SMT无铅焊接与问题分析解决 培训7-无铅焊接可靠性讨论及过渡阶段有铅、无铅混用应注意的问题.ppt

3-1 3-1 无铅焊接可靠性讨论及过渡阶无铅焊接可靠性讨论及过渡阶 段有铅、无铅混用应注意的问题段有铅、无铅混用应注意的问题 （参考：（参考： 工艺工艺 第第2020章）章） 顾霭云顾霭云 “ “无铅焊接技术无铅焊接技术” ” 从有铅产品转到无铅产品是个复杂的过程，涉及到：从有铅产品转到无铅产品是个复杂的过程，涉及到： 焊接材料（无铅合金、助焊剂）焊接材料（无铅合金、助焊剂） 电子元器件电子元器件 印制板（材料、镀层）印制板（材料、镀层） 无铅制程无铅制程 可靠性可靠性 成本等方面的挑战成本等方面的挑战 内容内容 一目前正处于从有铅产品向无铅产品过渡的特殊阶段一目前正处于从有铅产品向无铅产品过渡的特殊阶段 二二. . 从无铅焊接从无铅焊接“三要素三要素”分析无铅焊接的特点分析无铅焊接的特点 三关于过渡时期无铅产品三关于过渡时期无铅产品长期可靠性长期可靠性的讨论的讨论 四四. .有铅有铅/ /无铅混合制程分析无铅混合制程分析 ( (一一) ) 再流焊工艺中无铅焊料与有铅元件混用再流焊工艺中无铅焊料与有铅元件混用 ( (二二) ) 再流焊工艺中有铅焊料与无铅元件混用再流焊工艺中有铅焊料与无铅元件混用 ( (三三) ) 无铅波峰焊必须预防和控制无铅波峰焊必须预防和控制PbPb污染污染 五五. . 有铅有铅/ /无铅混用应注意的问题及应对措施无铅混用应注意的问题及应对措施 一目前正处于从有铅产品向无铅产目前正处于从有铅产品向无铅产 品过渡的特殊阶段品过渡的特殊阶段 1 1无铅焊接势在必行无铅焊接势在必行 ，不可逆转，不可逆转 2 220052005年底前年底前 无铅工艺遇到有铅元件问题比较多无铅工艺遇到有铅元件问题比较多 3 320062006年中后年中后 有铅工艺遇到有铅工艺遇到8585以上无铅元件以上无铅元件 4 4获得豁免的电子产品，同样遇到了无铅元件获得豁免的电子产品，同样遇到了无铅元件 5 5有铅、无铅混用影响焊点可靠性吗有铅、无铅混用影响焊点可靠性吗？ 6 6过渡阶段应注意那些问题？过渡阶段应注意那些问题？ 现现 状状 初初 期 期 现 现 阶阶 段段 二二. . 从无铅焊接从无铅焊接“三要素三要素” 分析无铅焊接的特点分析无铅焊接的特点 ( (一一) ) 无铅焊接无铅焊接“三要素三要素” 无铅焊料合金无铅焊料合金 PCBPCB焊盘焊盘 元件焊端表面镀层元件焊端表面镀层 1 1. . 目前应用最多的无铅焊料合金目前应用最多的无铅焊料合金 目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料是三元共晶或近共晶形式的目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料是三元共晶或近共晶形式的 SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu焊料。焊料。Sn(34)wt%Ag(0.50.7)wt%CuSn(34)wt%Ag(0.50.7)wt%Cu是可接受的范围，是可接受的范围， 其熔点为其熔点为217217左右。左右。 美国美国采用采用Sn3.9Agwt%0.6wt%CuSn3.9Agwt%0.6wt%Cu无铅合金无铅合金 欧洲欧洲采采用用Sn3.8Agwt%0.7wt%CuSn3.8Agwt%0.7wt%Cu无铅合金无铅合金 日本日本采用采用Sn3. 0Agwt%0.5wt%CuSn3. 0Agwt%0.5wt%Cu无铅合金无铅合金 低低AgAg(0.51.0)wt%(0.51.0)wt%的的SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu用于用于波峰焊波峰焊 Sn-0.7Cu-NiSn-0.7Cu-Ni焊料合金用于波峰焊。焊料合金用于波峰焊。其熔点为其熔点为227227。 