无铅焊接工艺范文10篇

一、我们面对的无铅焊接挑战

铅是种特性十分适合焊接工艺的材料。当我们将它除去后，到目前还无法找到一种能够完全取代它的金属或合金。当我们在工艺、质量、资源和成本等方面找到比较满意的代用品时，我们在工艺和成本上都不得不做出让步。而在工艺上较不理想的情况有以下几个方面。

1．较高的焊接温度。大多数的无铅焊料合金的熔点都较传统锡铅焊料合金高。业界有少部份溶点低的合金，但由于其中采用如铟之类的昂贵金属而成本高。熔点高自然需要更高的温度来处理，这就需要较高的焊接温度。

2．较差的润湿性。无铅合金也被发现具有较不良的润湿性能。这不利于焊点的形成，并对锡膏印刷工艺有较高的要求。由于润湿效果可以通过较高的温度来提高，这又加强了无铅对较高温度的需求。熔化的金属，一般在其熔点温度上的润湿性是很差的，所以实际焊接中我们都需要在熔点温度上加上20度或以上的温度以确保能有足够的润湿。

3．较长的焊接时间。由于温度提高了，为了避免器件或材料经受热冲击和确保足够的恒温以及预热，焊接的时间一般也需要增长。

以上这些不理想的地方带给用户什么呢？总的来说就是器件或材料的热损坏、焊点的外形和形成不良、以及因氧化造成的可焊性问题等工艺故障。这些问题，在锡铅技术中都属于相对较好处理的。所以到了无铅技术时，我们面对的焊接技术挑战更大。

一、我们面对的无铅焊接挑战

铅是种特性十分适合焊接工艺的材料。当我们将它除去后，到目前还无法找到一种能够完全取代它的金属或合金。当我们在工艺、质量、资源和成本等方面找到比较满意的代用品时，我们在工艺和成本上都不得不做出让步。而在工艺上较不理想的情况有以下几个方面。

1．较高的焊接温度。大多数的无铅焊料合金的熔点都较传统锡铅焊料合金高。业界有少部份溶点低的合金，但由于其中采用如铟之类的昂贵金属而成本高。熔点高自然需要更高的温度来处理，这就需要较高的焊接温度。

2．较差的润湿性。无铅合金也被发现具有较不良的润湿性能。这不利于焊点的形成，并对锡膏印刷工艺有较高的要求。由于润湿效果可以通过较高的温度来提高，这又加强了无铅对较高温度的需求。熔化的金属，一般在其熔点温度上的润湿性是很差的，所以实际焊接中我们都需要在熔点温度上加上20度或以上的温度以确保能有足够的润湿。

3．较长的焊接时间。由于温度提高了，为了避免器件或材料经受热冲击和确保足够的恒温以及预热，焊接的时间一般也需要增长。

以上这些不理想的地方带给用户什么呢？总的来说就是器件或材料的热损坏、焊点的外形和形成不良、以及因氧化造成的可焊性问题等工艺故障。这些问题，在锡铅技术中都属于相对较好处理的。所以到了无铅技术时，我们面对的焊接技术挑战更大。

摘要：随着电子行业在我国发展迅猛，电子产品已经深入到人们的生活与工作中，作为电子产品中的关键零件，印制电路板发挥着重要的作用。基于此，本文以印制电路板焊接缺陷作为研究对象，分析印制电路板设计、可焊接性以及变形等因素造成的焊接缺陷，以无铅焊接技术为例分析并对焊接缺陷加以改进。

关键词：印制电路板；焊接缺陷；无铅焊接技术

从本质上讲，焊接工艺属于一项化学处理工艺，不同的焊接对象拥有不同的焊接工艺，焊接时所使用的化学原理也会不同。印制电路板可以将电子产品中的电子元器件相互连接，使其成为完整的电路系统，随着电子产品的发展，印制电路板结构越来越复杂，在焊接过程中人们难免遇到各类焊接缺陷，需要额外重视，并采用有效的措施降低焊接缺陷发生概率。

