方法。

　　第三步： 焊接材料

　　多年来，我们在生产中一直使用锡铅焊料，现在，在欧盟和中国销售的产品要求改用无铅焊料合金。虽然有许多无铅焊料可供选择，不过，锡银铜（SAC）焊料合金已经成为首选的无铅焊料。

　　焊料有很多种类型的产品，有焊钖条、焊锡块、焊锡丝、焊锡粉末、成型焊锡、焊锡球和焊膏。焊接工艺使用各种不同的助焊剂，最常见的有：松香、轻度活性剂（RMA）和有机酸助焊剂。助焊剂基本分为两种：一种需要用水或者清洗溶剂来清洗的助焊剂，另一种是免清洗助焊剂。

　　这个行业之所以选择（SAC），主要是从以下几个方面考虑：

　　• 低熔点：在加热时，低熔点合金在从固态变成液态，没有经过“糊状”阶段。最初，正是这个原因使许多行业组织认为（SAC）是最适合的低熔点合金。后来的工作表明，如果（SAC）合金的温度只要稍稍偏离这个低熔点，就可以大量地减少失效，例如，无源分立组件一端立起的问题。最理想的合金是（SAC305），其中银占30%，铜占05%，其余是锡。

　　• 熔点：焊料合金的熔点或者液相线会因它的金相成分而发生变化。SAC305或者其他近低熔点无铅焊料的熔点大约是217℃。

　　• 合金价格：由于银的价格很高，在合金中银的含量最好少一些。对于焊膏来说，这并不是什么大问题因为焊膏制造工艺的价格远远高于材料的价格。不过，对于波峰焊，无铅焊料的价格比较高。

　　• 锡须：组件引脚上的无铅表面含的铅可能会引起锡须。

　　• 湿润特性：与锡铅或者传统的低熔点焊料合金相比，无铅焊料合金的湿润能力较差。

　　自动对正：由于无铅合金的湿润能力明显不如锡铅合金，因此它们也无法自动对正。因此，在再流焊中焊钖球对准的几率较低。

　　• 流变性：焊料的粘性和表面张力是一个需要重视的问题，而且，在选择新的无铅焊膏时，首先要对粘性和表面张力进行评估。

　　• 可靠性：焊点的可靠性是无铅技术需要考虑的一个紧迫问题。无铅焊点比较脆，一旦受到撞击或者掉到地上很容易损坏。不过，在压力较低的情况下，SAC的可靠性与锡铅合金相当，甚至更好。另外，无铅焊料合金的长期可靠性很值得商榷，因为关于这种合金我们还没有象锡铅焊料合金那样的可靠性数据。

　　• IPC标准：J-ST D - 0 02/0 03、JSTD - 0 0 4 / 0 0 5/ 0 0 6、I PC-TP-1043/1044（关于所有IPC标准的详细资料，请访问网址：wwwipcorg）。

　　第四步： 印刷

　　焊膏印刷工艺包括一系列相互关联的变量，但是为了达到预期的印刷质量，印刷机起着决定性的作用。对于一个应用，最好的办法是选择一台符合具体要求的丝网印刷机。

　　在手动或者半自动印刷机中，是通过手工用刮刀把焊膏放到模板/丝网的一端。自动印刷机会自动地涂布焊膏。在接触式印刷过程中，电路板和模板在印刷过程中保持接触，当刮刀在模板上走过时，电路板和模板是没有分开的。

　　在非接触式印刷过程中，丝网在刮刀走过之后剥离或者脱离电路板，在焊膏涂布完了之后回到最初的位置。网板与电路板的距离和刮刀压力是两个与设备有关的重要变量。

　　刮刀磨损、压力和硬度决定了印刷质量。它的边缘应当锋利而且是直的。刮刀的压力较低，这会造成印刷遗漏和边缘粗糙；而刮刀的压力高或者刮刀软，印刷到焊盘上的焊膏会模糊不清，而且可能会损坏刮刀、模板或者丝网。

