Fuerzas de empuje y tracción durante la soldadura con y sin plomo
Sin embargo, el plomo contamina el medio ambiente humano. Según las estadísticas, el contenido de plomo en las aguas subterráneas de algunas zonas ha superado el estándar 30 veces (estándar permitido)
1. Estado actual de la tecnología de soldadura sin plomo
Actualmente existe. No hay una estandarización clara de la composición de la aleación de soldadura sin plomo. Opiniones de la mayoría de las asociaciones empresariales como IPC: Contenido de plomo
1, Aleaciones de soldadura sin plomo
El núcleo y la prioridad del plomo. Soldaduras sin plomo es que, según las estadísticas, se han desarrollado más de 100 soldaduras sin plomo en el mundo, como pasta de soldadura, alambre de soldadura, varilla de soldadura por ola, etc., pero solo unas pocas se reconocen realmente como disponibles. /p>
(1) Actualmente son los materiales de aleación con más probabilidades de reemplazar las soldaduras de Sn/Pb.
Las aleaciones no tóxicas con más probabilidades de reemplazar las soldaduras de Sn/Pb son las aleaciones a base de estaño. formado mediante la adición de elementos metálicos como estaño, plata, cobre, zinc, bismuto, indio y aleaciones ternarias o multielementos. Al agregar elementos metálicos se mejoran las propiedades de la aleación, siendo principalmente la soldabilidad y confiabilidad: Sn. -Aleación de soldadura Bi, aleación de cristal Sn-Ag * * *, aleación ternaria de Sn-Ag-Cu, aleación de soldadura Sn-Cu, aleación de soldadura Sn-Zn (sólo desarrollada y aplicada en Japón), aleación de soldadura Sn-Bi, Sn. -In y aleación Sn-Pb
(2) Actualmente las aleaciones para soldadura sin plomo más utilizadas son Sn95.8\Ag3.5\Cu0.7 (USA) y Sn96.5\Ag3.0. \Cu0.5 (Japón) son las soldaduras sin plomo más utilizadas para soldadura por reflujo y sus puntos de fusión son aproximadamente 216. -220 ℃
Desde Sn95.8\Ag3.5\Cu0. 7 ha sido patentada en los Estados Unidos, y la soldadura con 3,0% en peso de contenido de Ag no está patentada, el precio es más económico y las uniones de soldadura Para una mejor calidad, IPC recomienda usar soldadura Sn-Ag-Cu con 3,0 % en peso de contenido de Ag.
La aleación de soldadura Sn-0.7 Cu-Ni tiene un punto de fusión de 227 °C. p>
Aunque se han utilizado ampliamente aleaciones sin plomo a base de estaño, en comparación con el Sn63. \Pb37*** Las soldaduras de cristal y las soldaduras de aleaciones sin plomo todavía tienen los siguientes problemas:
(a) Punto de fusión alto, aproximadamente 34 ℃.
(b) Superficie alta. tensión y poca humectabilidad.
2. Recubrimiento de la superficie de la almohadilla de PCB
La soldadura sin plomo requiere que el material de recubrimiento en la superficie de la almohadilla de PCB también esté libre de plomo. Es más fácil aplicar un recubrimiento sin plomo en la superficie de la placa de PCB que en la superficie de los terminales de soldadura de los componentes. Actualmente, se requiere aire acondicionado caliente con plomo y estaño (HASL), níquel no electrolítico y oro de inmersión (ENIC). , el revestimiento de superficie de cobre OSP, la plata de inmersión (I-Ag) y el estaño de inmersión (I-Sn) se reemplazan principalmente por metales sin plomo o aleaciones de soldadura sin plomo.
