论文部分内容阅读
摘 要：针对某型号译码器电路板有铅无铅元器件混装带来的问题，在工艺试验基础上，优化工艺流程及回流焊接参数，以保证采用有铅焊膏焊接有铅无铅元器件的可靠性。
关键词：有铅；无铅；混装；工艺优化
绪论
随着世界环保的推行，市场上有铅元器件的种类在逐渐减少，越来越多的无铅器件已进入高可靠电子产品组装中，国内军工行业高新及部分预研项目为实现产品技术指标和功能，必须选购国外集成电路芯片。在某型号译码器电路板使用的表面安装元器件中，各种集成芯片主要依赖进口，BGA封装器件的焊球、QFP封装器件的引线镀层已经改用无铅材料，而片式电阻、电容、电感、二极管等国产元件的引脚还是采用传统的锡铅合金，这就在有铅制程下出现了有铅和无铅混装现象，需要设置合理的工艺流程和焊接参数来保证焊接质量。
优化前的工艺流程
某型号译码器电路板由于存在无铅BGA封装器件，生产中采取了用有铅焊膏（主要成分为Sn62Pb36Ag2）3次回流焊接的工艺流程，如图1所示。
第1次回流时完成电路板上含BGA面的BGA器件和同面其它无铅器件焊接，峰值温度235℃；第2次回流时完成电路板反面阻容元件的焊接，峰值温度210℃；第3次回流时完成BGA面剩余元器件的焊接，峰值温度220℃；对于部分未能丝印焊膏又无法手工点焊膏的器件，采取手工焊接的形式完成焊接。上述流程考虑了有铅、无铅焊接对回流溫度要求的区别和公司具备的生产条件，经过数批产品生产验证和试验考核，可以保证焊接质量，尤其是无铅BGA器件的焊接质量能得到保证。
3 工艺优化的方向
在对外交流学习中发现，不管电路板上是否含无铅BGA器件，业内通常都是采用单面板1次回流完成焊接，双面板2次回流完成焊接。一般认为，减少回流焊接的次数，可以减少焊点重熔次数，提高焊点可靠性。[2]同时，航天科工集团发布了《航天电子电气产品有铅、无铅混合再流焊技术要求》（Q/QJB235-2014），对航天产品的有无铅混合再流焊接做了规范，主要内容如下：
（1） 要求印制板玻璃化转变温度不小于170℃。焊盘镀层要求采用锡铅镀层或镍金镀层。公司选用的印制板材料和镀层能满足要求。
（2）要求选用的元器件应能够承受耐温度260℃、时间大于10s再流焊要求；元器件应具有良好的引线共面性，其平面偏差应小于0.1mm；元器件应具有良好的引线平行度，其歪斜度应小于0.08mm。这些要求在《电子元器件表面安装要求》（GJB 3243-1998）中已有要求，公司选用的元器件也能达到要求。
（3）锡膏推荐选择合金成分分别为Sn63/Pb37、Sn62/Pb36/Ag2的焊膏。公司选用的为Sn62/Pb36/Ag2，符合要求。
（4）双面板的表贴工艺流程规定如图2所示。
公司电路板的表贴工艺流程与标准工艺流程不一致，需要按标准进行优化。
（5）回流参数选择。有铅无铅混合焊接的峰值温度一般设置在210℃～245℃的范围，当印制板组件中只含纯锡无铅镀层类器件时，峰值温度一般控制在210℃～230℃；当印制板组件中含NiPdAu无铅镀层或纯Sn、NiPdAu无铅镀层同存时，峰值温度一般控制在220℃～235℃；当印制板组件中含无铅BGA类器件时，峰值温度一般控制在230℃～245℃。[1]有无铅混合焊接时参数选择依据如表1所示。公司电路板的回流参数需要进一步确认。
4 焊接参数的确定
为进一步提高印制电路板焊接的质量，贯彻新的标准，需对目前公司产品上印制电路板的焊接进行工艺优化：第一个是调整工艺流程，可以通过更改工艺文件和制作印刷焊膏的网板来实现；第二个是对回流焊接时焊接参数的选择进行确认。