　　双倍厚度的模板可以把适当数量的焊膏加到微间距组件焊盘和标准焊表面安装组件焊盘。这要用橡皮刮刀迫使焊膏进入模板上的小孔。使用金属刮刀可以防止焊膏体积出现变化，但是需要修改模板上孔的设计，避免把过多的焊膏涂在微间距焊盘上。模板孔的宽度与厚度之比最好是1:15，这样可以防止出现堵塞。

　　化学蚀刻模板：可以用化学蚀刻在金属模板和柔性金属模板的两侧进行蚀刻。在这个工艺中，蚀刻是在规定的方向上（纵向和横向）进行。这些模板的壁可能并不平整，需要电解抛光。

　　激光切割模板：这种削切工艺会生成一个模板，它直接使用G e r b e r文件产生激光。我们可以调整文件中的数据来改变模板的尺寸。

　　电铸成型的模板：这是附加工艺，它把镍沉积到铜基板上，形成小孔。在铜箔上形成一层光敏干薄膜。在显影后，得到底片。只有模板上的小孔会被光阻剂所覆盖。光阻剂四周的镍电镀层会增加，直至形成模板。在达到预定的厚度后，再把光阻剂从小孔中除去，电铸成型的镍箔与铜基板分离，然后再把铜基板拿开。

　　要想得到最理想的印刷效果，需要把正确的焊膏材料、工具和工艺妥善地结合起来。最好的焊膏、设备和使用方法还不能保证得到最理想的印刷效果。用户还必须控制好设备的变化。

　　第五步： 粘合剂/环氧化树脂与 点胶技术

　　环氧化树脂粘合剂的涂敷能力好、胶点的形状和尺寸一致、湿润性和固化强度高、固化快、有柔性，而且能够抗冲击。它们还适合高速涂敷非常小的胶点，在固化后电路板的电气特性良好。粘接强度是粘合剂性能中最重要的参数。组件和印刷电路板的粘接度，胶点的形状和大小，以及固化程度，这些因素将决定粘接强度。

　　流变性会影响环氧化树脂点的形成，以及它的形状和尺寸。为了保证胶点的形状合乎要求，粘合剂必须具有触变性，意思是粘合剂在搅动时会越来越稀薄，而在静止时则越来越稠。在建立可重复使用的粘合剂涂敷系统时，最重要的一点是如何把各种正确的流变特性结合起来。

　　粘合剂是按照电气、化学或者固化特性，以及它的物理特性分类。导电性粘合剂和非导电性粘合剂用在表面安装上。

　　自动涂敷系统的适用范围很广，从简单的涂布胶水到要求严格的材料涂布，例如，涂布焊膏、表面安装粘合剂（SMA）、密封剂和底部填充胶。

　　注射式点胶机可以用手动或者气动的办法控制。由注射技术发展而来的产品，具有精确、可重复和稳定的特点。目前有几种不同类型的阀适合注射点胶机，包括扣管点胶笔，还有隔膜、喷雾、针、滑阀和旋转阀。针在台式涂敷设备中也是一个重要的组件。精确涂敷需要使用金属涂敷针。

　　针的直径在01mm到16mm之间，当然，还有其他规格的针可供选择。喷涂技术非常适合对速度、精度要求更高或者要求对材料贴装进行控制的应用。它的主要适用范围包括，芯片级封装（CSP）、倒装芯片、不流动和预先涂布的底部填充胶，以及传统的导电粘合剂和表面安装粘合剂。喷涂技术使用机械组件、压电组件或者电阻组件迫使材料从喷嘴里射出去。

　　材料涂敷决定最终产品的成败。充分了解并选出最理想的材料、点胶机和移动的组合，是决定产品成败的关键。

　　第六步： 组件贴装

　　分立组件变得越来越小，于是组件的贴装变得越来越难。我们要求组件贴装准确，同时又要保证贴装可靠和重复，这是很困难的。0201组件已经越来越普通；但是，我们很快就会在电路板上看到01005组件。组件尺寸越来越小，电路板越来越复杂，需要在电路板上贴装各种各样的组件，而且组件的数量也越来越多。