手工电烙铁焊大多采用手工电烙铁焊大多采用SnSn-Cu-Cu、SnSn-Ag-Ag或或SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu焊料。焊料。 2. PCB2. PCB焊盘表面材料焊盘表面材料 有有铅铅铅铅无无铅铅铅铅 Sn/PbSn/Pb热风热风热风热风 整平（整平（HASLHASL）无无铅铅铅铅HASLHASL Ni/AuNi/Au（化学（化学镀镀镀镀NiNi和浸和浸镀镀镀镀金金ENIG ENIG ， 俗称水金板）俗称水金板） Ni/AuNi/Au CuCu表面涂覆表面涂覆OSPOSPCuCu表面涂覆表面涂覆OSPOSP 浸浸银银银银（I IAgAg）浸浸银银银银（I IAgAg） 浸浸锡锡锡锡（I ISnSn） 3. 3. 元器件焊端表面镀层材料元器件焊端表面镀层材料 有引线线 元件 引线线 材料 有引线线元器件焊焊端 表面镀层镀层 材料 无引线线元器件焊焊端 表面镀层镀层 材料 有铅铅无铅铅有铅铅无铅铅 CuSn/PbSnSn/PbSn NiNi /AuNi 42号 合金钢钢 Ni/Pd/AuNi/Pd/Au Sn/AgSn/Ag Sn/Ag/CuSn/Ag/Cu Sn/Ag/BiSn/Ag/Bi Sn/Bi ( (二二) ) 无铅焊接的特点无铅焊接的特点 高温高温 工艺窗口小工艺窗口小 润湿性差润湿性差 Sn63Pb37Sn63Pb37与与SnAg3.8Cu0.7SnAg3.8Cu0.7性能比性能比 较较 合金 成分 密度 g/mm2 熔点 膨胀胀 系数 10-6 热传热传 导导率 Wm-1K-1 电导电导 率 %IACS 电电阻 系数 M-cm 表面 张张力 260mNm-1 Sn63Sn63 Pb37Pb37 8.518323.95011.515481 SnSn Ag3.8Ag3.8 Cu0.7Cu0.7 7.521723.573.215.611548 浸润性差浸润性差 应对措施：应对措施： 改良助焊剂活性改良助焊剂活性 修改模板开口设计修改模板开口设计 提高印刷、贴装精度提高印刷、贴装精度 无铅焊点的特点无铅焊点的特点 浸润性差，扩展性差浸润性差，扩展性差 外观粗糙外观粗糙 气孔较多气孔较多 缺陷多缺陷多 Lead Free Inspection Lead Free Solder Paste Grainy Surface 表面粗糙表面粗糙 Leaded Solder Paste Smooth 50s; 无铅无铅T T260 260 30min,T30min,T288 288 15min,T15min,T300 300 2min2min (e) PCB(e) PCB吸潮也会造成焊接缺陷吸潮也会造成焊接缺陷 PCBPCB分层分层 焊盘附着力降低焊盘附着力降低 阻焊膜起泡、脱落阻焊膜起泡、脱落 锡珠锡珠 焊点润湿性差焊点润湿性差等等 因此因此PCBPCB受潮也需要去潮烘烤受潮也需要去潮烘烤 锡须锡须 SnSn在压缩状态会生长晶须（在压缩状态会生长晶须（WhiskerWhisker），严重时会），严重时会 造成短路（要特别关注窄间距造成短路（要特别关注窄间距QFPQFP封装元件封装元件 ）。）。 晶须是直径为晶须是直径为110m110m，长度为数，长度为数mm 数十数十mm的针的针 状形单晶体，易发生在状形单晶体，易发生在SnSn、ZnZn、CdCd、AgAg等低熔点等低熔点 金属表面。金属表面。 产生产生SnSn须的主要机理须的主要机理 SnSn镀层表面形成一层薄薄的镀层表面形成一层薄薄的SnOSnO X X 氧化层，加电氧化层，加电 时在不均匀处产生压力，把时在不均匀处产生压力，把SnSn挤出来形成挤出来形成SnSn须须 。 CuCu扩散到扩散到SnSn中形成中形成Cu6Sn5Cu6Sn5，对，对SnSn产生压力；产生压力； CTE CTE 不匹配；不匹配； 机械负载；机械负载； 振动冲击；振动冲击； SnSn沿着有缺口的氧化层处被挤出形成沿着有缺口的氧化层处被挤出形成SnSn须。须。 防止防止SnSn须的方法须的方法 （1）镀层合金化 在Sn中添加Pb、Ag、Bi、Cu、Ni、Fe、Zn等金属元素可 以有效抑制Sn晶须生长。