Actualmente, los estándares sin plomo son. Aún no está completo, por lo que existen muchos tipos de recubrimientos en la superficie de los componentes sin plomo. Hay muchos recubrimientos puros de Sn y Sn/Ag/Cu en los Estados Unidos y la provincia de Taiwán, mientras que Japón tiene varios tipos de recubrimientos de terminales de soldadura. Hay muchos, cada empresa es diferente Además de Sn puro y /Sn/Ag/Cu, también existen revestimientos de Sn/Cu, Sn/Bi y otras aleaciones. Debido a que el costo del estañado es relativamente bajo, existen muchos procesos de estañado. Sin embargo, dado que la superficie del Sn se oxida fácilmente para formar una fina capa de óxido, la presión generada después de aplicar la electricidad, así como las irregularidades, empujarán al Sn hacia afuera y formarán bigotes de Sn. Sn provocará fácilmente cortocircuitos en QFP y otros componentes con espacios estrechos, lo que afectará la confiabilidad. Para productos y componentes de gama baja con una vida útil de menos de 5 años, se puede revestir Sn puro. Para productos y componentes de alta confiabilidad con una vida útil de más de 5 años, primero se puede revestir una capa de espesor de aproximadamente 1. m por encima del níquel, luego galvanoplastia 2-3? m de estaño de espesor
Actualmente, la tecnología de soldadura sin plomo se encuentra en etapas iniciales y de transición.
Aunque la tecnología sin plomo se ha aplicado en diversos grados en el país y en el extranjero, todavía se encuentra en las etapas iniciales y de transición, y no está madura desde la teoría hasta la aplicación. No existe un estándar unificado ni una comprensión unificada de la confiabilidad de las uniones soldadas de la soldadura sin plomo. Por lo tanto, no importa cuán confusa sea la tecnología de aplicación sin plomo en el país y en el extranjero, la mayoría de las empresas todavía usan plomo en los extremos de soldadura de los componentes, aunque los materiales de soldadura no contienen plomo. ¿Qué soldadura sin plomo es mejor? ¿Qué recubrimiento de almohadilla de PCB es más beneficioso para la soldadura sin plomo? ¿Qué material de unión de soldadura de componente es más propicio para la confiabilidad de las uniones de soldadura sin plomo? ¿Cuál es la curva de temperatura más razonable? ¿Cuáles son los requisitos para la soldadura sin plomo en equipos de impresión, soldadura, pruebas y otros? . . . No hay una declaración clara. En resumen, existen diferentes opiniones sobre la tecnología de soldadura sin plomo, cada una con sus propios puntos de vista y prácticas. Este estado es muy perjudicial para la fiabilidad de los productos de soldadura sin plomo. Por lo tanto, es urgente acelerar la investigación sobre la tecnología de soldadura sin plomo desde la teoría hasta la aplicación.
2. Características y contramedidas de la soldadura sin plomo
1. Principales características de la soldadura y uniones de soldadura sin plomo
(1) Principales características del plomo soldadura libre
(a) La alta temperatura y el punto de fusión son aproximadamente 34 ℃ más altos que los de la soldadura tradicional de cristal de plomo.
(b) Elevada tensión superficial y escasa humectabilidad.
(c) La ventana del proceso es pequeña y el control de calidad es difícil.
(2) Características de las uniones de soldadura sin plomo
(a) Poca humectabilidad y expansión.
(b) La apariencia de las uniones de soldadura sin plomo es rugosa. Es necesario actualizar los estándares de prueba tradicionales y el AOI.
(c) Las uniones de soldadura sin plomo tienen muchos poros, especialmente cuando el terminal de soldadura de plomo se mezcla con soldadura sin plomo, la soldadura de plomo en el terminal de soldadura (bola) se derrite primero y cubre la almohadilla. y el fundente no puede descargarse, creando poros. Sin embargo, los poros no afectan la resistencia mecánica.
(d) Muchos defectos: debido a la escasa humectabilidad, el efecto de autoposicionamiento se debilita.
Las uniones de soldadura sin plomo tienen una apariencia rugosa, muchos poros, grandes ángulos de humectación y no tienen forma de media luna. Dado que la apariencia de las uniones de soldadura sin plomo es obviamente diferente de la de las uniones de soldadura que contienen plomo, si se mide de acuerdo con los estándares de inspección originales del plomo, puede incluso considerarse no calificado, pero estos no afectan la calidad del uso general. Productos electrónicos civiles. Por lo tanto, los clientes deben estar convencidos de que esto se debe a una mala humectabilidad de la soldadura sin plomo. Con la profundización y el desarrollo de la tecnología sin plomo, debido a la mejora del flujo y el avance de la tecnología, se ha mejorado el fenómeno de la apariencia rugosa de las uniones de soldadura sin plomo. Creo que habrá mejores avances en el futuro.