　　贴装组件是很简单的，就是从传送带、传送架或者料盘中拾取组件，然后再把它们正确地贴到电路板上。组件贴装分为手动贴装、半自动贴装和全自动贴装。手动贴装非常适合返修时使用，但是它的精确度差，速度也不快，不适合目前的组件技术和生产线的要求。半自动贴装是用真空的办法把组件吸起来，然后放到电路板上。这个方法比手动贴装快得多，但是，由于它需要人的干预，还是会有出错的可能。全自动贴装在大批量组装中的应用非常普遍。高速组件贴装使用的可能就是这种机器，贴片速度从每小时三千到八万个组件不等。

　　贴片机的类型分为转动架型贴片机、龙门贴片机和灵活型贴片机三种。龙门贴片机的速度较快、尺寸较小、价格较低，而且它的编程能力较强，便于使用带装组件，因此，未来的SMT生产线都将使用龙门贴片机。这种机器可以迅速完成大型组件和微间距组件的贴装，这是它的优势。

　　不同的生产环境需要使用不同类型的贴片机。生产规模是首先需要考虑的问题。机器是否符合生产的要求，这要取决于需要把哪些组件贴装在电

　　路板上，需要贴装多少种组件，以及具体的生产环境情况如何。贴片机有几种，制造商可能无法只用一台机器来满足用户所有的要求。在购买新的贴片机时，你首先需要明确以下几个问题：

　　• 它可以生产规格多大的电路板？

　　• 需要使用多少种不同的组件？

　　• 会用到哪几类/哪几种规格的组件？

　　• 会出现多少变化？

　　• 每个面板的平均贴装组件数量是多少？

　　• 每小时可以生产多少块电路板？

　　• 投资回报可以达到什么水平？成本是多少？

　　成功的组件贴装往往与各种设备有关。了解了整个工艺的各个环节，就可以根据不同贴片机的优点与缺点更容易地做出最有利的决定。

　　第七步： 焊接

　　无铅对生产制造的各个环节或多或少都会有些影响，但是没有哪个环节能够与再流焊相提并论。由于熔点温度较高，无铅焊料合金再流焊温度曲线的变化，因此在再流焊管理方面需要做一些调整。我们需要考虑的再熔工艺参数包括，峰值温度、液相线时间（TAL）以及温度上升和下降速度。此外，还要考虑冷却方面的要求、离开电路板时的温度和助焊剂的控制。

　　在无铅再流焊方面，最常见的问题是，气泡、电路板变形和元件的损坏，这些都是再流焊工艺在超出技术规范规定的范围时造成的。有一些元件，例如，铝电解电容器和一些其他塑料连接器，要求温度比较低，要防止温度过高而造成损坏，但是象插座这样的大元件需要更多的热量才能得到好的焊点，因此当电路板上有这些不同类型元件时，制定再流焊温度曲线是一个挑战性的问题。向后兼容性（装在锡铅电路板上的无铅BGA元件）也使问题变得更加复杂。

　　在对流焊接中，再流焊的温度较高，这表示，要求助焊剂不可以很容易就燃烧。对再流焊炉来说，助焊剂收集系统不仅要在更高的温度下工作，并且要容纳更多的助焊剂。

　　在加热过程中氮气（N2）可以防止金属表面出现氧化，并且保证助焊剂妥善地激活。但是，值得一提的是，在使用无铅SAC305合金时时，氮气在再流焊炉中是起不了什么作用的。对价格敏感的行业，可能还不打算在无铅中使用氮气。

　　就穿孔或者表面安装的分立元件而言，在转到无铅波峰焊时，由于无铅焊料中锡占的比例较高，炉温也较高，因此焊锡炉要能够抗腐蚀。在无铅焊料中，锡的含量最高，要求的温度也较高，会促进残渣的形成。