目前日本、韩国的无铅元件焊端 和引脚有采用Sn-Bi或Sn-Ni镀层。 （2）中间镀层 在镀Sn前先镀一层其它金属元素作为阻挡层(常用Ni) （3）镀暗Sn（不要镀亮Sn，亮Sn 容易生长Sn须）。 （4）增加镀Sn厚度810m （5）热处理 退火(在烘箱中烘150/2h或170/1h) 熔化 回流 寿命寿命5 5年以上高可靠要求的元件年以上高可靠要求的元件 采用先镀采用先镀NiNi（1m）再镀）再镀SnSn（13m） 中间形成IMC（NiNi 3 3 SnSn 4 4 ） 裂纹裂纹 空洞空洞 无铅焊料中铜的高溶解性无铅焊料中铜的高溶解性 会在铜与焊料的界面上产生会在铜与焊料的界面上产生“ “空洞、微孔空洞、微孔” ” 随着时间的推移，这些空洞有可能会削弱焊点的可靠性随着时间的推移，这些空洞有可能会削弱焊点的可靠性 CuCu Cu3SnCu3Sn Cu6Sn5Cu6Sn5 S Sn n-Ag-Cu-Ag-Cu Sn-Ag-Cu与Cu焊接钎缝组织 空洞空洞 焊缝焊缝 焊接后在焊料与被焊金属焊接后在焊料与被焊金属界面界面生成金属间合金层生成金属间合金层 金属间化合物的脆性金属间化合物的脆性 拉伸力 （千lbl/in2） *4m时，由于金属间合金层 太厚，使连接处失去弹性，由于 金属间结合层的结构疏松、发脆 ，也会使强度小。 *厚度为0.5m时抗拉强度最佳； *0.54m时的抗拉强度可接受； *0.5m时，由于金属间 合金层太薄，几乎没有强度； 金属间结合层厚度（m） 金属间结合层厚度与抗拉强度的关系 金属间结合层的厚度与抗拉强度的关系金属间结合层的厚度与抗拉强度的关系 IntermetallicIntermetallic Compounds Compounds 缩写缩写IMCIMC 钎缝厚度厚度究竟为多少最佳？钎缝厚度厚度究竟为多少最佳？ 钎缝中不能没有金属间化合物，但不能太厚。钎缝中不能没有金属间化合物，但不能太厚。 因为因为金属间化合物比较脆金属间化合物比较脆，与基板材料、焊盘、元，与基板材料、焊盘、元 器件焊端之间的器件焊端之间的热膨胀系数差别很大热膨胀系数差别很大，容易产生龟，容易产生龟 裂造成失效。裂造成失效。 理论界有不同的说法：理论界有不同的说法： 4m4m，5m5m，8m8m？ 业界有一点认识非常统一：业界有一点认识非常统一： 峰值温度 液相时间 IMC 厚度 无铅：SAC305 235245 5060s 不容易 控制 有铅：Sn-37Pb 210230 6090s 容易 控制 在在再流焊再流焊和和随后的热处理随后的热处理及及热时效（老化）过程热时效（老化）过程 中中金属间化合物会进一步长大，金属间化合物会进一步长大，从而影响长期可从而影响长期可 靠性靠性 Sn-37Pb Sn-37Pb Sn-A-gCuSn-A-gCu 与锡铅钎料相比，无铅钎料最大的不同是与锡铅钎料相比，无铅钎料最大的不同是 ： 机械震动失效机械震动失效 震动、跌落或电路板被弯曲时，震动、跌落或电路板被弯曲时，SAC(SnAgCuSAC(SnAgCu) )焊料焊料 合金的失效负载还不到合金的失效负载还不到SnPbSnPb合金的一半。合金的一半。 热循环失效热循环失效 焊点经历个循环（焊点经历个循环（-40-40/+125/+125 ） 热循环热循环前前 热循环热循环后后 疲劳失效疲劳失效无法得到彻底的控制无法得到彻底的控制 脆弱的金属间化合脆弱的金属间化合 空洞空洞 由于由于SACSAC比比SnPbSnPb更硬而传递了更大的应力更硬而传递了更大的应力 因更高的回流焊接温度而导致的电路板降级因更高的回流焊接温度而导致的电路板降级 无铅焊点机械强度无铅焊点机械强度 无铅焊料硬度比有铅硬，因此强度高。但不等于高可靠。无铅焊料硬度比有铅硬，因此强度高。但不等于高可靠。 在应力低的地方，大多数民用、通信等领域，无铅焊点的机械强在应力低的地方，大多数民用、通信等领域，无铅焊点的机械强 度比有铅的可靠性好；度比有铅的可靠性好； 在应力高的地方，例如军事、高低温、低气压等恶劣环境下，由在应力高的地方，例如军事、高低温、低气压等恶劣环境下，由 于无铅蠕变大，因此无铅比有铅的可靠性差。