2. Características y contramedidas de la soldadura por ola sin plomo
La soldadura por ola sin plomo también tiene las características de alta temperatura, poca humectabilidad y pequeña ventana de proceso. El control de calidad es más difícil que la soldadura por reflujo.
Para la soldadura por ola (1), la soldadura suele ser Sn-0,7cu o Sn-0,7cu-0,05ni, con un punto de fusión de 227°C y una temperatura de soldadura de 250-260°C. Agregar una pequeña cantidad de níquel a la soldadura de estaño y cobre puede aumentar la fluidez y el alargamiento. La soldadura por ola también puede usar soldadura de Sn/Ag/Cu, pero generalmente no se recomienda usar soldadura de Sn/Ag/Cu. Además del mayor costo de la soldadura de Sn/Ag/Cu, Ag también corroerá el recipiente de Sn y. el efecto de corrosión es más grave que el del Sn.
(2) La temperatura de soldadura del recipiente de estaño para soldadura por ola sin plomo es tan alta como 250-260 ℃, y el estaño corroerá el recipiente de estaño a altas temperaturas. Cuanto mayor es la temperatura, más grave es la corrosión. Además, el componente Sn en la soldadura sin plomo representa el 99%, un 40% más que la soldadura sin plomo. Si utiliza un revestimiento de olla de acero inoxidable tradicional para soldar sin plomo, se producirán fugas en la olla en aproximadamente tres meses. Por lo tanto, se requiere que el recipiente y la boquilla de estaño del equipo de soldadura por ola sean resistentes a las altas temperaturas y a la corrosión. Actualmente se utiliza comúnmente el revestimiento de ollas de acero de aleación de titanio.
Debido a la escasa humectabilidad de la soldadura sin plomo y la pequeña ventana del proceso, para reducir la diferencia de temperatura en la superficie de la PCB durante la soldadura, se requiere que la temperatura del recipiente de estaño sea uniforme.
(3) Debido al alto punto de fusión, la temperatura de precalentamiento de la PCB también debe aumentarse en consecuencia, generalmente entre 100 y 130 ℃. Para que la temperatura dentro y fuera de la PCB sea uniforme, se debe alargar la zona de precalentamiento. Sube la temperatura lentamente. El tiempo de soldadura es de 3-4 segundos. La distancia entre las dos ondas es más corta.
(4) Para placas PCB de gran tamaño, para evitar que la placa PCB se deforme, el riel guía de transmisión está equipado con un soporte intermedio.
(5) Debido a la alta temperatura, para evitar que los granos de las juntas de soldadura crezcan debido a un tiempo de enfriamiento demasiado prolongado, el equipo de soldadura por ola debe agregar un dispositivo de enfriamiento para enfriar las juntas de soldadura rápidamente. Sin embargo, si la velocidad de enfriamiento es demasiado rápida, puede dañar los componentes del chip de la estructura cerámica y provocar grietas en los componentes, por lo que es necesario controlar que no se enfríe demasiado rápido. Además, soplar la olla de hojalata afectará la temperatura de soldadura, por lo que se deben considerar medidas de enfriamiento adecuadas.
(6) Debido a la alta temperatura y la escasa humectabilidad, para aumentar la temperatura de activación y la actividad del fundente, se pueden agregar algunos aditivos durante el proceso de recubrimiento.
(7) Preste mucha atención a la proporción de Cu en la soldadura de Sn-Cu. La composición de Cu alcanza el 0,2% y la temperatura del líquido cambia hasta 6°C. Este cambio puede provocar cambios en la dinámica y la calidad de la soldadura. Cuando la proporción de Cu supera el 1%, se debe utilizar soldadura nueva. Debido a que el cobre aumenta con el tiempo de trabajo, generalmente se eligen aleaciones bajas en cobre.