　　无铅焊锡炉需要进行水平较高的预防性维护和保养，以便保证机器的正常运作。像锡银铜这样的合金会侵蚀较旧的波峰焊接机上使用的材料。

　　汽相再流焊工艺在无铅合金上已经取得了成功，它可以

　　避免高温处理时出现变化。这个工艺具有良好的热转移特性。

　　激光焊接有利于改善这种自动化工艺，而且非常适合对温度比较敏感的元件。这种方法的速度较慢，但是它符合无铅的要求。关于使用无铅合金进行批量焊接的大部份观点同样也适用于返修用的手工焊接。

　　在使用免清洗工艺时，助焊剂的选择是关键。固化能力较强的免清洗助焊剂能够降低焊接缺陷，但是它会在电路板上留下更多肉眼看得到的助焊剂。

　　在进行无铅焊接时需要考虑以下几方面的问题：焊接方法、焊接设备、焊料合金、助焊剂、热电耦、氮气、焊锡炉，同时还要解决在过渡阶段在同一块电路板上既有锡铅焊料又有无铅焊料的问题。

　　第八步： 清洗

　　清洗印刷电路板是非常重要而且能够增加价值的工艺，它可以清除由不同制造工艺和处理方法造成的污染。如果没有经过适当的清洗，表面污物可能会在生产过程中造成缺陷。无铅增加了清洗工艺的重要性。比起锡铅工艺，无铅焊接工艺通常需要使用更多的助焊剂和活性更高的助焊剂，因此，往往需要进行清洗，把去助焊剂残渣去掉。

　　在选择适当的清洗介质和设备时，主要考虑以下几个因素：系统必须环保，经济有效；关于挥发性有机化合物（VOC）的局部散发和废水的法规（COD/BOD/pH）可能会影响解决办法和设备的选择；这种清洗剂还必须适应组装材料和洗涤设备的要求。

　　在SMT组装中，最常用的清洗方法是在线喷洒系统或者批量喷洒系统。超声波和蒸汽去脂的方法属于其他的批量清洗方法。批量清洗方法最适合产量低、品种多的生产。在线喷洒针对的是产量高、品种单一的生产，或者是品种很多的生产。

　　水洗清洗—这种清洗方法使用水或者是含有清洗剂的水（清洗剂的含量一般在2–30%之间）。水溶性材料通常由可于用来喷洒的液态酒精或者VOC溶液构成。这种办法能够把表面安装技术或者穿孔技术中的使用松香的低残渣助焊剂清洗掉。水溶性清洗通常用于高压在线清洗设备。

　　半湿性清洗—这是溶剂清洗/水冲洗工艺。这项技术使用的一些化学材料包括非线性酒精和合成酒精化合物。非线性酒精把活性较低和活性适中的材料整合在一起，它可以清洗较难清除的助焊剂，例如，高温树脂和合成树脂，以及水溶性助焊剂和免清洗助焊剂。

　　我们使用三种常见的测试方法来确定SMT生产运作的清洁度：目视检查、表面绝缘电阻（SIR）和溶液提取法。在目视检查中，我们通过显微镜手动检查电路板。溶液提取法是把电路板浸泡在异丙基酒精和去离子（DI）水里，测定离子的传导性。SIR测试需要在工艺设计阶段和大规模生产阶段使用专门的测试电路板，然后，在SIR室内对这些测试电路板进行评估，在SIR室内，通了电的测试电路需要暴露在不同的环境条件下。

　　清洗是组装工艺中非常重要的一个环节。无铅焊料合金会对电路板表面清洗提出几个要求：使用等级较高和活性较强的助焊剂，需要较高的再流焊温度。这么高的温度可能会使助焊剂残渣糊掉，这样，清除起来就会更困难，如果使用的传统的化学材料清洗技术，更是如此。

　　第九步： 测试和检验

　　由于缩短上市时间、缩小元件尺寸以及转到无铅生产，需要使用更多的测试方法和检查办法。对缺陷程度（在生产过程中产生的缺陷）的要求，以及测试和检查的有效性，推动着测试行业向前发展。最好的测试策略往往会受到电路板特性的限制。需要考虑的几个重要因素包括：电路板的复杂性、计划的生产规模、是单面电路板还是双面电路板、通电检查和目视检查，以及元件方面的具体的问题。