于无铅蠕变大，因此无铅比有铅的可靠性差。 关于无铅焊点的可靠性（包括测试方法）还在最初的研究阶段。关于无铅焊点的可靠性（包括测试方法）还在最初的研究阶段。 一些研究显示：一些研究显示： 在撞击、跌落测试中，用无铅焊料装配的结果比较差。在撞击、跌落测试中，用无铅焊料装配的结果比较差。 非常长期的可靠性也较不确定非常长期的可靠性也较不确定。 电气可靠性（助焊剂性能与枝状结晶生长问电气可靠性（助焊剂性能与枝状结晶生长问 题）题） 回流焊、波峰焊、返修形成的助焊剂残留物，在潮湿环回流焊、波峰焊、返修形成的助焊剂残留物，在潮湿环 境和一定电压下，导电体之间可能会发生电化学反应，境和一定电压下，导电体之间可能会发生电化学反应， 引起表面绝缘电阻（引起表面绝缘电阻（SIRSIR）的下降。如果有电迁移和枝状）的下降。如果有电迁移和枝状 结晶生长的出现，将发生导线间的短路，造成电迁移（结晶生长的出现，将发生导线间的短路，造成电迁移（ 俗称俗称“ “漏电漏电” ”）的风险。）的风险。 为了保证为了保证电气可靠性，需要对不同免清洗助焊剂的性能可靠性，需要对不同免清洗助焊剂的性能 进行评估。进行评估。 电迁移和枝状结晶造成导线间的电迁移和枝状结晶造成导线间的 短路短路 长期可靠性没有定论长期可靠性没有定论 在应力低的应用条件下：大多数民用、通信等领域在应力低的应用条件下：大多数民用、通信等领域 ，无铅焊点的机械强度比有铅的可靠性好；，无铅焊点的机械强度比有铅的可靠性好； 在应力高的情况下：例如军事、高低温、低气压等在应力高的情况下：例如军事、高低温、低气压等 恶劣环境下，由于无铅蠕变大，因此无铅比有铅的恶劣环境下，由于无铅蠕变大，因此无铅比有铅的 可靠性差。可靠性差。 目前目前无铅焊点的可靠性（包括测试方法）还在最初无铅焊点的可靠性（包括测试方法）还在最初 的研究阶段。的研究阶段。 高可靠产品获得豁免高可靠产品获得豁免 由于再流焊与波峰焊工艺不同；由于再流焊与波峰焊工艺不同； 无引线或有引脚元件的焊端镀层和引脚表面无引线或有引脚元件的焊端镀层和引脚表面镀层镀层中中 的的PbPb含量（或无铅材料的含量）与含量（或无铅材料的含量）与BGABGA焊球焊球中中PbPb含含 量（或无铅材料的含量）的不同；量（或无铅材料的含量）的不同； 对焊点可靠性的对焊点可靠性的影响也是不一样影响也是不一样的。的。 因此因此需要对各种具体情况分别讨论需要对各种具体情况分别讨论。 四有铅四有铅/ /无铅混合制程分析无铅混合制程分析 ( (一一） 无铅焊料与有铅元件混用无铅焊料与有铅元件混用 1. 1. 无铅焊料与无铅焊料与有铅镀层元件有铅镀层元件（无引线或有引脚（无引线或有引脚 元件）混用元件）混用 2. 2. 无铅焊料与无铅焊料与有铅有铅PBGAPBGA、CSPCSP混用混用 1. 1.无铅焊料与无铅焊料与有铅元件有铅元件混用混用 （无引线或有引脚元件）（无引线或有引脚元件） 有铅元件引脚和焊端镀层只有几微米厚，焊端或有铅元件引脚和焊端镀层只有几微米厚，焊端或引脚镀层引脚镀层 中微量中微量PbPb在无铅焊料与焊端在无铅焊料与焊端界面界面容易发生容易发生PbPb偏析现象偏析现象 ，形成，形成Sn-Ag-PbSn-Ag-Pb的的174174的低熔点层，可能发生焊缝起的低熔点层，可能发生焊缝起 翘（翘（ Lift-off Lift-off ）现象，影响焊点长期可靠性。）现象，影响焊点长期可靠性。 PbPb在在1%1%左右的微量时发生焊点剥离的概率最高左右的微量时发生焊点剥离的概率最高 。 这意味着来自元件、这意味着来自元件、PCBPCB镀层的微量镀层的微量PbPb混入，混入， 将容易发生将容易发生Lift-offLift-off。 Lift-offLift-off（焊点剥离）现象的机理（焊点剥离）现象的机理 锡釺焊时的凝固收缩现象锡釺焊时的凝固收缩现象 63Sn37Pb63Sn37Pb合金的合金的CTECTE是是24.51024.510-6 -6，从室温升到 ，从室温升到183183， 体积会增大体积会增大1.2%1.2%，而从，而从183183降到室温，体积的收缩降到室温，体积的收缩 却为却为4%4%，故锡铅焊料焊点冷却后有时有缩小现象。