(8) Durante la soldadura por ola, la altura de estañado del orificio de inserción del componente pasante puede no alcanzar el 75 % (75 % del requisito tradicional de Sn\Pb), por lo que es necesario considerar la Relación de apertura y flujo de PCB Diseño de actividad y volumen de recubrimiento, temperatura máxima, altura máxima e inclinación del riel.
(9) Dado que las altas temperaturas acelerarán la oxidación del Sn, otra gran desventaja del proceso de soldadura por ola sin plomo es que producirá una gran cantidad de residuos, y el nitrógeno (N2) puede reducir la formación de escoria de Sn. Por supuesto, tampoco se puede rellenar con N2, ni añadir polvo reductor de escoria de estaño sin plomo, lo que reducirá una gran cantidad de residuos y reutilizarlos, pero hay que prestar más atención a la limpieza y el mantenimiento diarios que a la soldadura con plomo.
(10) El fenómeno de delaminación y descamación después de la soldadura por ola es grave.
En tercer lugar, los problemas existentes en la etapa especial de transición de la soldadura con plomo a la soldadura sin plomo
1. Desafíos de la tecnología sin plomo para los componentes
( 1 )Resistencia a altas temperaturas
Se debe considerar el impacto de las altas temperaturas en el embalaje de los componentes. Debido a que los materiales de embalaje de los componentes tradicionales de montaje en superficie pueden cumplir con la temperatura de soldadura de la soldadura de plomo siempre que puedan soportar una temperatura alta de 240 ° C, y la temperatura de soldadura de la soldadura sin plomo de productos complejos es de hasta 260 ° C, es necesario considerar si el embalaje del componente puede soportar altas temperaturas.
Además, también hay que tener en cuenta el impacto de la alta temperatura en las conexiones internas del dispositivo. Los métodos de conexión interna de IC incluyen soldadura de bolas de alambre de oro, soldadura por presión ultrasónica, soldadura de chip invertido, etc., especialmente componentes nuevos como BGA, CSP, componentes compuestos combinados y módulos. El material utilizado para sus conexiones internas es también la misma soldadura utilizada para el ensamblaje de superficies y los procesos de soldadura por reflujo. Por lo tanto, los materiales de conexión interna de los componentes sin plomo también deben cumplir los requisitos para la soldadura sin plomo.
(2) Terminales de soldadura sin plomo
Los terminales de soldadura de los componentes que contienen plomo están en su mayoría chapados en Sn/Pb, mientras que los terminales de soldadura de los componentes sin plomo tienen una variedad de revestimientos. Aún no se ha decidido cuál es el mejor recubrimiento, por lo que es necesario mejorar los estándares para los componentes sin plomo.
2. Desafíos de la tecnología sin plomo para los PCB
La tecnología sin plomo requiere que los PCB tengan buena resistencia al calor, alta temperatura de transición vítrea Tg, bajo coeficiente de expansión térmica y bajo costo.
(1) El proceso sin plomo requiere una temperatura de transición vítrea más alta, Tg.
La Tg es una propiedad única de los polímeros y es la temperatura crítica que determina las propiedades del material. Durante el proceso de soldadura SMT, la temperatura de soldadura es mucho más alta que la Tg del sustrato de PCB. La temperatura de soldadura sin plomo es 34 °C más alta que la temperatura de soldadura con plomo, lo que es más probable que cause deformación térmica de la PCB. y dañar los componentes durante el enfriamiento. El material de PCB base con alta Tg debe seleccionarse adecuadamente.
(2) Se requiere un bajo coeficiente de expansión térmica (CTE)
Cuando aumenta la temperatura de soldadura, la brecha entre los laminados del eje Z y la dirección XY, la fibra de vidrio y el Cu La falta de coincidencia del CTE de PCB multicapa causará una gran tensión en el Cu y, en casos severos, el recubrimiento del orificio metalizado se romperá y fallará. Este es un problema bastante complejo ya que depende de muchas variables, como el número de capas de PCB, el espesor, el material laminado, el perfil de soldadura, la distribución de Cu, la geometría (por ejemplo, la relación de aspecto), etc.