　　这个行业现有的测试办法是：

　　在再流焊之后进行电路内测试（ICT），这是，对元件单独加电测试，来检验印刷电路板是否有问题。传统的ICT系统使用针床测试设备来接触印刷电路板下面一侧的多个测试点。

　　飞针是一种ICT测试，它使用一根探针在通电情况进行测试，在测试设备和印刷电路板之间不需要针床接口。它用大量到处游走的针来检查印刷电路板。

　　边界扫描测试可以弥补通电检查的不足。边界扫描使用边缘连接器或者一个有限的针床设备，它可以对ICT和飞针接触不到的被测元件和电路节点进行测试。

　　检验印刷电路板是否合格的最后一步是功能测试，然后才把印刷电路板送走。这些测试设备使用边缘连接器和/或者测试点来连接印刷电路板。测试仪器模拟最终的电气环境，检验电路板的功能是否符合要求。

　　检查不同于测试，检查是没有在通电的情况检验电路板的好与坏。我们可以在组装工艺中尽早进行检查，实现工艺监测与控制。有以下几种检查方法：

　　人工检查。这是检验员用目视的方法来检查印刷电路板，看看有没有缺陷。这个办法是最不可靠的，对于使用0201元件和微间距无铅元件的电路板来说，更是如此。而且，人工检查的成本也非常高。

　　X射线检查。这个方法主要用于再流焊后检查元件，这些元件无法接触到，或者不能用ICT测试，也无法用肉眼看清楚。我们可以手动操作这些系统，测试样品，或者用全自动的方式在生产线上测试样品（AXI）。

　　自动光学检查（AOI）。这个方法是利用照相机成像技术来检查印刷电路板。AOI可以迅速检查出各种各样的缺陷，而且可以在生产线上进行，每一道贴装工序完成之后进行。在贴装后进行AOI检查，能够提高贴装工艺的精确度，并且可以检查元件是否贴到印刷电路板上。它还可以用来检查元件的位置和放置的情况。在再流焊后进行AOI检查，还可以发现可能是再流焊引起的一些缺陷。

　　在整个组装工艺中，控制缺陷和找出缺陷将直接关系到质量控制和成本。制造商需要通过全面的测试和检查来确定哪些测试和检查最符合生产线的要求。

　　第十步： 返修与维修

　　返修与维修是必不可少的。之前所有步骤的目标只有一个，提高工艺的准确性和可靠性，但是，仍然免不了要把元件取下来，需要更换。返修工艺包括以下四个步骤：

　　1、找出失效的元件，造成失效的可能原因；

　　2、把失效的元件拿下来；

　　3、完成印刷电路板安放位置的准备工作；

　　4、装上元件，然后再流焊。

　　无铅生产需要较高的温度，这可能会给返修工艺带来新的难题。由于电路板处在较高的温度，可能会损坏元件和电路板。无铅焊接的再流焊工艺窗口更窄，对于容易受温度影响的元件来说，例如，BGA和CSP，需要精确地控制温度。当这些较大的封装在接近最高温度时，附近的较小元件会因为热容量较小和再流焊工艺的较高温度而过热。尺寸较大的多层印刷电路板，上面使用了阵列封装元件，是返修工艺最大的难题。

　　当遇到损坏了的元件时，返修技师首先必须确定是否可以用手工进行返修，或者是否必须把元件取下来换一个。同时还需要对印刷电路板进行功能测试。

　　通常，在返修时只需要使用手工操作的铬铁。在手工焊接时，已经很热的铬铁头接触元件的引脚和焊盘，把热量传到引脚和焊盘上，把温度提高到高于无铅焊料的熔点（通常是217℃）。含有助焊剂的焊钖丝与加热了的部位接触，焊锡丝熔化，湿润表面，并且在凝固时形成电气和机械连接的焊点。烙铁不可以直接碰到元件，防止可能出现的热冲击和破裂。手工焊接台相对较便宜，但是需要熟练的操作人员。

