ROHS-PCBA产品管理作业办法PPT课件

1 Greenglobeourhome FoxconnTechnologyGroup SMTTechnologyDevelopmentCommittee SMTTechnologyCenterSMT技術中心 ROHSPCBA產品管理作業辦法 2 目錄 RoHSPCA制程概述RoHS物料選擇合金選擇元器件選擇PCB要求RoHS制程轉換RoHS轉換方針回流焊波峰焊焊接檢查測試重工與維修可靠性驗證鉛污染預防 3 RoHSPCA制程概述 RoHS制程的導入RoHS產品定義為符合RoHS要求的產品 RoHS制程即為生產RoHS產品的制造過程 對於PCA制程 主要的RoHS限制物質就是鉛 所以鉛的替代以及制程中鉛的控制是我們的重點 成功實現RoHS制程需要全面的制程定義 合理的材料選擇 和持續 條理化的反饋檢查和分析 RoHS導入五步法 1選擇合適的焊料和設備2定義制程3開發健全制程4進行無鉛制程生產5管控并完善制程 RoHS 4 RoHSPCA制程概述 RoHS對PCA制程影響概述多數的現有制程不會有大的影響元件 焊料成本增加無鉛焊接的污染問題會影響可靠性更高的焊接溫度無鉛焊料較差的潤濕性需要更加嚴格的物料檢驗和管控需要專用性能更好的設備 5 RoHSPCA制程概述 RoHS制程的主要挑戰PCB與元件的兼容性問題有關無鉛標識 測試驗證的工業標準還比較缺乏無鉛焊料的應用還不成熟制程中會出現更過的不良諸如空洞 上錫 可靠性數據的應用與關聯昂貴物料的成本控制更小的制程窗口 6 RoHSPCA制程概述 RoHS制程VS有鉛制程 7 RoHS物料選擇 8 無鉛合金選擇 錫鉛焊錫的使用根源 铅是自然界分布很广的元素 地壳中含量为0 0016 由于铅的独特性质 柔软性 延展性 低熔点和耐腐蚀 使铅成为应用最广泛的金属之一 在锡中加入铅可以获得锡和铅都不具备的优良特性 1 降低熔点 便于焊接Sn 231 9oC Pb 327 5oC 共晶熔点183oC 2 改善机械性能 抗拉强度和剪切强度都增强 3 降低表面张力 有良好的流动性 润湿性好 4 抗氧化性增强 抗腐蚀性好 5 导电性好 6 焊点外观好 便于檢查 7 铅的资源丰富 成本低 9 無鉛合金選擇 选择用来取代鉛的材料必须满足以下要求原料来源广泛 无毒性 易于使用可循环再生的 10 無鉛合金選擇 替代铅的材料及其相对价格一般来说 几乎所有的無鉛焊錫都比锡 铅共晶的润湿性能 扩散性 差總合考慮 目前還没有開發出能与共晶锡铅相媲美的替代品 11 無鉛合金選擇 Sn Ag Cu系统的合金具有相当好的物理和机械性能 是無鉛合金的主要选择 為確保回焊 波峰焊 維修及重工之間的兼容性 在RoHS轉換階段 我們選擇SAC305合金為RoHS焊料的基礎 SAC305即96 5 Sn 3 0 Ag 0 5 Cu 為什麼選擇SAC305 生产经验接近共晶温度 220 行业认可相对低毒性易与使用广泛应用于亚洲电子行业有效控制成本 比其它SAC材料成本低 与重工 波峰焊 回焊等兼容性好 12 無鉛合金選擇 無鉛焊料特點 SAC305 熔点高 183 vs217 表面張力大 流動性差 潤濕性差延展性有所下降拉伸强度和耐疲劳性强比Sn Pb优越 对助焊剂的热稳定性要求更高 高温下对Fe有很强的溶解性 13 RoHS元器件的選擇 元器件必須滿足RoHS的要求 并有確且的含量定義 所選元器件要同RoHS制程兼容 元件應該能够抵抗无鉛製程所需的较高温度 一般無鉛元件需要耐受260度的無鉛制程溫度 從元件供應商處確認所用的元件是否適用於特定的進程 依據焊錫合金 設備選用 產品設計的不同 每一種板卡制程要求的溫度可能不一樣 高溫下元器件不良 14 RoHS元器件的選擇 BGABGA类錫球合金必須與所選擇的錫膏兼容 