Medidas para superar la fractura de agujeros metalizados en tableros multicapa:
Proceso de grabado 1-Retirar la resina/fibra de vidrio de los agujeros antes de galvanizar.
Para potenciar la fuerza de unión entre la pared del agujero metalizado y el tablero multicapa.
¿La profundidad del grabado es 13-20? m.
(3) Alta resistencia al calor
La temperatura límite de la PCB FR-4 es 240 ℃. Para productos simples, una temperatura máxima de 235-240 ℃ puede cumplir con los requisitos, pero para productos complejos, es posible que se necesiten 260 ℃ para soldar bien. Por lo tanto, las placas gruesas y los productos complejos requieren FR-5 resistente a altas temperaturas.
(4) Bajo costo
Dado que el costo del FR-5 es relativamente alto, para productos de consumo general, se puede usar CEMn compuesto en lugar del sustrato FR-4. CEMn es un laminado compuesto rígido revestido de cobre con diferentes materiales de superficie y núcleo, denominados diferentes modelos.
En cuarto lugar, los desafíos del proceso sin plomo para fundir
(1) Los requisitos del proceso sin plomo para fundente
(a) Debido a las diferencias entre fundente y aleación Existe una reacción química entre superficies, por lo que se deben seleccionar diferentes fundentes para diferentes composiciones de aleaciones.
(b) Debido a la escasa humectabilidad de las aleaciones sin plomo, se requiere una alta actividad de fundente.
(c) Aumente la temperatura de activación del fundente para adaptarse a temperaturas de soldadura de alta temperatura sin plomo.
(d) Hay menos residuos después de la soldadura, no es corrosivo y cumple con los requisitos de capacidad de sonda ICT y electromigración.
(2) El fundente es la clave para la imprimibilidad y soldabilidad de la soldadura en pasta.
Tras determinar la aleación sin plomo, la clave está en el fundente. Por ejemplo, ocho empresas de soldadura en pasta proporcionaron soldadura en pasta sin plomo con la misma composición de aleación a una empresa para realizar pruebas, y los resultados de las pruebas variaron mucho. No habrá placa después de soldar en pasta con buena humectabilidad. Habrá más resistencia y desviación de capacitancia después de soldar con pasta húmeda con poca humectabilidad. Por lo tanto, se debe probar la selección de soldadura en pasta para ver si la imprimibilidad puede cumplir con los requisitos y la calidad después de la soldadura. Por ejemplo, si la pasta de soldadura se lamina, se llena y se desmolda bien durante la impresión, si la calidad de la impresión cambia a intervalos de 1 hora y la viscosidad cambia a intervalos de 1 a 8 horas, etc. En resumen, elija la soldadura en pasta que se adapte a sus productos y procesos.
(3) El fundente sin plomo debe prepararse especialmente. El fundente en soldadura en pasta es un material clave para purificar la superficie de soldadura, mejorar la humectabilidad, prevenir la oxidación de la soldadura y garantizar la calidad de la soldadura en pasta y una excelente procesabilidad. A altas temperaturas, el fundente puede limpiar la capa de óxido en la superficie de las almohadillas, terminales de componentes y clavijas de la PCB, al tiempo que activa la superficie metálica.
La soldadura en pasta de estaño y plomo sin necesidad de limpieza se ha utilizado durante muchos años y es una tecnología madura. Las primeras soldaduras en pasta sin plomo simplemente mezclaban soldadura de Sn-Pb, fundente sin limpieza y aleaciones sin plomo, y los resultados eran muy malos. La reacción química entre el fundente y la aleación de soldadura en la pasta de soldadura afecta las propiedades reológicas de la pasta de soldadura, lo cual es fundamental para el rendimiento de la impresión.