1印制电路板的焊接缺陷

1.1印制电路板设计不合理导致的焊接缺陷。电子产品中印制电路板的大小规格不同，人们在焊接时需要将印制电路板进行后期制作，防止其对焊接工艺造成影响。如果印制电路板尺寸过大，焊接时就会有较长焊接线条，进而影响印制电路板声抗与阻抗，不利于印制电路板在电子产品中使用性能的提高。不仅如此，如果印制电路板尺寸较大，焊接线条增加，将会给印制电路板带来更高的生产成本，不利于生产企业经济效益的提高。相反，如果印制电路板尺寸过小，将会加大焊接工艺的难度，且相邻的焊接线条之间会互相产生干扰，例如电磁干扰。针对印制电路板因设计不合理存在的焊接缺陷，要求设计师在设计印制电路板尺寸的时候，加强对电路板的优化设计，结合自身设计经验，根据印制电路板的布局与结构，避免缺陷问题再次发生[1]。1.2印制电路板上孔可焊接性造成的焊接缺陷。印制电路板孔的可焊接性会直接影响电路板的焊接质量，也会影响其他元器件性能参数，不利于元器件性能提高。如果焊接孔的焊接性较差，将会影响电路板层之间的稳定性，不利于层与层的稳定性。分析影响印制电路板上孔焊接性能的因素，具体如下。1）焊料组成成分。这是影响印制电路板焊接性能的关键性因素，当前人们经常使用Sn-Pb和Sn-Pb-Ag两种焊接材料成分，要求焊接人员结合自身工作经验科学选择焊料。虽然很多焊料组成成分相同，但是不同厂家生产下，焊料焊接性能也会不同，原材料的选择和机械设备的使用都会影响焊料中的杂质情况。2）被焊料。这是印制电路板焊接工艺中的受体，被焊料的状态也会影响焊接质量。不同印制电路板焊接属性自然不同，企业需要根据其属性应用相应的焊接工艺。例如，如果焊料表面有杂质污染，在焊接时就会将杂质融入焊料，将其保存在焊接线条内部，不利于延长印制电路板的使用寿命。3）印制电路板焊接条件。焊接的过程也是物质发生化学变化的过程，原料在不同的反应条件下会有不同的物质状态，如果焊料与被焊料相同，但是焊接条件不同，将会导致焊接结果不同。如果人们无法选择恰当的焊接条件，将会导致焊接缺陷发生。例如印制电路板焊接温度，如果温度过高，将会导致印制电路板被烧毁，使电路板失去电子属性，影响电子产品的使用性能[2]。1.3印制电路板变形造成的焊接缺陷。从电脑或者电子产品中直接拆卸印制电路板下来，就会发现电路板上经常有弯曲现象。造成印制电路板变形弯曲的原因有很多，例如印制电路板上下温度不够均匀，或者元器件在印制电路板上重量分配不均匀。如果印制电路板严重变形，将会导致焊接缺陷发生，焊接的时候焊接部位会有明显的凸起现象或凹陷现象，凸起的部分在焊接时变成了薄焊，该部位不牢固，印制电路板长时间应用后焊接效果会下降；凹陷的部位导致焊点无法与其接触，最终在印制电路板上形成了空焊现象，长时间使用后也会面临失效问题。与上文提到的两种焊接缺陷相比，印制电路板变形本身就是一种焊接缺陷，无论焊接时散热是否正常，焊接时产生的热量都会导致印制电路板发生不同程度的变形。因此，面对这一现象，人们需要从印制电路板原材料入手，以保证印制电路板使用寿命为前提，尽可能的选择刚性强、不受温度影响的材料作为焊接的材料，同时改进外部焊接环境，提高印制电路板的焊接质量，提高焊接工艺中的散热效率，尽可能的降低焊接缺陷发生概率。

2无铅焊接技术的实践应用

[摘要]本文对混装电路板焊接工艺技术的实施过程，并对工艺设计的依据、焊接方法进行了探究，为之后的混装电路板焊接提供了一定的理论依据，在进行混装电路板焊接的时候应当按照一定的条件设置电路板焊接的流程以及环节，例如按照验收规范、生产纲领、企业的生产条件以及技术标准等等，这些都会影响电路板的焊接工艺，确保混装电路板的质量以及电子产品的质量。

