無(wú)鉛有鉛混裝焊接工藝方法略談

鄭漢偉

摘 要：電子技術(shù)的快速發(fā)展，使得無(wú)鉛器件開(kāi)始成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。而無(wú)鉛有鉛混裝也成為了各種工藝產(chǎn)品制作過(guò)程必須面臨的問(wèn)題。無(wú)鉛有鉛混裝涉及到的問(wèn)題又很多，既有兩者的兼容性問(wèn)題，也有高溫焊接等因素的影響。本文主要探討了無(wú)鉛有鉛混裝焊接工藝相關(guān)問(wèn)題，對(duì)其工藝進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：無(wú)鉛有鉛混裝；焊接；工藝

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，推動(dòng)了產(chǎn)品質(zhì)量的不斷改進(jìn)。無(wú)鉛電子器件的出現(xiàn)，促進(jìn)了現(xiàn)代電路和整機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展。在很多產(chǎn)品中，也出現(xiàn)了無(wú)鉛器件和有鉛器件共同存在的情況，這就對(duì)制作工藝有了更高的要求。一方面，在產(chǎn)品組裝過(guò)程中，就必須考慮無(wú)鉛有鉛的相容性問(wèn)題。另一方面，對(duì)于無(wú)鉛材料而言，其融化溫度很高，一般其熔點(diǎn)都要比有鉛材料高出30℃左右。因此，這也使得產(chǎn)品組裝過(guò)程中，必須采用更加準(zhǔn)確的焊機(jī)工藝，保證材料不被損壞且能完成組裝。

1 無(wú)鉛有鉛混裝焊機(jī)工藝概述

1.1 無(wú)鉛有鉛混裝焊機(jī)工藝簡(jiǎn)介

電子產(chǎn)品的無(wú)鉛化一直是業(yè)界和市場(chǎng)希望解決的重點(diǎn)問(wèn)題。早在本世紀(jì)初，一些無(wú)鉛化的消費(fèi)電子產(chǎn)品開(kāi)始出現(xiàn)在市場(chǎng)。但是，當(dāng)時(shí)很多電子組裝企業(yè)存在無(wú)鉛元器件不足的問(wèn)題，這樣，只能用有鉛元器件來(lái)代替部分無(wú)鉛元器件。這就是早期無(wú)鉛和有鉛混裝焊接的現(xiàn)象。

在電子產(chǎn)品領(lǐng)域，無(wú)鉛化代表其未來(lái)發(fā)展方向。但是，當(dāng)前市場(chǎng)，仍然很有多產(chǎn)品，包括軍用產(chǎn)品和通訊產(chǎn)品等，并沒(méi)有無(wú)鉛化的要求，它們主要還是使用有鉛元器件。這種情況下，這部分電子組裝企業(yè)也會(huì)采用無(wú)鉛元器件來(lái)代替有鉛元器件，這樣，也會(huì)存在有鉛和無(wú)鉛材料焊接的現(xiàn)象。目前，這種現(xiàn)象在軍用產(chǎn)品和航天產(chǎn)品等方面很普遍。這是因?yàn)椋鲇诳煽啃缘男枰@些產(chǎn)品大多仍只能采用有鉛材料。

所以，當(dāng)前無(wú)鉛有鉛混裝現(xiàn)象較為普遍，對(duì)于普通電子產(chǎn)品和軍用電子產(chǎn)品都必須面臨這樣的問(wèn)題，而分析無(wú)鉛有鉛混裝焊機(jī)工藝也就具有很重要的實(shí)際意義

1.2 無(wú)鉛有鉛混裝焊機(jī)工藝分類

無(wú)鉛有鉛混裝焊機(jī)工藝主要分為以下幾種：

一是在無(wú)鉛元器件端焊接有鉛焊料。現(xiàn)在，很多元器件都是屬于無(wú)鉛器件，制造商不提供有鉛元器件。而對(duì)于軍用產(chǎn)品或者航天產(chǎn)品，其必須保證產(chǎn)品的可靠性，因此，在某些部分只能采用有鉛器件，這就會(huì)要求在無(wú)鉛元器件端焊接有鉛焊料。

二是有鉛元器件端焊接無(wú)鉛焊料。這種情況主要出現(xiàn)在國(guó)內(nèi)組裝企業(yè)。我國(guó)當(dāng)前制造工業(yè)水平還不是很高，很多電子元器件都是依賴進(jìn)口。因此，這些企業(yè)的無(wú)鉛元器件的貨源不是很足，只能部分采用無(wú)鉛元器件。這就要求將無(wú)鉛器件焊接到有鉛元器件上。

2 無(wú)鉛有鉛混裝焊接工藝分析

影響無(wú)鉛有鉛混裝焊接工藝的因素有很多，除了無(wú)鉛和有鉛材料的相容性問(wèn)題，也要考慮到材料溫度等方面的問(wèn)題。

2.1 高溫的影響

焊接工藝往往需要采用很高的溫度，這就對(duì)材料或者元器件本身產(chǎn)生不利的影響。對(duì)于無(wú)鉛材料而言，其融化溫度很高，因此，在焊接時(shí)，也就必須采用更高的峰值溫度。而在無(wú)鉛有鉛混裝焊接中，有鉛材料的熔點(diǎn)要比無(wú)鉛材料低30℃左右。一旦采用更高的峰值溫度，就會(huì)導(dǎo)致因?yàn)闇囟冗^(guò)高而引發(fā)的各種問(wèn)題。所以，無(wú)鉛有鉛混裝焊接工藝必須高溫問(wèn)題。高溫的不利影響必須采取一定的措施加以解決。高溫很容易導(dǎo)致元器件出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，降低那些濕度敏感元器件的可靠性。同時(shí)，高溫也可能會(huì)使得一些器件因?yàn)槭軣嶙冃危M(jìn)而出現(xiàn)金屬化孔鍍層斷裂的情況，導(dǎo)致其失效，不能發(fā)揮作用。

