无铅焊料合金

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{sx}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3.0%，铜占0.5%，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{zh0}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：）。

 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xx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xx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，xx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。{zh0}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{zh1}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xx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{zfh}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xx地控制温度。当这些较大的封装在接近{zg}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{zd0}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。

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