第十七讲 无铅工艺实践

无铅工艺实践桂林电子科技大学职业技术学院SMT无铅工艺概述电子产品的无铅化趋势迅猛，“绿色电子”成为新一代电子整机发展理念，无铅化SMT生产已成为业界共识。【铅的危害】损害生物体血液、神经等系统在生物体内代谢缓慢对儿童的危害更大铅废弃物将污染土壤和水源，难以消除……长期&短期ScrappedSn-PbPCBAcidraincontainsulfurandnitricacidGroundwaterpollutedbyleadWellwatercontainleadLeaddissolveintorainwaterPbcomesoutofscrappedPCBsandpollutesthedrinkingwater&soil铅污染中国铅污染现状RoHS：RestrictionoftheuseofcertainHazardousSubstancesinelectricalandelectronicequipment.关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质的指令WEEE：WastefromElectricalandElectronicEquipment)《关于报废电子电气设备指令》无铅指令-绿色和平组织RoHS指令规定从2006年7月1日起，新投放欧盟市场的电子电气设备中不得含有以下6种有害物质，其在均质材料中最高限量分别为：①铅(Pb)：1000mg/Kg；②汞(Hg)：1000mg/Kg；③镉(Cd)：100mg/Kg；④六价铬(Cr6+)：1000mg/Kg；⑤多溴联苯(PBB)：1000mg/Kg；⑥多溴二苯醚（PBDE）：1000mg/Kg无铅指令WEEE指令规定从2005年8月13日起,欧盟市场上流通的电子电气设备的生产商必须在法律上承担起支付报废产品回收费用的责任，同时欧盟各成员国有义务制定自己的电子电气产品回收计划，建立相关配套回收设施，使电子电气产品最终用户能够方便并且免费处理报废设备。无铅指令-WEEEEUP指令（能源产品生态设计框架指令）REACH制度《关于化学品注册、评估、授权与限制制度》据权威人士评估，这两项指令至少将影响到中国317－560亿美元的电子产品出口，占出口欧盟电子产品总值的七成。受此影响，国内电子产品生产企业的整体成本将至少提高10%左右，出口价格上涨15%左右。ROHS和WEEE的影响六类要求全面禁止的有毒有害物质无铅定义—在整个电子产品里6种物质＜0.1wt％包括：PCB材料及表面涂镀层元器件内部金属材料内、外引线镀层焊点电缆导线及镀层，内、外绝缘层材料等……受影响产品:(最终期限2006.07.01)–家用电器–咨讯科技及电讯设备–无线电通讯/TV系统/视频设备–电子玩具,电动工具–存储设备/系统豁免产品:(最终期限2010)–医学和控制设备–国防和航空航天工业设备涉及产品范围焊料：多种无铅焊料已经开发(Sn,Ag,Cu,In,Bi,Zn..)镀层：多种无铅镀层已经开发(Sn,Ag,Ni,Au,Pd,OSP..)元件：多种无铅元件已经开发(DIP,QFP,BGA,CSP..)工艺：多种应用工艺已经试验(..)可靠性：无铅产品可靠性已经初步验证(strength,fatigue,tinwhisker..)成本：无铅产品成本增加已经被认可接受无铅装配前景-铅的替代品有铅与无铅工艺对比工艺窗口例如：被业界广泛接受的“Sn—Ag—Cu”合金起熔点是237℃，在焊接工艺中造成工艺窗口大大缩小。理论上工艺窗口缩小为从锡铅焊料的37℃降到23℃。实际上，工艺窗口缩小远比理论值大，回流焊接工艺窗口其实只有约14℃。工艺窗口比较无铅化面临的挑战贯穿整个电子整机制造流程及各组件焊接工艺必须同时兼顾三种主要焊接材料...锡膏•较高的熔点温度•较差润湿性能•传统耐温特性部分不足以应付无铅高温器件PCB•较高温度会造成分层、变形和变色问题无铅焊点工艺特点从无铅焊点角度分析，主要有以下特点：【无铅焊点润湿性差，扩展性差】【无铅焊点外观粗糙，传统检验标准与AOI设备等均需升级】【无铅焊点中孔洞（气孔）较多】【缺陷多：润湿性差，自定位效应减弱】无铅化挑战1.生产过程切换确认2.无铅制程中各岗位要求(1)物料：(2)印刷操作：(3)贴片机操作：(4)炉前点检：(5)回流焊操作：(6)炉后点检及维修：3.工具和辅助材料的管理无铅制程操作规范制定无铅工艺实践：无铅手机麦克电路板组装生产制定适合无铅微型元件板生产的工艺流程；编制各道工序作业指导书；生产材料准备；完成印刷机、贴片机生产程序的编制与调试、合理设置回流焊接温度曲线以及生产线联机调试；工艺与程序优化；品质控制，包括产品不良原因分析与对策。无铅组装具体工作产品采用无铅组装工艺，符合ROHS环保认证要求；产品定期出具SGS报告，周期间隔1年；抛料率≤0.3%；虚焊、立碑、少件、偏移等产品不良控制在0.5%；FET抛料需全部回收，清洗并包装，随加工成品返回；器件及PCB真空包装开启后，需在24小时内加工完成；FET管芯引脚需润湿良好，引脚四周全部包锡；PCB反面焊盘通孔需润湿并被焊锡覆盖；PCB正面接地环处无焊锡附着；加工成品无明显助焊剂残留。工艺/技术要求S.A【焊膏印刷】在本次生产中，选用无铅免洗锡膏TF-2600-4A焊膏。合金成分Sn96.5Ag3Cu0.5，颗粒体积25—45microns，适合于本产品中小型元件的印刷。无铅印刷工艺与有铅无太大差别，只是无铅焊膏比重小，表面张力大、浸润性差，在模板开口设计和印刷精度方面有一些要求。组装工艺方案确认无铅模板开口设计比有铅略大，可直接按焊盘设计尺寸来作为窗口尺寸，必要时还可适当增大尺寸，使焊膏尽可能完全覆盖焊盘。由于无铅焊膏润湿性小，回流时自定位能力低，印刷精度比有铅时要求更高。组装工艺方案确认【元件贴装】一般情况下，贴装工艺不会受到无铅的太大影响,但贴装精度比有铅时更高。程序编制：本次生产中的手机麦克基板为“非矩阵”板，由420个小电路构成，每个小电路横向间距不完全规则，在使用JUKIKE-2060贴片机贴装时，采用“非矩阵”的编程方式。组装工艺方案确认将基板横向划分成15个非矩阵电路(每个电路内含28个小麦克电路)，则每个非矩阵电路尺寸X=185mm，Y=4mm。组装工艺方案确认组装工艺方案确认组装工艺方案确认【回流焊】无铅焊料高熔点、润湿性差给回流焊带来了焊接温度高、工艺窗口小的工艺难题，使回流焊容易产生虚焊、气孔、立碑等缺陷，还容易引起损坏元器件、PCB等可靠性问题。因此须合理设置温度曲线，既保证焊点质量，又保证不损坏元器件和PCB。组装工艺方案确认据TF-2600-4A焊膏温度曲线要求，对回流焊机各温区进行温度设置，并利用KIC2000温度测试仪进行温度曲线的测试与调整。回流温度曲线组装工艺方案确认回流焊机各温区最终的温度设定情况组装工艺方案确认检查组装完成的麦克板，确认是否符合客户工艺要求，不符之处查找原因，进行返修。【检查】组装工艺方案确认