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輕松實(shí)現在PCB組裝中無(wú)鉛焊料的返修
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時(shí)間：2013-12-26
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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由于潤濕性和芯吸性不足，要實(shí)現無(wú)鉛焊接的返工比較困難，難道要實(shí)現各種不同元件的無(wú)鉛焊接就不可能？本文就將介紹一種可輕松實(shí)現無(wú)鉛焊料返修的方法。
返工是無(wú)鉛PCB組裝的批量生產(chǎn)工藝中的一個(gè)重要組成部分，在最初的過(guò)渡時(shí)期，當供應鏈上的每個(gè)環(huán)節形成信息曲線(xiàn)時(shí)，尤其如此。然而，由于需要保修，所以在整個(gè)產(chǎn)品的壽命周期范圍內仍存在著(zhù)返工的問(wèn)題。
人們發(fā)現，無(wú)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(wú)鉛焊料的返工是較困難的，其在QFP中的應用就是一個(gè)明顯的例子。盡管存在著(zhù)這些差異，通過(guò)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(wú)鉛焊料（Sn/Ag/Cu或Sn/Ag）開(kāi)發(fā)出成功的返工方法（即手工和半自動(dòng)）。大多數用于Sn/Pb的返工設備仍可以用于無(wú)鉛焊料中。必須對焊接參數進(jìn)行調節，以便適用于無(wú)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防方法（如必要時(shí)的板子烘干）仍適用于無(wú)鉛焊料的返工。研究表明，使用適當的返工工藝可以制造出具有適當粒子結構和形成的金屬間化合物的可靠的無(wú)鉛焊點(diǎn)。
特別要注意減少返工工藝對焊點(diǎn)、元件和PCB帶來(lái)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（CTE）不匹配，給Cu層上施加了更大的應力，就有可能出現鍍覆通孔中Cu的開(kāi)裂，從而導致故障的產(chǎn)生。這是一個(gè)相當復雜的問(wèn)題，因為它是由許多變量而決定的，如象PCB層數和厚度、層壓材料、返工溫度曲線(xiàn)、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）才能夠替代傳統的FR4，滿(mǎn)足無(wú)鉛焊接的要求，還有很多的工作要做。這并不是說(shuō)較低成本的材料（如CEM、FR2等）不能夠用于無(wú)鉛焊接中。事實(shí)上，在批量生產(chǎn)中這些方法得到了應用，并在每一例應用基礎上對應用情況進(jìn)行檢查。必須對返工對焊盤(pán)和掩膜粘性的影響進(jìn)行認真的評估。
同樣，還應對返工對元件可靠性的影響進(jìn)行認真的研究探討。翹曲和脫層是其中一些可能出現的問(wèn)題。最近發(fā)布的IPC-020B標準指出應將返工作為無(wú)鉛焊接中較高溫度元件額定值的重點(diǎn)加以考慮。
電化學(xué)的可靠性是應考慮的另一個(gè)重要問(wèn)題。當焊劑殘余物溶解于板子上的濕氣冷凝時(shí)，在電偏置下面的導體蹤跡之間會(huì )產(chǎn)生電化學(xué)反應，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(cháng)的話(huà)，由于導體蹤跡之間形成“短路”，就會(huì )產(chǎn)生更加嚴重的故障。電化學(xué)的可靠性由免清洗應用中焊劑殘余物抵抗電遷移和枝狀生長(cháng)的性能來(lái)決定。因此，必須實(shí)施以IPC（按照TM-6502.6.3.3）為基礎的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物不會(huì )給免清洗應用帶來(lái)電遷移和枝狀生長(cháng)的風(fēng)險。
“元件混合”的問(wèn)題是涉及到確保質(zhì)量的特殊問(wèn)題，尤其是在這種技術(shù)的過(guò)渡時(shí)期。通過(guò)對無(wú)鉛焊料的鉛對長(cháng)期可靠性的影響的初步研究說(shuō)明，由于焊點(diǎn)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(shí)其帶來(lái)的影響是最大的，因為在持續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(gè)位置上開(kāi)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(huì )給無(wú)鉛焊料的疲勞壽命帶來(lái)不利的影響，但是，其可能不會(huì )比Sn/Pb焊料的效果差。因此，如果使用無(wú)鉛焊料返修含鉛的板子的話(huà)，從焊料的角度而言，無(wú)鉛焊料和Sn/Pb焊料混合到一起的可靠性可能不會(huì )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(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。另一方面，用Sn/Pb焊料返修無(wú)鉛焊料的板子形成的焊點(diǎn)的可靠性可能不如其它板子上的無(wú)鉛焊點(diǎn)的可靠性那樣好。
就供給系統而言，在過(guò)渡時(shí)期，應將用于無(wú)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。
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