因，故锡铅焊料焊点冷却后有时有缩小现象。因 此此有铅焊接时也存在有铅焊接时也存在Lift-offLift-off，尤其在，尤其在PCBPCB受潮时。受潮时。 无铅焊料焊点冷却时也同样有无铅焊料焊点冷却时也同样有凝固收缩现象凝固收缩现象。由于无铅熔。由于无铅熔 点高、与点高、与PCBPCB的的CTECTE不匹配更严重、出现不匹配更严重、出现偏析现象，因此偏析现象，因此 当存在当存在PCBPCB受热变形等应力时，很容易发生受热变形等应力时，很容易发生Lift-offLift-off，严，严 重时甚至会造成重时甚至会造成焊盘剥落焊盘剥落。 PCBPCB焊盘与焊盘与Sn-0.7CuSn-0.7Cu 焊后发生焊后发生Lift-offLift-off 凝固收缩凝固收缩 冷却时由于基板温度高，焊点先冷却时由于基板温度高，焊点先 凝固收缩，基板焊盘界面处残留凝固收缩，基板焊盘界面处残留 液相，基板越厚，基板内部储存液相，基板越厚，基板内部储存 的热量越多，越容易发生焊点剥的热量越多，越容易发生焊点剥 离。离。 热热 传传 导导 收缩收缩 A A面回流焊面回流焊B B面波峰焊复合工艺中的问面波峰焊复合工艺中的问 题题 完成了完成了A A面回流焊，进行面回流焊，进行B B面波峰焊时，在面波峰焊时，在A A面大的面大的 QFPQFP和和PLCCPLCC等元件的引脚镀层为等元件的引脚镀层为Sn-PbSn-Pb合金时合金时，虽然，虽然 焊点本身熔点在焊点本身熔点在217 217 ，不会熔化，但在焊锡与焊盘，不会熔化，但在焊锡与焊盘 界面容易形成界面容易形成PbPb偏析偏析形成形成Sn-Ag-PbSn-Ag-Pb的的174174的低的低 熔点层，使界面发生熔化，在热应力的作用下造成焊熔点层，使界面发生熔化，在热应力的作用下造成焊 点从焊盘上剥离。类似点从焊盘上剥离。类似Lift-offLift-off（焊点剥离）。（焊点剥离）。 QFPQFP 焊盘处Lift-off QFPQFP引脚引脚 解决措施：解决措施： 焊点凝固时适当提高冷却速度；焊点凝固时适当提高冷却速度； 创造一个平稳的焊点凝固环境；创造一个平稳的焊点凝固环境； 例如：选择例如：选择Z Z轴方向轴方向CTECTE小的小的PCBPCB材料；材料； 平稳的平稳的PCBPCB传输系统，不产生振动。传输系统，不产生振动。 2. 2. 无铅焊料与无铅焊料与有铅有铅PBGAPBGA、CSPCSP混混 用用 “ “气孔多气孔多” ” 再流焊时，焊球上的有铅焊料先熔， 覆盖焊盘与元件焊端，助焊剂排不出 去，造成气孔。 气孔气孔 183183 217217 ( (二二) ) 有铅焊料与无铅元件混用有铅焊料与无铅元件混用 1. 1. 有铅焊料与有铅焊料与无铅镀层元件无铅镀层元件（无引线或有引脚（无引线或有引脚 元件）混用元件）混用 2. 2. 有铅焊料与无有铅焊料与无铅铅PBGAPBGA、CSPCSP混用混用 1. 1.有铅焊料有铅焊料与无铅元件与无铅元件 混用（无引线或有引脚元件）混用（无引线或有引脚元件） 一般情况没有问题一般情况没有问题。因为焊端镀层非常薄，。因为焊端镀层非常薄， 例如应用最多的镀例如应用最多的镀SnSn层厚度在层厚度在 3 37m7m，SnSn熔点为熔点为232232 ，与，与Sn-37PbSn-37Pb合金焊接时，一般情况下峰值温度比焊接合金焊接时，一般情况下峰值温度比焊接 有铅元件略微高有铅元件略微高5 5左右即可以。左右即可以。 但是有一点要但是有一点要特别警惕！镀特别警惕！镀SnSn-Bi-Bi元件元件只能应用在无铅工只能应用在无铅工 艺中，不能用到有铅工艺中。这是由于有铅焊料中的艺中，不能用到有铅工艺中。这是由于有铅焊料中的PbPb 与与SnSn-Bi-Bi镀层的在引脚或焊端镀层的在引脚或焊端界面形成界面形成Sn-Pb-BiSn-Pb-Bi（熔点（熔点 9393）的三元共晶低熔点层）的三元共晶低熔点层、容易引起焊接界面剥离、容易引起焊接界面剥离、 空洞等问题，导致焊接强度劣化。