　　其他的返修工作可能需要使用手工操作的热气笔，它使用强制对流的方法把少量热气流直接喷射到引脚和焊盘上，完成焊接。尽管这个方

　　时，通常都推荐使用热气笔。在返修阵列式封装器件时，例如，在返修BGA和CSP时，需要使用返修台。这些返修台一般包括一个可移动的X/Y支架（用来安装和支撑印刷电路板）、一个热气喷嘴和向上/向下进行光学对正的机构。在对正后，吸嘴拾起元件，并把元件放到电路板上。然后，喷嘴对这个元件进行再流焊接。一些返修台还使用红外线来加热或者使用激光。

　　转到使用无铅焊料将会增加返修工艺的难度。虽然基本的步骤是一样的，但是，负责返修的操作人员必须注意到无铅的工艺窗口较窄，同时还要注意，工艺温度上升可能给印刷电路板和元件带来的危险。

无铅波峰焊焊料波的表面被一层均匀的氧化皮覆盖，它在无沿焊料波的整个长度方向上几乎都保持静态，在波峰焊接过程中，PCB接触到焊料波的前沿表面，氧化皮破裂，PCB前面的焊料波无皲褶地推向前进，这说明整个氧化皮与PCB以同样的速度移动。

当PCB进入波峰面前端时，基板与引脚被加热，并在未离开波峰面之前，整个PCB浸在焊料中，即被焊料所桥联，但在离开波峰尾端的瞬间，少量的焊料由于润湿力的作用，粘附在焊盘上，并由于表面张力的原因，会出现以引线为中心收缩至最小状态，此时焊料与焊盘之间的润湿力大于两焊盘之间的焊料的内聚力。因此会形成饱满、圆整的焊点，离开波峰尾部的多余焊料，由于重力的原因，回落到锡锅中。 同Sn-Pb合金焊料相比，高Sn含量的无铅焊料在高温焊接中更容易氧化，从而在锡炉液面形成氧化物残渣(SnO2)，影响焊接质量，同时也造成浪费。典型的锡渣结构是90%的可用金属在中心，外面包含10%的氧化物组成[6]。产生锡渣的原因有：

1）原始焊料的质量；

2）焊接温度；

3）波峰高度；

4）波峰的扰度。

温度升高，增加无铅焊料的氧化性，高温下锡炉表面氧化物的厚度如下表示：

其中：k=k0exp(-B/T)

m= mass(kg)

A= area(m2)

k= growth coefficient

B= is a constant

T= absolute temperature(K)

相同条件下，纯锡的k值是Sn-Pb合金k值的两倍，而且无铅焊料的焊接温度比Sn-Pb合金焊料的要高，故其具有更强的氧化率。为了防止无铅焊料的氧化，解决办法是改善锡炉喷口，最好的对策是加氮气保护。

改善锡炉喷口的结构，主要就是控制波峰的高度和扰度，减少无铅焊料的氧化。氮气保护就是减小氧气的浓度，从氧化性的本质上减小无铅焊料的氧化，其效果是显著的。随着O2浓度的降低，无铅焊料的氧化量是明显减少的。当N2保护中O2的含量在50ppm或以下时，无铅焊料基本上不产生氧化，N2流量为16m3/h是降低O2含量的临界值。 无铅波峰焊接PCB上的插装电子元器件，当采用无铅焊料时，由于无铅焊料的焊接温度比Sn-Pb合金焊料高约30-50℃，另外无铅焊料中Sn的含量大幅度提高，一般都在95%以上，造成了波峰焊时无铅焊料对锡炉和喷口的腐蚀性加强。国内一般锡炉采用的材料是SUS304和SUS316型不锈钢。实验表明，不锈钢材料在高温条件下6个月就被高Sn无铅焊料明显腐蚀。最容易受到腐蚀的是与流动焊料接触的部位，如泵的叶轮、输送管和喷口。