[关键词]混装电路板；焊接工艺；技术

1混装电路板焊接工艺方法分类

第一，焊接技术中最常见的就是手工焊接，这一种焊接方法兼具优点和缺点，使用手工焊接方法的时候对于电路板的工艺有很强的适应能力，并且在使用的时候有非常强的组织灵活性，并且在进行施工的时候消耗的成本较低，对于单件小批量的生产是非常适用的。但是在使用手工焊接工艺的时候对于焊接工人的技能水平有很高的要求，但是多数工人在施工的时候常常无法做到高质量的操作，除此之外，使用手工焊接的方法在处理BGA元件、高密度的QFP元件以及0603以下的CHIP元件的时候无法做到精湛操作，导致混装电路板的质量下降。另一种常用的焊接方法就是回流焊接的方式，在使用回流焊接的方法的时候，能够提高焊点的质量，并且实现较高的一致性，并且在大批量生产的时候，回流焊接的方法能够确保焊接的进度和质量，有效的降低焊接的成本，并且使用回流焊接的方法的时候可以有效的处理SMT元件，但是此类方法在处理小批量生产的时候经济效率差，所消耗的成本较高，除此之外，回流焊接的方法没有办法对焊接耐热性进行高质量焊接，导致回流焊接的方法不能全面的应用在小批量的生产之中。第三种常用的混装电路的方法就是波峰焊的焊接方法，使用这类焊接方法的优势就在于高效的处理焊点质量，并且使得混装电路的一致性很高，对于焊接的质量有非常高的保障，并且在大批量的生产中确保混装电路的进度以及质量，有效的降低混装电路的成本，但是同回流焊接一样，在处理小批量焊接电路的生产的时候，会消耗大量的成本，焊接的工艺在一定程度上变得更加的复杂，无法有效的处理BGA元件、高密度的QFP元件，并且在施工PCB设计的时候常常不能合理的处理“阴影”的效应。