BGA製造商一般選擇錫銀銅合金作為錫球 原則上錫鉛和無鉛BGA包裝不可以混裝在同一片板上如果通過焊點可靠性測試與SAC錫膏兼容 也可以使用其他合金成分元件端子鍍層只允許使用無鉛處理 目前首選的鍍層為Ni Pd Au 鎳 鈀 金 其次為Ni Pd 粗錫鍍層也可接受噴錫是一種替代錫鉛處理的引腳處理方式 但要考慮錫須的影響 所選擇焊料表面處理的兼容性應該經過焊點可靠性測試得評估 SAC 錫球 鍍層 15 RoHSPCB要求 PCB材質PCB符合RoHS要求 包括PCB材質 油墨 鍍層 PCB能夠經受無鉛高溫制程 適用于有鉛制程的PCB用于無鉛制程時會產生可靠性問題 變形 PAD脫落 孔環脫落 裂縫等 高溫下PCB不良 16 PCB表面處理PCB表面處理必須是無鉛的 要與所選擇的RoHS合金兼容 每種處理方式都有其優缺點 目前我們主要為OSP和Im Ag RoHSPCB要求 17 錫須介紹 純錫鍍層會產生錫須 PCB 元件 錫須會引起許多嚴重的可靠性風險 比如導致電路短路 錫須是一種自然發生的現象 在純錫處理的鍍層錫須產生的過程如圖所示 多數的錫須是單一晶體 隨時間 成長 有的會長到10mm以上 一般可接受的標準在50um以下 錫須有許多形狀 絲狀 結狀 柱狀 針狀 丘狀等 錫須的成長 18 錫須的影響和預防業界還在研究中目前降低錫須造成的可靠性風險的方法使用大顆粒的粗錫鍍層 2um 加厚純錫鍍層 10um 保形塗層Conformalcoating增加鎳基鍍層 Cu Ni Sn 回焊錫鍍層減小壓力蘸錫處理大間距元件 PTH 在錫鍍層中加入其他元素 Cu Bi 嚴格控制錫鍍層制程 錫須介紹 19 RoHS制程轉換 20 RoHS制程轉換方針 RoHS轉換就是由目前的有鉛產品生產向RoHS產品生產轉換的過程方案A是我們採取的 Pbcontent RoHSCompliance Tinleadsolder MixtechnologyNotRoHSCompliance Sn Pb 21 關鍵方面 TDSI 教育訓練 Training 文件制作 Documentation 區分隔離 Segregation 驗證分析 Identification 專門的RoHS生產線和作業區域所有RoHS物料要標示並存放于指定區域所有RoHS治具要標示清楚并與有鉛治具區分所有參與RoHS生產之人員必須完成訓練和認證所有作業辦法和操作手冊必須專用于RoHS RoHS轉換我們要做什么 22 RoHS教育訓練 所有參與RoHS生產的人員必須經過相關教育訓練并認證合格 實行佩證上崗 不同的級別和工站進行不同的訓練 有訓練記錄 23 RoHS文件管控 發行專用文件來實現RoHS生產中各環節的管控 24 RoHS區分隔離 RoHS生產區域標識RoHS物料標識RoHS專用治工具標識人員標識 關鍵 區分出RoHS與有鉛 25 RoHS轉換檢查 RoHS生產前需要對生產線及相關的區域等方面進行檢查 以確保所有程序都是符合要求的 26 無鉛回流焊 概述回流焊 就是把印刷好的錫膏通過回流焊接形成焊點 把PCB與SMT電子元器件焊接起來 达到电气功能 無鉛回焊的特點 高溫 较差润湿性 焊點外观黯淡粗糙 延展性差 空洞多 27 無鉛回流焊 高溫的回焊制程 會增加PCA和元器件的熱衝擊 PCB的彎曲 變形會影響BGA的可靠性 因此在回焊過程 使用合理的治具控制PCA的彎曲非常重要 為了獲得良好的焊接品質 建議使用氮氣回焊設備 闭环焊剂分离 收集系统可去除再流焊设备内部95 的焊剂残渣 同时保证氮气的再循环利用空气再流焊设备采用還需要有过滤器系统 最小化排放废气污染以满足環保要求 28 無鉛回流焊 曲線的獲得要通過測溫板來測量 測溫板的制作原則等同于有鉛制程 RoHS溫度的提升需要對測溫板的使用壽命重新評估 