2.2 相容性的影響

無(wú)鉛材料和有鉛材料的相容性是兩者混裝需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。對(duì)于集成電路焊接而言，其焊球可以分為兩種，即傳統(tǒng)的Sn/Pb焊球和SnAgCu（SAC）無(wú)鉛焊球。此外，焊膏又有Sn/Pb焊膏和SAC焊膏兩種。因此，焊球與焊膏的組合共有四種，分別是Sn/Pb焊球和Sn/Pb焊膏，Sn/Pb焊球和SAC焊膏，SAC焊球和Sn/Pb焊膏，SAC焊球和SAC焊膏。根據(jù)以往學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，Sn/Pb焊球和Sn/Pb焊膏的組合，以及SAC焊球和SAC焊膏的組合，焊接后的焊接點(diǎn)質(zhì)量都較好，而另外兩種組合焊接后的焊接點(diǎn)質(zhì)量較差。

而造成這種不同質(zhì)量的主要原因就是相容性的問(wèn)題。以SAC焊球和Sn/Pb焊膏為例，其焊接工藝的相容性問(wèn)題，有鉛焊料需要焊接溫度在205℃～225℃之間，而此時(shí)，SAC焊球并不能完全融化。這種后果是很嚴(yán)重的，有焊球并沒(méi)有完全熔融，就使得無(wú)鉛和有鉛在混裝時(shí)，不能完全融合，進(jìn)而導(dǎo)致焊接點(diǎn)的結(jié)構(gòu)不均勻。這樣，焊接點(diǎn)會(huì)在溫度沖擊或者長(zhǎng)時(shí)間使用的情況下發(fā)生失效，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有著致命性的影響。此外，Sn/Pb焊球和SAC焊膏的組合，在實(shí)際過(guò)程中，有鉛焊球?qū)?huì)先熔化，進(jìn)而其可以腐敗在元器件焊端上面，組織了助焊劑的揮發(fā)。這就會(huì)使得焊點(diǎn)出現(xiàn)很多空洞，導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量不佳。根據(jù)研究表明，只有焊球的熔點(diǎn)高于或等于焊膏的情況下，這種組合在應(yīng)用中，才能有價(jià)值。否則，焊球先熔化，很容易引起空洞問(wèn)題，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有著嚴(yán)重影響。

2.3 溫度曲線的控制問(wèn)題

溫度曲線控制同樣會(huì)對(duì)無(wú)鉛有鉛混裝焊接效果產(chǎn)生一定的影響。對(duì)于純有鉛或者無(wú)鉛的焊接，不存在焊端鍍層材料的影響，也不存在焊球與焊膏之間相容性的影響。因此，這類焊接的溫度曲線控制較為簡(jiǎn)單，并且已經(jīng)有了很成熟的經(jīng)驗(yàn)。而對(duì)于無(wú)鉛有鉛混裝焊接，其情況就變得復(fù)雜。一方面，無(wú)鉛材料和有鉛材料的熔點(diǎn)不一致，因此，溫度控制時(shí)，一定要注意其最高耐熱溫度不能超過(guò)240℃，這就要求焊接時(shí)，其最高的焊接溫度也不能超過(guò)240℃。另一方面，對(duì)于無(wú)鉛焊球而言，其液相線溫度一般在210℃左右，這樣，如果仍然使用傳統(tǒng)的有鉛焊機(jī)溫度控制曲線設(shè)置，勢(shì)必會(huì)使得無(wú)鉛焊球無(wú)法完全融化，這也會(huì)很容易導(dǎo)致焊接質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題。而一味提高溫度，也會(huì)使得工藝窗口急劇縮小。所以，研究有效的溫度控制曲線，對(duì)保證無(wú)鉛有鉛混裝焊接質(zhì)量有著重要的作用。

3 結(jié)論

無(wú)鉛有鉛混裝焊接工藝在電子元器件和產(chǎn)品制作中有著重要的作用，在很多電子器件生產(chǎn)中普遍存在。而無(wú)鉛有鉛混裝焊接與純的有鉛或者無(wú)鉛焊接不同，其必須考慮到有鉛材料和無(wú)鉛材料的相容性問(wèn)題，也要考慮到高溫及溫度控制等方面的問(wèn)題。未來(lái)，隨著無(wú)鉛有鉛混裝焊接工藝條件的不斷改善，經(jīng)驗(yàn)不斷的豐富，其在電子產(chǎn)品生產(chǎn)方面將有著很廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣慶磊，張瑋，劉剛，等.有鉛焊料與無(wú)鉛BGA混合焊點(diǎn)顯微組織性能研究[J].電子工藝技術(shù)，2013，34（2）：79.

[2]江平.無(wú)鉛有鉛混裝焊接技術(shù)[J].電子工藝技術(shù)，2013，34（6）：356.