2混装电路板焊接工艺技术

在对混装电路实施焊接工作的时候，应当按照一定的步骤进行，根据混装电路的生产条件以及未来的应用设置焊接的环节，促使焊接的工作在各个环节都得到质量的保障，下文简述了混装电路板焊接工艺的步骤：首先，一定对混装电路的焊接材料进行恰当的准备，在使用手工焊接的时候，一般需要准备丝状焊料，焊料丝的直径应当确保焊点是否与要求所匹配，常见的树脂基钎剂一般选用的是R（纯树脂基钎剂）或者是RMA（中等活性的树脂基钎剂），例如：丝S-Sn63PbAΦ1-R-1GB/T3131-2001，即用Sn63Pb37焊料制造的，直径为1mm，钎剂类型为R型的树脂单芯丝状焊料。其中当前的SMT焊接工艺材料总体正朝着环保型的状态发展，常用的是SnPb合金焊接材料，并且是免清洗、不含挥发性有机物、无松香型等等，并使用PCB清洁度的有效整理方式处理PCB的污染残留，使得焊接材料能够在准备阶段达到最佳的效果。为了使得焊接的时候更加的方便以及容易，还经常会选择含微锑（Sb）、含微铋（B）i的焊料，以此来加强材料流动性，使得焊料能够在表面张力的作用下增强湿润能力，降低焊接的温度，有效的降低了生产过程中出现的预热状况，并且使得零件端面溶蚀等问题得到有效的处理，同时还能使得混装电路的修补以及拆换零件的作业更加的方便，简单易操作。其次，在准备好了焊接材料之后，需要做好焊前预热的工作，这项工作能够充分的发挥丝状焊料中的树脂芯钎剂的活性，这些能够有效的避免PCB焊锡的过程中出现影响PCB的润湿以及焊点的形成，这使得PCB在焊接前就达到了一定的温度，避免受到热冲击导致混装电路板出现翘曲变形的状况。在进行焊接工作的时候，有效的控制焊接的温度，焊接的温度对于混装电路有非常重要的作用，当焊接的温度很低的时候，焊料的扩展率、润湿性等都会受到影响，并且较低的温度会使得焊盘或者是元器件的焊端湿润不充足，因而就会产生虚焊或者是拉尖、桥接等缺陷；而当焊接的温度较高的时候，就会在焊接的过程中加速了焊盘、元器件，这导致元器件引脚以及焊料产生了氧化，这些都会导致虚焊的状况，上述这些焊接质量问题对于混装电路板的使用有很大的影响，因此在焊接的时候需要严格的控制焊接的温度。在焊接贴片元件的时候，焊料应该加在烙铁头、焊盘和元件的电极之间，这样烙铁头的移动速度就由焊接时间确定，使得焊料在电极的覆盖高度在一定的范围之内，也能够将烙铁头的温度控制在260℃加减10℃的范围内，并且保证焊接的时间不会超过2s，这一过程中，若无法在规定的时间内完成焊接的任务，这就会导致焊点无法在规定的时间内冷却，也没有办法及时的进行再猜焊接的工作，这对于修复焊接的工作有很大的影响。最后，在进行焊接插装元件的时候，应当在烙铁头之前加热焊盘，使得焊盘被充分的预热，之后在烙铁头和焊盘的结合处加入部焊料，使得焊料能够充分的结合，以此覆盖整个焊盘，形成凹形的焊锡轮廓线，为之后的真正的焊接工作打下坚实的基础。在使用回流混装电路焊接的时候，结合PCB的典型布局形式，在PCB的B面布局质量较小表面贴装片式元件，在PCB的A面布局BGA、QFP器件、DIP器件、通孔接插件、电阻和电容等，即正面使用表贴和通孔元件混装，B面采用表面贴装的形式。在试验板上选择无铅BGA，其他的元件是有铅元器件，焊料选用OL-107E有铅焊料。在设置回流焊接曲线时，采用有铅制程下有铅、无铅混装工艺，将峰值温度提高到228℃～235℃之间，液相线上温度的时间为50s～60s，使BGA上的无铅焊料能充分回流，又能避免过高温度对有铅器件的热冲击，得到良好的回流焊接效果。对于回流混装电路质量的检验，BGA器件多为焊球大小均匀，经过偏角测试检验，并且使焊球呈现鼓形，且QFP器件是能够形成良好的湿润，呈现出质量较高的焊点。

编者按：本文主要从引言；供应链传导作用下的绿色技术扩散；绿色技术扩散动力渠道分析；市场诱致的绿色技术扩散案例分析；研究结论进行论述。其中，主要包括：清洁工艺注重在生产过程中合理利用资源、减少污染、物质流层面的绿色技术扩散、绿色产品制造本身就被视为绿色技术第三种层面上的技术扩散、信息流层面的绿色技术扩散、绿色信息流更为重要的促进作用、“交易传染型”绿色技术扩散、企业群落中所有的企业被理解为一种群落总体、基于交易的绿色技术“传染复制”、“成功主体模仿”型绿色技术扩散、美国环境管制部门最终同意采纳和推广低铅技术方案、市场机制对绿色技术扩散的自发调节作用等，具体请详见。

摘要:指出了产品供应链的系统传导作用为绿色技术在企业群落中的扩散提供了自然和充分的系统动力,绿色技术在物质流和信息流两个层面上的扩散是这种动力作用的具体反映。继而,运用演化博弈数学模型对绿色技术扩散的动力渠道问题进行了分析。研究认为,市场诱致作用下的“交易传染型”和“成功主体模仿型”是绿色技术在企业群落内得以高效扩散的两类最重要的动力渠道,反应了企业个体实施绿色技术变革的内在动机。在两类动力渠道的作用下,企业的清洁生产意愿得以强化,绿色技术转换环境得以改善。

