pcb无铅焊接技术及检测

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1、万方数据2008．qE9R第9期窟子厕试ELEcTRONtcTESTSep．2008No．90引言PCB无铅焊接技术及检测王鹤目前，大部分世界著名品牌的电子产品都不是自己生产的，这些品牌商更趋向于无厂化趋势，采用委外生产的方式，把生产制造环节交给专业的生产制造商，更能降低成本，抵御竞争风险。众所周知，我国目前已经是电子产品的生产制造大国，很多世界著名品牌的电子产品像sony笔记本电脑、苹果手机等都是在中国生产，尽管现在由于各方面成本上涨，这种生产制造据点有向东南亚地区转移的趋势。发达国家包括欧盟在内，自己不设生产制造厂，但看到电子产品急速普及，

2、以及报废后对环境产生的危害，陆续制定对危害物质的用途限制指令(restrictionoftheuseofcertainhazardoussubstances，RollS)，严格限制有害物质的使用，最后目标是要完全杜绝使用所有危害生活环境的物质。目前第一阶段的目标是限制使用铅、汞、镉等重金属物质，要求所有工业产品须是完全绿色可回收再生物质，其中使用量一直居首位的印刷电路板(PCB)的焊剂无铅化，立即成为全球关注的焦点。电子产品的核心组件即印刷电路板，而电子线路的多样化、高封装密度化、复杂化，也加快进行焊剂无铅化、大型化、多层化的改革，其结果却造成

3、印刷电路板的焊接操作与封装困难度急剧上升。本文探讨新世代大型、多层印刷电路板的焊剂无铅化封装技术发展动向。1PCB朝大型／多层化演进图1是全球印刷电路板的发展趋势。印刷电屯蚤型i錾EkECTRONICTEST路板发展主要特征是大型化与多层化进化速度有加速的倾向，过去1～2年无论是印刷电路板的面积与层数大约成长两倍。RoHS指令颁布后，要求使用无铅焊剂封装的声浪更加高涨，目前全球RollS的执行率大约是70％，因此大型、多层印刷电路基板的焊剂无铅化封装技术受到高度重视，目前450mmX300mmX3IDxn、二十四层大型、多层印刷电路基板的封装组

4、件数超过6000个，这些封装组件可分为表面安装技术(surfacamounttechnology，SMT)组件与分立性(discrete)组件，后者又称为异形组件两种。图12004～2008年印刷电路板发展趋势一般SMT组件大多利用锡炉(Reflow)方式自动焊接，分立性组件则利用手工方式焊接。然而以往常用的含铅共晶焊剂逐渐被无铅焊剂(Srr3Ag-0．5Cu)取代(图2)，传统含铅共晶焊剂的溶融温度为183℃，无铅焊剂则高达217～220℃，因此组件焊接时要求高温加热。随着组件形态不同，焊接操作面临许多新的棘手课题，需要解决的课题如下所述。剁

5、万方数据图2基板实际封装型态与焊接制程1．1无铅焊剂有关无铅焊剂的问题，一般SMT组件的保证耐热温度大约是230℃，不过锡炉方式的自动焊接若以230℃以上高温加热，热应力(Stress)会使组件破损。此外，无铅焊剂的溶融温度为220℃，低于该加热温度会产生焊接未接合，即冷焊、空焊等问题，换句话说，使用无铅焊剂的锡炉自动焊接方式时，为获得良好的焊接结果，温度范围必须控制在10℃以内，而传统含铅共晶焊剂的温度范围为50℃，其控制困难度大幅上升(图3)。图3共晶焊接与无铅焊接的温度范围的差异1．2大型、多层印刷电路基板使用无铅焊剂封装的要求日益高涨的

6、同时，印刷电路板则加速大型化、多层化的改革。不过实际上随着各组件封装设置、种类、大小不同，要求的热量也截然不同，各封装组件间超过可焊接10℃的温度范围时，会发生温度分布不均问题(图4)，大型、多层印刷电路板为获得良好的无铅焊剂焊接特性，须改用可均匀加热的锡炉焊接设备。图4锡炉自动焊接的温度分布特性的差异1．3新型锡炉设备为满足市场对大型、多层印刷电路板无铅焊剂焊接的需求，研究人员改良多区段锡炉焊接设备，并采用新型加热方式开发次世代锡炉设备。这种新型锡炉设备的加热区段数量非常多，机台内部的温度可微细调整，使印刷电路板的温度获得高精度控制，因此可有

7、效降低印刷电路板的温度分布不均匀问题。采用新型锡炉设备包含几个优势，即其采用热风加热方式，加热能力较传统方式大幅提升，热风加热方式最大特征是可进行温度仿真分析，预测印刷电路板上的组件温度。采用热风加热方式主要目的是各区段(Zone)可追加加热时间控制功能，不须大幅增加区段数量，也能获得高精度印刷电路板升温控制效果。值得一提的是，新型加热方式评鉴时使用的印刷电路板非常厚，为3．1ITIITI厚、二十二层，且印刷电路板上还搭载陶瓷圆柱栅格数组(ceramiccolumngridarray，CCGA)、圆柱栅格数组(ballgridarray，B(j

8、A)，因此焊接上非常困难，尤其是CCGA的热量非常大，充分加热时必须提供非常多的热量。图5是温度检测结果，图中的数值表示利用锡炉加热印刷电路板时，封装