测试实时温度曲线的方法为：选择已完成焊接的译码器电路板组件作为温度曲线测试板。在测试板上选择4个测试点，分别是：测试点1，BGA器件底部；测试点2，普通IC；测试点3，普通IC；测试点4，QFP器件。用高温胶带纸将热电偶的测试端固定在测试点上。将热电偶的另一端分别插上温度曲线测试仪的插座上，对热电偶编号，并在热电偶端头标记出所测温度的相应位置。启动温度曲线测试程序，打开温度曲线测试仪，将被测试板和温度曲线测试仪先后放置于回流焊机入口处的传送链条上。测试板和温度曲线测试仪从回流焊机出来后，将温度曲线测试仪与电脑相连接，读出温度曲线。温度曲线回流炉设置及测试结果分别如表2～表9所示。
从测试结果来看，1号点是温度最低点，2号点是温度最高点，各组都存在峰值±5℃范围内时间各测试点间差别较大的情况；根据实际情况来看，回流炉10个温区的长度相等，在传送链条速度一定时，经过各温区的时间也相等，由于每个温区只能设置一个温度，若要将该值调到标准规定范围内，则会造成回流时峰值温度过低或总的回流时间过短。
以上8组测试结果中，高于217℃时间和峰值温度两个主要参数都符合标准要求，160℃～183℃时间也都符合标准要求，差别主要是183℃以上时间，其中第1组参数是公司目前的工艺流程中电路板第1次回流焊接是采用的温度曲线。综合来看，第8组参数最符合保准要求。
5 结语
通过更改工艺文件，对印制电路板表面组装工艺流程进行调整，批产中采用第1组参数作为有无铅混合回流焊的温度曲线设置值来完成回流焊接，在保证无铅BGA焊接质量的前提下，最符合标准的要求和公司生产的实际，也能保证有无铅混合回流焊接的质量和可靠性。而新研制产品生产中，采用第8组参数作为有无铅混合回流焊的温度曲线设置值来完成回流焊接更能符合标准要求，也能通过实际的生产和试验考核来验证曲线设置的正确性。
参考文献：
[1]Q/QJB 235-2014航天电子电气产品有铅、无铅混合再流焊焊接技术要求.
[2]江平.无铅有铅混装焊接技术.电子工艺技术，2013（11）.
关键词：有铅；无铅；混装；工艺优化
绪论
随着世界环保的推行，市场上有铅元器件的种类在逐渐减少，越来越多的无铅器件已进入高可靠电子产品组装中，国内军工行业高新及部分预研项目为实现产品技术指标和功能，必须选购国外集成电路芯片。在某型号译码器电路板使用的表面安装元器件中，各种集成芯片主要依赖进口，BGA封装器件的焊球、QFP封装器件的引线镀层已经改用无铅材料，而片式电阻、电容、电感、二极管等国产元件的引脚还是采用传统的锡铅合金，这就在有铅制程下出现了有铅和无铅混装现象，需要设置合理的工艺流程和焊接参数来保证焊接质量。
优化前的工艺流程
某型号译码器电路板由于存在无铅BGA封装器件，生产中采取了用有铅焊膏（主要成分为Sn62Pb36Ag2）3次回流焊接的工艺流程，如图1所示。
第1次回流时完成电路板上含BGA面的BGA器件和同面其它无铅器件焊接，峰值温度235℃；第2次回流时完成电路板反面阻容元件的焊接，峰值温度210℃；第3次回流时完成BGA面剩余元器件的焊接，峰值温度220℃；对于部分未能丝印焊膏又无法手工点焊膏的器件，采取手工焊接的形式完成焊接。上述流程考虑了有铅、无铅焊接对回流溫度要求的区别和公司具备的生产条件，经过数批产品生产验证和试验考核，可以保证焊接质量，尤其是无铅BGA器件的焊接质量能得到保证。
3 工艺优化的方向
在对外交流学习中发现，不管电路板上是否含无铅BGA器件，业内通常都是采用单面板1次回流完成焊接，双面板2次回流完成焊接。一般认为，减少回流焊接的次数，可以减少焊点重熔次数，提高焊点可靠性。[2]同时，航天科工集团发布了《航天电子电气产品有铅、无铅混合再流焊技术要求》（Q/QJB235-2014），对航天产品的有无铅混合再流焊接做了规范，主要内容如下：