RoHS回焊溫度曲線的規格來自於錫膏供應商的推薦 行業標準的規定 客戶的要求 以及工程經驗 最終決定於PCA的複雜程度及錫膏供應商的推薦 無鉛波峰焊溫度曲線示例 Allparametersmeetthedefinedspecs 29 無鉛波峰焊 概述波峰焊 就是將助焊劑塗布在PCB背面 并使之預熱到活化溫度 利用焊錫將PCB與PTH電子元器件焊接起來 無鉛波峰焊的特點 高溫 较差的流動性 润湿性 易產生錫渣 焊點外观黯淡粗糙 延展性差 30 無鉛波峰焊 無鉛波峰焊制程轉換無鉛焊料會腐蝕與它接觸的設備部件 RoHS制程的波峰焊設備應採用耐高溫 耐腐蝕的合金材料 不鏽鋼 鍍鈦合金 理想的狀況是使用專用的RoHS設備 現有的波峰焊設備轉換為RoHS時必須注意以下几點 錫槽必須先用純錫清洗 然後熔無鉛錫條 所有用于有鉛的容器在投入RoHS應用時必須仔細清潔 為保持錫的純度 保證無鉛品質 錫槽合金成必須定期檢測 任何輕微的鉛污染都會嚴重影響焊點的可靠性 所有PTH元件必須保證為RoHS元件 使用無鉛焊錫時產生的錫渣比使用Sn Pb焊錫要多 31 無鉛波峰焊 無鉛波峰焊不良表現無鉛波峰焊接常見不良 不上錫少錫縮錫拉尖冷焊焊點起縐吹孔錫球焊盤翹曲連錫PCA經過波峰焊會發生漏銅現象 無鉛焊料對銅的吸收能力很強 即所謂的食銅現象 尤其是采用OSP表面處理的PCB 對於錫銀銅焊錫可採用錫銀SAC300的錫棒進行銅含量調整 32 PTH孔上錫是無鉛波峰焊接的重點和難點 無鉛焊料焊接OSP板可以用以下方法來提高通孔填充 降低鏈速 以延長焊錫時間增加助焊劑噴塗量 減少熱風刀壓力使用活性更強的助焊劑 如水洗助焊劑或固含量更高的助焊劑提高錫波高度提高錫爐溫度使用固含量 酸性更高的助焊劑開啟擾流波輔助焊接改善波峰焊載具 無鉛波峰焊 錫爐溫度直接影響孔上錫 鏈速越低 填充效果越好 33 波峰焊助焊劑 FLUX 介紹 助焊劑的四大功能清除焊接金屬表面的氧化物 在焊接物表面形成一液態的保護膜隔絕高溫時四周的空氣 防止金屬表面的再氧化 降低焊錫的表面張力 增加其擴散能力焊接的瞬間 促進焊錫與受熱元件和鍍層結合 順利完成焊接 無鉛制程對助焊劑的要求1 使用活性更強 或固含量更高的助焊劑2 助焊剂的热稳定性要求更高 無鉛波峰焊 34 無鉛波峰焊 在錫爐區域使用氮氣將會減少錫渣產生 同時提高焊料的潤濕性 氮氣會減少板面和元件產生氧化 由此來彌補無鉛焊料潤濕性差的影響 尤其對免洗助焊劑顯得更為重要 氮氣也可以減少連錫和拉尖 可以改善較厚板的通孔填充效果 通用的RoHS波峰焊溫度曲線的規格來自於助焊劑供應商的推薦 行業標準的規定 客戶的要求 以及工程經驗 無鉛波峰焊溫度曲線示例 Allparametersmeetthedefinedspecs 35 無鉛焊接的檢查 與錫鉛焊點相比 無鉛的焊點光澤較暗 多粒 多坑無鉛焊點延展性較差 外觀差異較大由於如上差異 缺少經驗的人員可能會誤判誤判的結果將會反映在冷焊 少錫 空焊上RoHS制程目檢的檢查標準可能要做修正檢驗人員需要重新進行教育訓練 增強對無鉛焊接的認識IPC A 610是通用的板子裝配檢驗規範 目前新版 IPC A 610D 已經發行 其中增加了對無鉛焊接的檢驗標準 X Ray AOI檢驗沒有大的影響 但需要針對無鉛工藝進行重新設定 36 無鉛制程ICT 無鉛焊錫表面殘留比較堅硬 ICT測試難度增大 為了能夠刺穿表面殘留 達到更好的接觸效果 需要更大的測試力和新型的高彈力探針 測試壓力的增加會加大測試治具對PCA及元件的損壞 所以所用的測試治具要經過應力測試和破壞性試驗如紅墨水 切片等驗證 使用高彈力探針 37 無鉛制程ICT 焊錫表面的堅硬和測試壓力的增大使得探針更易磨損 在RoHS免洗制程中 應選用免洗探針 OSP表面處理是ICT的難點 一般需要在測試點上沾錫來提高測試性 