Debido a la escasa humectabilidad de las aleaciones sin plomo, es necesario utilizar soldadura para aumentar la actividad y la temperatura de activación. Análisis más detallado a continuación: Ya sea que haya soldadura con plomo o soldadura sin plomo, el área de humectación del fundente es el área clave para controlar la soldadura. El ácido del fundente no puede reaccionar con el Cu20 a temperatura ambiente, es decir, se descompone, libera calor y libera energía de activación. . Al soldar con plomo, la reacción activa del fundente limpia la superficie del metal justo antes del punto de fusión de la soldadura de 183°C. Cuando la soldadura se funde, la superficie del metal obtiene energía de activación, lo que puede reducir la viscosidad y la tensión superficial de la soldadura fundida. , mejora la humectabilidad y es beneficioso para la difusión y disolución de una capa de aleación intermetálica. Pero en la soldadura sin plomo, el punto de fusión es 217°C, que es 34°C más alto que el del plomo. El componente principal del fundente sin plomo es el éster de colofonia. Si se utiliza un fundente tradicional, el fundente en la soldadura en pasta ha completado la reacción antes de que la soldadura se derrita a 183°C y luego aumenta de 183°C a 217°C porque el fundente está a alta temperatura durante mucho tiempo.
Por lo tanto, se debe preparar especialmente un fundente sin plomo. Con la profundización del proceso sin plomo, gracias a los esfuerzos de los fabricantes de soldadura, han tomado medidas para aumentar la actividad y la temperatura de activación del fundente y mejorar la calidad de la soldadura en pasta sin plomo. La apariencia actual de las uniones soldadas sin plomo ha mejorado en comparación con años anteriores.
(4) El fundente libre de VOC en soldadura por ola también requiere una preparación especial. Algunos productos también requieren soldadura en pasta sin plomo y fundente soluble en agua para soldadura por ola.
4. Discusión sobre la confiabilidad de la soldadura sin plomo durante el período de transición.
La fiabilidad de la soldadura sin plomo es un motivo de gran preocupación tanto para los fabricantes como para los usuarios. Especialmente en la etapa especial de transición de la soldadura con plomo a la soldadura sin plomo, no existen estándares para materiales, placas impresas, componentes, pruebas, etc., sin plomo, e incluso no existen estándares para los métodos de prueba de confiabilidad, lo que hace que la confiabilidad sea muy preocupante. . El actual proceso sin plomo, especialmente en China, se encuentra en una etapa caótica. Debido a la mezcla de plomo y plomo, pueden ocurrir serios problemas de confiabilidad, especialmente cuando los componentes con terminales de soldadura sin plomo utilizan soldadura con plomo y procesos sin plomo. Estos problemas no son solo los problemas a los que se debe prestar atención en la soldadura sin plomo en la etapa de transición actual, sino también los problemas a los que se debe prestar atención en la soldadura sin plomo en la etapa de transición.
(1) Las uniones de soldadura son relativamente blandas y fáciles de deformar, por lo que la dureza de las uniones de soldadura sin plomo es mayor que la del Sn-Pb, la resistencia de las uniones de soldadura sin plomo es mayor que la del Sn-Pb. la del Sn-Pb, y la relación de deformación de las uniones de soldadura sin plomo es mayor que la del Sn-Pb es pequeña, pero esto no significa que la confiabilidad sin plomo sea buena. Debido a la mala humectación de la soldadura sin plomo, se producen muchos defectos de soldadura, como huecos, desplazamientos y monumentos. Además, debido al alto punto de fusión, si la temperatura de activación del fundente no puede igualar el alto punto de fusión, como se analizó anteriormente, debido a la mayor temperatura y tiempo en la zona de humectación del fundente, la superficie de soldadura se volverá a oxidar a Las altas temperaturas y la penetración no pueden ocurrir. La difusión impide la formación de una buena capa de aleación de interfaz, lo que resulta en una mala resistencia de unión (resistencia a la tracción) de la superficie de soldadura y una confiabilidad reducida.