关键词:绿色技术;扩散层面;动力渠道;市场诱致

1引言

绿色技术(GreenTechnologies)或称清洁技术工艺(CleanTechnologiesandCrafts)是指能减少环境污染、节能降耗的技术、工艺或产品的总称,从经济学意义上看,绿色技术的应用是为了使整个产品系统(或生命周期)的内部、外部成本总和最小化,具有明显的正外部性效应。根据绿色技术进化程度以及与环境的匹配情况,可以将绿色技术分为三个层面:末端治理技术、清洁技术工艺、绿色产品制造[1]。末端治理技术是在生产的最后环节消除生产过程中产生的污染;清洁工艺注重在生产过程中合理利用资源、减少污染;绿色产品是从设计、研发、生产、销售的全过程来节约能源,预防污染。

从外在来看,绿色技术的扩散与应用是企业群落可持续产业模式最重要的特征之一,群落系统内大多数企业采用清洁生产技术减弱对环境的负面影响、开展废弃物资源化活动、企业投入专用设施与其他企业建立工业共生合作(工业废物或副产品的交换利用)等。从内在来看,绿色技术实际上是促进企业生态化经营,进而推动整个群落生态化演进关键的知识(技术工艺)与物质(材料设备)保证。企业的绿色技术应用究竟发生在哪一层面和环节、绿色技术在群落中是通过何种渠道和方式来扩散和应用的,所有这些都是市场调节、政府管制下的企业自主决策结果。其中,企业所处供应链系统的自发传导作用、迫于外部压力的信息共享、为了获得市场竞争力的策略反应等因素,是绿色技术在企业群落内得以扩散与应用的主要系统动力。

摘要：介绍了“国内高可靠性微电子装备用焊膏”研制工程第一阶段的部分工作，即对国外的三款无铅焊膏和两款有铅焊膏的共计19个项目的材料理化性能进行摸底试验，主要包括焊膏的金属部分性能、助焊膏部分性能和焊膏整体性能，并将试验数据汇总统计和分析，研究不同品牌焊膏的各项理化性能，旨在全面摸清国外知名品牌焊膏的理化性能水平和差异。同时，为高可靠性微电子工艺用焊膏的性能检测提供了方法。

关键词：微电子装备；焊膏；理化性能；可靠性

随着SMT技术被广泛应用，焊膏作为当今电子产品生产中极为重要的关键材料，在SMT生产中发挥着巨大的作用，焊膏质量好坏在一定程度上决定了焊接的质量及产品可靠性水平[1]。提升焊膏品质对于提升电子工艺装配水平，提高企业经济效益，推动技术创新，支撑产业升级，保障工业安全具有重要的战略意义。目前国内焊膏品牌与国外品牌在质量和性能指标存在一定差距，特别是质量稳定性和可靠性方面有较大差距，高端产品加工制造不敢大面积应用国产焊膏，用户对国产焊膏产品缺乏信心。为提高国产焊膏品牌的核心竞争力，需要充分摸清国内外品牌焊膏性能的差距，取长补短，为加速国内品牌焊膏高水平、高可靠性发展做准备。本研制工程对国内外知名品牌焊膏的理化性能、工艺性和可靠性进行全面摸底，分析差距形成的原因，并不断优化国产焊膏，使其更具国际竞争力。本文介绍了研制工程第一阶段的部分工作，对国外知名品牌的三款无铅焊膏和两款有铅焊膏的全项目理化性能进行了性能检测和研究分析。

1研究内容及方法

1.1研究内容

本文从焊膏的金属部分、助焊膏部分以及焊膏整体三个方面对国外焊膏进行分析研究：焊膏金属部分的性能研究主要包括金属含量、合金成分、合金粉末粒度大小及形状分布；焊膏助焊剂部分的性能研究包括酸值、扩展率、残留物干燥度、铜镜腐蚀和铜板腐蚀；焊膏整体部分的性能研究包括黏度、触变系数、黏滞力、坍塌、锡珠、离子卤化物含量、总卤、离子清洁度、表面绝缘电阻和电迁移。

