无铅工艺已经广泛应用,但在军事电子制造领域仍然采用有铅的工艺,而元器件却买不到有铅的,出现了有铅与无铅共存的现象,目前有铅/无铅BGA器件共同装配使用在SMT贴片加工厂中较为普遍,而由于有铅焊球与无铅焊球的熔点不相同,如采用Sn-Ag-Cu合金的无铅BGA的焊球熔点较高为217℃,而Sn63-37Pb合金的有铅BGA的焊球熔点为183℃,如果采用Sn63-37Pb焊料的温度曲线,一般峰值温度在210~230℃,假设一个PBGA的峰值温度为220℃,再流焊时当温度上升到183℃时印在焊盘上的Sn-37Pb焊膏开始熔化,此时无铅PBGA的Sn-Ag-Cu焊球还没有熔化;当温度上升到220℃时,按照有铅工艺就要开始降温、结束焊接了,此时无铅焊球刚刚熔化,虽然Sn-Ag-Cu合金标称的熔点为217℃,但实际上Sn-Ag-Cu合金并不是真正的共晶合金,固相线与液相线的温度范围是216~220℃。
因此,有铅工艺冷却凝固结束焊接的温度恰好是无铅Sn-Ag-Cu焊球刚刚熔化之时,并处于固、液相共存的浆糊状态,焊球熔化时由于器件重力的作用焊球开始下沉,在器件下沉过程中稍有震动或PCB微量变形,使PBGA元件一侧原来的焊接界面结构被破坏,又不能形成新的界面金属间合金层,容易造成PBGA、一侧焊点失效,由以上可以看出在有铅/无铅混合装配过程中应兼顾两种焊料的温度特性,工艺窗口小难度较大。
在混合装配时要得到焊接可靠的产品就不能只关注装配焊接环节,而应从装配的前、中以及后端着手即加强整个过程控制,根据具体情况区别对待,及时调制装配生产方案使之更有针对性,这样才能得到可靠的产品,下面众焱电子小编将以一个工艺试验为例,分别列举了各环节所应注意加强控制的要点。
一、工艺试验
1、试验简介
对于有铅/无铅BGA混装应具体分两种情况,一是无铅器件数量居多,或存在尺寸较大的无铅BGA器件,则采用兼容焊接工艺曲线进行焊接,既是在有铅工艺曲线的基础上合理提高温度,使峰值温度控制在230~235℃范围以内,这样在不损伤有铅BGA器件的同时满足无铅BGA器件回流所需温度,达到较好焊接;二是有铅器件数量居多,且无铅BGA器件尺寸较小,广州SMT贴片加工厂家则可通过植球工艺将无铅器件转换成有铅器件进而采用有铅工艺曲线进行焊接。
在本试验中共采用两种试验板:PCB2、PCB4,试验板尺寸均为100×150mm,器件采用Sn63-37Pb锡铅和Sn-Ag-Cu焊球材料无铅PBGA哑片,PCB厚度为1.6mm。
2、装配前准备
在装配前应对印制板和BGA器件本身进行检查,具体检查内容如下。
1)印制板:板面应无明显的翘曲;焊盘应无短路、断路情况;焊盘上应无字符、阻焊膜及其它污染;对于氧化严重、加工质量低劣、表面污染严重及有其它质量问题的印制电路板,不能进行装配,做不合格品处理;对于表面较脏的印制电路板,在焊接前用蘸有无水乙醇的脱脂棉球挤干后清洗2~3次,以确保印制电路板焊接前表面清洁、干净。
2)BGA元器件:对待装配的BGA器件进行有铅/无铅判别,并检查BGA焊球是否氧化以及是否有缺陷。
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