不锈钢具有防腐蚀性能的原因就是合金元素Cr的作用，对大多数材料包括普通的Sn-Pb焊料合金，不锈钢都具有很好的耐腐蚀性能。但对于高Sn无铅焊料，高温下其在不锈钢表面具有良好的铺展能力，容易产生浸润现象，从而产生浸润腐蚀不锈钢。另外由于在波峰焊过程中，液态合金焊料是在不断流动的，冲刷与之接触的表面，导致冲刷腐蚀，这就是为什么泵的叶轮、输送管和喷口处的腐蚀更为严重的原因。采用X射线化学分析仪对无铅焊料腐蚀不锈钢的截面作成分分析。

无铅焊料在不锈钢表面完全浸润，并与不锈钢基体之间发生了相互扩散。这种扩散最终导致不锈钢锡炉及其内部不锈钢结构件的腐蚀。

为了防止高Sn无铅焊料对波峰焊设备的腐蚀作用，提高设备的使用寿命，对于无铅波峰焊设备，锡炉里面的叶轮、输送管和喷口多采用以下材料：

1）钛及其合金结构；

2）表面渗氮不锈钢；

3）表面陶瓷喷涂不锈钢。

对于锡炉，多选用的材料为：

1）钛及其合金；

2）铸铁；

3）表面陶瓷喷涂不锈钢；

4）表面渗氮不锈钢。 无铅波峰焊接温度并不等于锡炉温度，在线测试表明，一般焊接温度要比锡炉温度低5℃左右，也就是250℃测量的润湿性能参数大致对应于255℃的锡炉温度。

实验研究表明，对于一般的无铅焊料合金，最适当的锡炉温度为271℃。此时，Sn/Ag、Sn/Cu、Sn/Ag/Cu合金一般存在最小的湿润时间和最大的湿润力。当采用不同的助焊剂时，无铅焊料润湿性能最佳的锡炉温度有所不同，但差别不是很大。对于采用低固免清洗助焊剂的波峰焊接过程。

无铅波峰焊锡炉的温度对焊接的质量影响很大。温度若偏低，焊锡波峰的流动性就变差，表面张力大，易造成虚焊和拉尖等焊接缺陷，失去波峰焊接所应具有的优越性。若温度偏高，有可能造成元器件受高温而损坏，同时温度偏高，亦会加速无铅焊料的表面氧化。 波峰高度的升高和降低直接影响到波峰的平稳程度及波峰表面焊锡的流动性。适当的波峰高度可以保证PCB有良好的压锡深度，使焊点能充分与焊锡接触。平稳的波峰可使整块PCB在焊接时间内都能得到均匀的焊接。当波峰偏高时，表明泵内液态焊料的流速增大。

雷诺数值增大将使液态流体进行湍流（紊流）状态，易导致波峰不稳定，造成PCB漫锡，损坏PCB上的电子元器件。但对于波峰上PCB的压力增大，这有利于焊缝的填充。不过容易引起拉尖、桥连等焊接缺陷。波峰偏低时，泵内液态钎料流体流速低并为层流态，因而波峰跳动小，平稳。焊锡的流动性变差了，容易产生吃锡量不够，锡点不饱满等缺陷。波峰高度通常控制在PCB板厚度的1/2~2/3，其焊点的外观和可靠性达到最好。 被无铅波峰焊表面浸入和退出熔化焊料波峰的速度，对润湿质量，焊点的均匀性和厚度影响很大。焊料被吸收到PCB焊盘通孔内，立即产生热交换。当印制板离开波峰时，放出潜热，焊料由液相变为固相。当锡炉温度在250℃-260℃左右，焊接温度就在245℃左右，焊接时间应在3-5秒左右。也就是说PCB某一引线脚与波峰的接触时间为3-5秒，但由于室内温度的变化，助焊剂的性能和焊料的温度不同，接触时间有所不同。