SMT行业界的RoHS制程生产已经是一个必然的趋势,而且RoHS制程相应的工艺窗口由于焊料等的原因变得更窄,焊接效果一定程度上受到了影响,因此对RoHS制程的工艺技术的研究,并解决相应的问题,是保证表面组装质量乃至产品整机性能的重要方面;另一方面,其管控同样给制造带来一定要求。下面由广州SMT贴片加工厂众焱电子对RoHS制程生产中的焊料进行分析讲解。
一、流动扩散性能差
从回流焊接的前后对比可明显看出,分别使用两种焊料回流焊接后,无铅焊料自身熔融状态的表面张力仍能将焊料拉回覆盖住焊盘,同时也反映出无铅焊料的流动扩散性能有差于有铅焊料。
从而无铅焊料的印刷要求要高于有铅焊料,且只有在开始的印刷上保证好精度和对网板等辅助工具做进一步改进,同时SMT贴片机的贴装精度需要有所提升,如此才能避免后期的偏移、锡少等不良。
另外,由于焊料的流动扩撒性能变差,焊料上爬的程度也有所下降,使得焊锡量要求有所加大,且炉温设定也要提升,最高温度要达>235℃。
二、熔点温度高
RoHS焊料合金成分有了变化,其熔点比有铅焊料的熔点(183℃)大有提升,这必然的温度升高,将对PCB中广泛使用的FR2、FR4板材不利。
FR4是PCB行业中广泛使用的材料,IPC的欧洲代表LarsWallin,在瑞典的出版物《Elektronik I Norden》上,也警告电子厂家和PCB设计者,FR4将经受不起由于新的无铅生产制程而带来的高温冲击,比如热风整平(使用锡铜合金,熔点为227℃,焊接温度为265-270℃)和锡银铜合金的锡膏(熔点为217-221,焊接温度为235-245℃)。
有一点人们经常忘记但又必须记住的是,FR4材料在整个生产过程中,多次地遭遇对其不利的高温冲击。Lars Wallin列出了7个对FR4造成伤害的过程:
1、热风整平,有时候还必须返工
2、第一面的焊接
3、第二面的焊接
4、波峰焊
5、拆除失效的BGA/CSP⑥、焊接新的BGA/CSP⑦、手工焊接一些特殊器件
SMT贴片加工业的制造商和设计者必须考虑这一点,并且要和PCB制造商一起重新检讨所有对他们的产品造成影响的因素。在很多情况下,FR4的PCB材料必须替换。
目前可供选择的是:Tg(需要控制:翘曲和变形)、T288(需要控制:分层和剥离)、CTE(需要控制:通孔镀层开裂)及无卤素的。
三、浸润性差
与有铅焊料相比,无铅焊料的浸润性已明显有下降,故而为保证焊料的浸润能力,需要在制程中提供较高的温度,或者提供N2保护的环境,同时,对助焊剂的选择又提出了更高的要求。
据证实,具有较高活性和固含量的液态助焊剂与无铅焊料一起
使用表现较好性能。准备焊接后清洗残剩焊剂具有水洗性焊剂包含有较高程度活性因子和具有更多侵蚀性成分,并已证实在无铅中具有最佳孔填效果,包括如光铜OSP比较困难的表面。活性因子含不明显的腐蚀,即使接触时间较长和在无铅焊接温度较高条件下,也能较好清除全部氧化物。因为在这些焊剂活动因子通常超量的,具有足够的活性成份,使表面氧化保持最小,无铅表面张力达最低值,从而保证充分浸润和孔填。