空洞等问题，导致焊接强度劣化。 如果采用有铅焊料的温度曲线，焊点连接如果采用有铅焊料的温度曲线，焊点连接 可靠性是最差的可靠性是最差的。这是由于有铅焊料与无铅焊。这是由于有铅焊料与无铅焊 球的熔点不相同，有铅焊料熔点低先熔，而无球的熔点不相同，有铅焊料熔点低先熔，而无 铅焊球不能完全熔化，容易造成铅焊球不能完全熔化，容易造成PBGAPBGA、CSPCSP一一 侧焊点失效的缘故。侧焊点失效的缘故。 183183 217217 解决措施：解决措施： 提高焊接温度到提高焊接温度到235235左右左右 2. 2. 有铅焊料有铅焊料与无铅与无铅PBGAPBGA、CSPCSP混混 用用 在元件一侧的界面失效在元件一侧的界面失效 ( (三三) )无铅波峰焊必须预防和控制无铅波峰焊必须预防和控制PbPb污染污染 PbPb含量一旦超过含量一旦超过0.1wt0.1wt就不符合就不符合RoHSRoHS了了 有铅波峰焊有铅波峰焊可以使用可以使用无铅元件和印制板无铅元件和印制板 无铅波峰焊无铅波峰焊不要使用不要使用镀镀Sn-37PbSn-37Pb的元件和印制板，的元件和印制板， 但要警惕镀但要警惕镀SnSn-Bi-Bi元件在有铅工艺中的应用元件在有铅工艺中的应用 无铅焊点中的无铅焊点中的PbPb含量必须限制在含量必须限制在0.1 Wt0.1 Wt以下以下 ， 每月对锡锅中每月对锡锅中PbPb的含量需要进行监测，的含量需要进行监测， PbPb含量超过含量超过0.1Wt%0.1Wt%，必须换新的无铅焊锡。，必须换新的无铅焊锡。 无铅的定义无铅的定义在整个电子产品里在整个电子产品里6 6种物质种物质0.10.1wtwt ） （指占镀层的（指占镀层的wtwt，不是产品的，不是产品的wtwt） 包括：包括： PCBPCB材料及表面涂镀层材料及表面涂镀层 元器件中的金属材料元器件中的金属材料 内、外引线镀层内、外引线镀层 焊点焊点 电缆导线及镀层、内、电缆导线及镀层、内、 外绝缘层材料等外绝缘层材料等 Homogeneous Materials Homogeneous Materials 均质材料均质材料举例：举例： RoHSRoHS检测检测分析技术设备：分析技术设备： 便携式便携式 XRFXRF（荧光光谱仪荧光光谱仪） 五五. . 有铅有铅/ /无铅混用应注意的问题及应对措无铅混用应注意的问题及应对措 施施 1 1、出口欧盟的、或已经转为无铅产品：要预防铅污染、出口欧盟的、或已经转为无铅产品：要预防铅污染 2 2、豁免产品：暂时（现阶段）不建议考虑无铅工艺豁免产品：暂时（现阶段）不建议考虑无铅工艺 （或建议选择（或建议选择SnSn- -3.5Ag3.5Ag二元共晶合金）二元共晶合金） 3 3、还在生产有铅产品的、还在生产有铅产品的混合工艺混合工艺： 可以继续采用有铅工艺可以继续采用有铅工艺 （适当提高温度；警惕！镀（适当提高温度；警惕！镀SnSn-Bi-Bi元件）元件） 也可以采用无铅工艺也可以采用无铅工艺 （采用低峰值温度曲线，预防损坏有铅元件和（采用低峰值温度曲线，预防损坏有铅元件和PCBPCB） 以上各种情况都必须：考虑相容性以上各种情况都必须：考虑相容性 对于高可靠、对人身安全有保障要求对于高可靠、对人身安全有保障要求 的产品应选择高性能合金的产品应选择高性能合金 建议选择建议选择SnSn- -3.5 Ag3.5 Ag二元共晶合金。二元共晶合金。 SnSn- -3.5 Ag3.5 Ag合金已在某些高可靠电子领域应用了很合金已在某些高可靠电子领域应用了很 长的时间，已经完成了大量测试，并且已被高可靠领长的时间，已经完成了大量测试，并且已被高可靠领 域广泛接受。域广泛接受。 例如福特汽车、摩托罗拉等公司对使用例如福特汽车、摩托罗拉等公司对使用SnSn- -3.5Ag3.5Ag合合 金的测试板进行了热循环试验金的测试板进行了热循环试验(-40(-40140)140)和全面和全面 热疲劳测试研究，测试结果显示热疲劳测试研究，测试结果显示SnSn- -3.5Ag3.5Ag合金的可靠合金的可靠 性与性与Sn-37PbSn-37Pb共晶合金相差无几甚至更好。