1引言

功率模块焊接和连接的最新技术水平是空白的使用一一半导体底面与顶层基材和铝（A）粗线互连的无铅焊接工艺。由于设计灵活性大、实现自动化的程序简单，铝线绑定现在己成为顶层互连的首选。遗憾的是，由于众所周知的生命周期局限的原因，铝粗线焊接成了众多设计的瓶颈。过去，利用烧结带或编织带提出了一些关于芯片顶层触点的解决方案对于1C或存储产品而言，作为粗金（Au）线的替代品，铜（Cu）线绑定具有较高的适配率。还强烈希望采用较大直径的电线作为铝线的替代品，并提出了此课题的有关事项PM。铜线绑定保持了当前铝线绑定法的设计灵活性和工艺灵活性，但是粗铜线要求顶层金属化整体更加牢固，以防止功率半导体在粘合焊盘的作用下出现芯片裂纹和结构损坏。很多功率半导体制造厂正在着手解决这一问题。本文提出的连接方法的主要优势之一是这种方法可使用粗铜线绑定，无需改变半导体顶层金属化。因此，半导体制造厂可依靠现有的工艺技术和既定的金属化，在前端和后端／封装材料之间留出分隔线。于是，高可靠性功率模块完全有可能实现较快的上市时间。银烧结是一种成熟的功率半导体焊接和连接技术，｜｜J靠性很高，要求使用常见的金属化表面。例如NiAu、Pd或Ag，这些表面都很常用，大多数制造厂有售。

2绑定和焊接技术

2．1低压烧结。低压烧结接受用于生产整流器功率模块，采用这种技术，功率模块质量更好，热工特性、机械特性和电气特性优良。烧结时需要在焊接件之间涂银膏。烧结过程中，施加压力产生一层密实的银层，连接可靠。烧结过程中，当银膏中的银颗粒和有机物促使扩散力增加时，可减小施加的压力。据报道，当前的烧结工艺可在40MPa以下的压力水平完成｜6im。减小压力可生产不同规格的模块，从而增加设计灵活性，便于利用批量生产技术。2．2粗铜线绑定。铜线绑定是电力电子产品总成的大电流互连最看好的技术之一。与铝线绑定相比，铜线绑定布局灵活性高、质量过程成熟，正因为这两条原因，加快了铜线绑定的研发。与铝材相比，电线粘合互连采用铜质材料，有两大好处：（1）电流能力增加37％：（2）铜的热传导率好（比铝的热传导率高达80％）。2．3丹佛斯粘合缓冲板技术（DBB）。丹佛斯粘合缓冲板技术（DBB）由烧结在金属半导体顶层金属化表面上的薄铜箔组成，如图1所示。此外，替换半导体底面接口与DBC基体的凸点瓦连时，也可采用相同的烧结技术。图1烧结DBB银和铜线綁定热堆栈的横截面设计DBB吋，其尺寸要保证热机械优化，以减小由于CTE不匹配而引起的机械应力。除了铜线绑定期间可吸收能量和保护晶片的特性外，DBB还具有很多热特性和电气特性优势。采用DBB后，半导体内出现均匀的电流密度分配。由于竖向电流流动得到改善，无需在半导体上采用针脚式粘合。此部分将进一步介绍标准整流器模块和第2部分所述方法制成的相同模块之间的直接比较结果。

3结果

3．1热模拟。为了证明新封装技术的性能，我们使用热模拟软件FlowEFD，对不同的设计方案进行了研宄。为了便于对结果进行比较，所有方案都采用相同的条件。图2显示的是FEM模拟的边界条件。图2第一糢拟部分和第二糢拟部分的边界条件DBB的附加热能力对Zth曲线有积极影响，W为它能储存短热能脉冲。图3所示的是不同变型（VI？V5）不同时间（l〇ms、100ms、1000ms）的热阻抗。在烧结的DBB变型（V5）中，10ms的Zth比标准焊机技术（VI）低大于22％。另外，DBB的热能力对Rth没有负面影响，因为它未在热源（晶片）和热沉之间的传热路径上。3．2可靠性。从以前的标准焊接模块、烧结模块和编织带模块试验中得出比较数据W。功申循环结果如阁4所示。丹佛斯标准整流器模块约有40000个循环，而采川铝线的烧结模块约有70000个循环。DBB模块至少有600000个循环，比丹佛斯标准模块好约15倍，比行业标准好约60倍mi。