測試點沾錫可以通過兩種方式來實現 測試點印刷錫膏 經回焊后形成有錫測試點 雙面制程 選用鏤空的波峰焊載具 通過波峰焊來達到測試點上錫 單面制程 38 維修與重工 手工維修SMT被動元件和小元件的重工使用烙鐵 主動元件重工使用熱風裝置基於無鉛焊錫的特性 烙鐵溫度可達360 4000C 而且烙鐵的功率也需要增大 不同元件選擇不同的烙鐵頭無鉛的維修目前還很不成熟 溫度和作業 對於一些複雜的PCA或元件 還需要預熱以降低PAD受損 为了得到合理的维修效果在重工时避免交叉污染不同的助焊剂不同的合金 39 維修與重工 BGA重工BGA重工工站需要更强大的加热設備SRT 1100HR重工系統需要有電腦來監控時間和溫度 溫度需要用熱電耦來測量 重工使用的錫膏印刷治具 設備應該能夠精確對位 所印刷的錫膏量應該等同于正常印刷制程 當殘留不應響電氣性能時不需要清洗 重工後應該有X Ray檢查系統進行檢查 40 維修與重工 小錫爐 錫槽重工PTH元件的重工使用專用的無鉛小錫爐小錫爐實際上就是一個小型波峰焊 小錫爐需要有自動的錫波控制系統和預熱能力 小錫爐的噴錫開口應該由元件的尺寸來設計 材質使用耐腐蝕的鈦合金 針對重工和維修 PCA浸泡在無鉛錫波的時間必須嚴格控制 減少PCA受熱和元器件的損壞 一般要求浸錫時間不超過15s 錫樣成分需要要做檢驗 把污染降低到最小限度 41 RoHS產品可靠性驗證 工藝驗證 目檢 AOI X Ray清潔度驗證 離子測試 SIR ECM完整性驗證 推拉力測試 切片測試 紅墨水測試 C SAM IST測試 42 焊點外觀檢驗 SMT 焊點是否上錫良好 助焊劑殘留 焊點外觀是否允收 檢驗標準IPC A 610D OK NG 43 PCA表面是否清潔無殘留 外觀是否有其他焊接不良 焊點外觀檢驗 PTH OK NG 44 X RAY檢驗 BGA DIMM E CAP BGA是否焊接良好 有無空洞 PTH孔上錫狀況 NG OK 45 切片分析 BGA 焊點是否焊接良好 有無空洞 裂痕 上錫不足 DIMM E CAP VIA OK QFP NG 46 鉛污染預防 47 铅污染 由于在向無鉛工艺的转换过程中仍然会有大量的锡 铅产品生产和存在 因而產生铅污染的機會很大 过去一直认为無鉛合金中含有铅是可以接受的 实事上 無鉛体系中晶体结构的金属间化合物是不溶的 它会在引脚边析出 在焊点处形成空穴从而导致焊点失效 48 铅污染 鉛作為雜質進入到焊點中會增加焊點的強度 但會產生金屬間結晶結構 降低了焊點的延展性和韌性 從而加大了焊點破裂的風險 更重要的時 鉛的混入使得產品中鉛超標 就不可以稱其為RoHS產品 任何輕微的鉛污染都會嚴重影響焊點的可靠性任何悉知的鉛污染問題都必須得到客戶的承認 總之 要避免铅污染 49 鉛污染的途經 制程中造成鉛污染的途經在貼有RoHS標簽的產品含有超標的鉛雜質時進行交貨 在貼有RoHS標簽的產品實際上是有鉛產品時進行交貨 污染焊料槽 這樣就會連鎖造成許多其它電路板的污染 由於一些焊點的在進程中被錯誤的處理 造成污染 50 鉛污染預防 專綫生産波峰焊設備一旦被用於無鉛焊接 那麽它一般被專用於無鉛焊接 由於產線的規劃 這就意味著整條產線都必須在同一時期内專用於處理RoHS波峰焊產品 整個產品車間可分爲RoHS產品製造部分和SnPb產品製造部分 要使得損失最小就要求仔細的考慮使得產線的轉化與產品的轉化同步 51 鉛污染預防 避免元件的混裝要求供應商對每個RoHS元件提供一個獨立的料號 不推薦在不使用獨立料號的情況下 比如以日期編號 進行RoHS轉換 對於那些沒有供應商料號標致的元件 要求供應商提供一種方法來確定其所供應的產品是RoHS的 比如不同的元件記號 對新的RoHS元件指定新的內部料號 P N G ODM 直接使用客戶RoHS料號 52 鉛