（1） 要求印制板玻璃化转变温度不小于170℃。焊盘镀层要求采用锡铅镀层或镍金镀层。公司选用的印制板材料和镀层能满足要求。
（2）要求选用的元器件应能够承受耐温度260℃、时间大于10s再流焊要求；元器件应具有良好的引线共面性，其平面偏差应小于0.1mm；元器件应具有良好的引线平行度，其歪斜度应小于0.08mm。这些要求在《电子元器件表面安装要求》（GJB 3243-1998）中已有要求，公司选用的元器件也能达到要求。
（3）锡膏推荐选择合金成分分别为Sn63/Pb37、Sn62/Pb36/Ag2的焊膏。公司选用的为Sn62/Pb36/Ag2，符合要求。
（4）双面板的表贴工艺流程规定如图2所示。
公司电路板的表贴工艺流程与标准工艺流程不一致，需要按标准进行优化。
（5）回流参数选择。有铅无铅混合焊接的峰值温度一般设置在210℃～245℃的范围，当印制板组件中只含纯锡无铅镀层类器件时，峰值温度一般控制在210℃～230℃；当印制板组件中含NiPdAu无铅镀层或纯Sn、NiPdAu无铅镀层同存时，峰值温度一般控制在220℃～235℃；当印制板组件中含无铅BGA类器件时，峰值温度一般控制在230℃～245℃。[1]有无铅混合焊接时参数选择依据如表1所示。公司电路板的回流参数需要进一步确认。
4 焊接参数的确定
为进一步提高印制电路板焊接的质量，贯彻新的标准，需对目前公司产品上印制电路板的焊接进行工艺优化：第一个是调整工艺流程，可以通过更改工艺文件和制作印刷焊膏的网板来实现；第二个是对回流焊接时焊接参数的选择进行确认。
测试实时温度曲线的方法为：选择已完成焊接的译码器电路板组件作为温度曲线测试板。在测试板上选择4个测试点，分别是：测试点1，BGA器件底部；测试点2，普通IC；测试点3，普通IC；测试点4，QFP器件。用高温胶带纸将热电偶的测试端固定在测试点上。将热电偶的另一端分别插上温度曲线测试仪的插座上，对热电偶编号，并在热电偶端头标记出所测温度的相应位置。启动温度曲线测试程序，打开温度曲线测试仪，将被测试板和温度曲线测试仪先后放置于回流焊机入口处的传送链条上。测试板和温度曲线测试仪从回流焊机出来后，将温度曲线测试仪与电脑相连接，读出温度曲线。温度曲线回流炉设置及测试结果分别如表2～表9所示。
从测试结果来看，1号点是温度最低点，2号点是温度最高点，各组都存在峰值±5℃范围内时间各测试点间差别较大的情况；根据实际情况来看，回流炉10个温区的长度相等，在传送链条速度一定时，经过各温区的时间也相等，由于每个温区只能设置一个温度，若要将该值调到标准规定范围内，则会造成回流时峰值温度过低或总的回流时间过短。
以上8组测试结果中，高于217℃时间和峰值温度两个主要参数都符合标准要求，160℃～183℃时间也都符合标准要求，差别主要是183℃以上时间，其中第1组参数是公司目前的工艺流程中电路板第1次回流焊接是采用的温度曲线。综合来看，第8组参数最符合保准要求。
5 结语
通过更改工艺文件，对印制电路板表面组装工艺流程进行调整，批产中采用第1组参数作为有无铅混合回流焊的温度曲线设置值来完成回流焊接，在保证无铅BGA焊接质量的前提下，最符合标准的要求和公司生产的实际，也能保证有无铅混合回流焊接的质量和可靠性。而新研制产品生产中，采用第8组参数作为有无铅混合回流焊的温度曲线设置值来完成回流焊接更能符合标准要求，也能通过实际的生产和试验考核来验证曲线设置的正确性。
参考文献：
[1]Q/QJB 235-2014航天电子电气产品有铅、无铅混合再流焊焊接技术要求.
[2]江平.无铅有铅混装焊接技术.电子工艺技术，2013（11）.