共晶合金相差无几甚至更好。 SnSn- -3.5Ag3.5Ag回流焊温度比回流焊温度比Sn-37PbSn-37Pb高高20203030，目前，目前 无铅元器件的耐高温也已经提高到无铅元器件的耐高温也已经提高到250250260260了。了。 加强对上游供应商的管理，确保他们提供的原材加强对上游供应商的管理，确保他们提供的原材 料和元器件是符合无铅标准的。料和元器件是符合无铅标准的。 建立符合环保要求的生产线。建立符合环保要求的生产线。 加强无铅生产物料管理。加强无铅生产物料管理。 对全线人员进行培训。对全线人员进行培训。 正确实施无铅工艺。正确实施无铅工艺。 对无铅产品进行质量评估，确保符合对无铅产品进行质量评估，确保符合RoHSRoHS与产品与产品 可靠性要求。可靠性要求。 1. 1. 无铅产品：必须正确实施无铅工无铅产品：必须正确实施无铅工 艺艺 2. 2. 有铅有铅/ /无铅混用应注意无铅混用应注意相容性相容性问问 题题 (a) (a) 高温可能损坏元器件封装体及内部连接高温可能损坏元器件封装体及内部连接 (b) (b) 高温对潮湿敏感元件的不利影响高温对潮湿敏感元件的不利影响 (c) (c) 高温可能损坏高温可能损坏PCB PCB (d) (d) 焊料合金与元件焊端或引脚镀层不相容焊料合金与元件焊端或引脚镀层不相容 (e) (e) 焊料合金与焊料合金与PBGAPBGA、CSPCSP焊球合金不相容焊球合金不相容 (f) (f) 镀镀Sn-37PbSn-37Pb元件、印制板与无铅波峰焊工艺不相容元件、印制板与无铅波峰焊工艺不相容 (g) (g) 各种工艺之间的不相容性各种工艺之间的不相容性 (h) (h) 各种助焊剂之间的不相容性各种助焊剂之间的不相容性 潮湿敏感度问题潮湿敏感度问题 必须高度重视器件的潮湿敏感度问题。吸潮的器件在必须高度重视器件的潮湿敏感度问题。吸潮的器件在 再流焊过程中由于再流焊过程中由于水蒸汽膨胀随温度升高而上升水蒸汽膨胀随温度升高而上升，对，对 已经受潮的器件都会造成损坏的威胁。无铅焊接温度已经受潮的器件都会造成损坏的威胁。无铅焊接温度 高，根据经验，高，根据经验，焊接温度每提高焊接温度每提高1010，湿度敏感等级，湿度敏感等级 提升提升1 1级。级。 SMDSMD潮湿敏感等级（潮湿敏感等级（IPC/JEDEC IPC/JEDEC 标准）标准） 敏感性芯片拆封后置放环环境条件 拆封后必须须使用的期限 （标签标签 上最低耐受时时） 1级级30，90%RH无限期 2级级30，60%RH1年 2a级级30，60%RH4周 3级级30，60%RH168小时时 4级级30，60%RH72小时时 5级级30，60%RH48小时时 5a级级30，60%RH24小时时 6级级30，60%RH按标签标签 上写的时间时间 无铅焊接无铅焊接与混用与混用都必须注意都必须注意材料的材料的相相 容性容性 从从SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu焊料焊料与与CuCu； SnSn合金与合金与Ni/AuNi/Au（ENIGENIG）；）； SnSn系焊系焊 料与料与4242号合金钢的界面反应和钎缝组织可看出：号合金钢的界面反应和钎缝组织可看出： 不同的焊料合金，甚至同一种焊料合金与不同的金属焊接时的不同的焊料合金，甚至同一种焊料合金与不同的金属焊接时的 界面反应和钎缝组织都不一样，它们的可靠性也不一样。界面反应和钎缝组织都不一样，它们的可靠性也不一样。 由于电子元器件的品种非常多，当前正处于过渡时期，由于电子元器件的品种非常多，当前正处于过渡时期，特别是特别是 元件焊端的镀层很复杂，可能会存在某些元件焊端与焊料的失元件焊端的镀层很复杂，可能会存在某些元件焊端与焊料的失 配现象，造成可靠性问题配现象，造成可靠性问题。因此一定要仔细选择并管理元件。因此一定要仔细选择并管理元件。 另外，选择另外，选择 焊料和焊料和PCBPCB镀镀/ /涂材料同样十分重要。涂材料同样十分重要。 无铅焊接必须考虑相容性无铅焊接必须考虑相容性( (材料、工艺、材料、工艺、 设计设计) ) （1 1）材料相容性）材料相容性 焊料合金和助焊剂焊料合金和助焊剂 焊料和元器件焊料和元器件 焊料和焊料和PCBPCB焊盘涂镀层焊盘涂镀层 （2 2）工艺相容性（再流焊、波峰焊和返修工艺）工艺相容性（再流焊、波峰焊和返修工艺） （3 3）设计相容性）设计相容性 特别警惕！特别警惕！ 日本、韩国有的元件镀日本、韩国有的元件镀SnSn-Bi-Bi，必须在无铅焊料中使，必须在无铅焊料中使 用。如果焊料中有用。如果焊料中有PbPb，界面形成界面形成Sn-Bi-PbSn-Bi-Pb（9393） 三元共晶低熔点层三元共晶低熔点层，将严重影响可靠性。，将严重影响可靠性。 过渡阶段无铅焊接、有铅无铅混用的过渡阶段无铅焊接、有铅无铅混用的 可靠性问题值得警惕和研究可靠性问题值得警惕和研究 加强无铅生产加强无铅生产物料管理物料管理 (a)(a)采购符合采购符合RoHSRoHS要求的元件要求的元件 (b) (b) 备料备料 BOMBOM表上必须标注的内容包括：焊端表面镀层材表上必须标注的内容包括：焊端表面镀层材 料、耐温、潮敏度等级。料、耐温、潮敏度等级。 (c) (c) 标识和标签标识和标签 给无铅元器件、给无铅元器件、PCBPCB、工艺材料、工艺材料( (包括焊膏、焊锡包括焊膏、焊锡 条、焊锡丝、助焊剂条、焊锡丝、助焊剂) )，还包括更改了开口尺寸的，还包括更改了开口尺寸的 模板做无铅标识和标签。模板做无铅标识和标签。 (d) (d) 无铅元器件编号方式无铅元器件编号方式 必须与组装厂沟通（一致、统一）必须与组装厂沟通（一致、统一） 解决解决 措施措施 (e) (e) 识别识别 对生产线操作人员进行培训，提高识别能力。对生产线操作人员进行培训，提高识别能力。 (f) (f) 材料管理自动化材料管理自动化 使用条形码，或附着在材料包装上的使用条形码，或附着在材料包装上的RFIDRFID标签标签 (g) (g) 生产线设置验证生产线设置验证 手工验证手工验证自检、互检、专职检查。自检、互检、专职检查。 半自动验证半自动验证人工扫描条形码标签。人工扫描条形码标签。 闭环验证闭环验证系统自动探测和验证。系统自动探测和验证。 (h) (h) 可追溯性与材料清单可追溯性与材料清单 对每一块对每一块PCBPCB编序号编序号 (i) (i) 无铅元器件、无铅元器件、PCBPCB、工艺材料的储存、工艺材料的储存 设立单独的无铅工艺材料、无铅元器件、用于无铅设立单独的无铅工艺材料、无铅元器件、用于无铅 的模板、工具仓库；的模板、工具仓库； 或从现有的仓库划出相当的空间用于无铅物料、工或从现有的仓库划出相当的空间用于无铅物料、工 具等物品的储存具等物品的储存 (j) (j) 无铅的专用工具无铅的专用工具 无铅专用模板、烙铁或焊台、镊子、刷子等工具，无铅专用模板、烙铁或焊台、镊子、刷子等工具， 并做标识。并做标识。 (k) (k) 设立无铅手工焊接的专用工位设立无铅手工焊接的专用工位 对全线人员进行对全线人员进行培训培训 对全线人员（包括采购人员、各级库房工作人员、工对全线人员（包括采购人员、各级库房工作人员、工 艺、检验、设备操作人员、管理人员等）进行培训；艺、检验、设备操作人员、管理人员等）进行培训； 提高全线人员的无铅意识，提高对无铅元器件、提高全线人员的无铅意识，提高对无铅元器件、PCBPCB 、工艺材料、工具、无铅产品标识和标签（包括企业、工艺材料、工具、无铅产品标识和标签（包括企业 内部专用的无铅元器件和无铅产品标识和标签）的识内部专用的无铅元器件和无铅产品标识和标签）的识 别能力；别能力； 并自觉遵守无铅管理制度。并自觉遵守无铅管理制度。 解决解决 措施措施 过渡阶段要按照过渡阶段要按照 正确的工艺方法正确的工艺方法把工艺做得更细致一把工艺做得更细致一 些些 从从产品设计产品设计开始就要考虑到开始就要考虑到符合符合RoHSRoHS。 工艺方面包括：选择最适合无铅的组装方式及工艺工艺方面包括：选择最适合无铅的组装方式及工艺 流程；选择元器件、流程；选择元器件、PCBPCB、无铅焊接材料；对印刷、