Basado en los resultados de las pruebas de confiabilidad de Agilent y otras empresas, como prueba de empuje, prueba de flexión, prueba de vibración, prueba de caída, sofoco, ciclo de temperatura alta y baja, etc. , hay una conclusión relativamente similar: en la mayoría de los campos civiles y de comunicaciones, debido a que no hay mucha tensión en el entorno de uso, la resistencia mecánica de las uniones de soldadura sin plomo es incluso mayor que la de las uniones de soldadura sin plomo, incluso en algunos lugares; con alta tensión, como militar. En entornos hostiles como temperaturas altas y bajas y baja presión, sin plomo también es mucho menos confiable que sin plomo debido a la gran fluencia.
La confiabilidad de las uniones de soldadura sin plomo (incluidos los métodos de prueba) aún se encuentra en la etapa de investigación preliminar.
(2) Problema con los bigotes de estaño
Al SN le crecerán bigotes bajo compresión, lo que puede causar un cortocircuito en casos severos, por lo que se debe prestar especial atención a los componentes del empaque QFP de paso estrecho. ¿El diámetro del bigote es de 1 a 10? m, cual es el largo? número m +? Los monocristales de m en forma de aguja tienden a aparecer en las superficies de metales de bajo punto de fusión como Sn, Zn, Cd y Qg.
La razón fundamental del crecimiento de los bigotes de Sn es la tensión sobre el recubrimiento de Sn. La longitud de los bigotes alcanza 65438 ± 0,5 meses a temperatura ambiente. m.
Agregar algunas impurezas al Sn puede evitar el crecimiento de bigotes de Sn.
(3) El fenómeno de la delaminación.
Cuando se mezclan plomo y sin plomo, si el plomo mezclado en la soldadura excede el estándar>:5%, después de la soldadura, el desprendimiento de la capa común se agravará en la unión de la soldadura. trabajo y el final de la soldadura. Durante el proceso de soldadura por ola sin plomo de componentes que contienen plomo, el pelado es común y, en casos graves, incluso puede hacer que las almohadillas de PCB se despeguen juntas. Por lo tanto, el diseño de la almohadilla de soldadura por ola en la etapa de transición puede utilizar SMD (almohadilla definida por máscara de soldadura). La película resistente a la soldadura se presiona alrededor de la almohadilla, lo que puede reducir o evitar el fenómeno de desprendimiento de la almohadilla de PCB.
El mecanismo de los fenómenos de descamación (descamación, agrietamiento) debería estudiarse más a fondo. Queda por estudiar si la soldadura, los componentes y la PCB no se desprenderán una vez que estén libres de plomo.
Desprendimiento del revestimiento de estaño y plomo de los componentes
(4) Discusión sobre la confiabilidad cuando el plomo se mezcla con plomo.
①El impacto del plomo en la soldadura sin plomo en la confiabilidad a largo plazo es un tema que requiere más investigación. La investigación preliminar muestra que diferentes contenidos de plomo en las uniones soldadas tienen diferentes efectos sobre la confiabilidad. Los efectos son mayores cuando los niveles de plomo se encuentran en un cierto rango intermedio. Esto se debe a que durante la solidificación y cristalización finales, se forman fases metálicas segregadas en la interfaz de peso Sn, y estas fases metálicas segregadas comienzan a formar grietas y continúan expandiéndose bajo carga cíclica. Por ejemplo, un 2%-5% de plomo puede determinar la vida útil de la soldadura sin plomo, pero en comparación con la soldadura Sn-Pb, la confiabilidad es aproximadamente la misma. Cuando se mezcla soldadura sin plomo con soldadura de plomo, a veces es necesario controlar el contenido de plomo en la unión soldada.
Actualmente estamos en un período de transición entre soldadura sin plomo y soldadura sin plomo. La mayoría de los procesos sin plomo son una mezcla de soldadura sin plomo y componentes con plomo. En las uniones de soldadura "sin plomo", el contenido de plomo puede provenir de los terminales, pines o bolas de soldadura del BGA.
Cuando se mezcla soldadura sin plomo con soldadura sin plomo, aparecerán muchos poros. Esto se debe a que cuando se mezcla soldadura sin plomo con soldadura sin plomo, la soldadura de plomo en el extremo de soldadura (bola) se derrite primero, cubriendo la almohadilla. Cuando la aleación de soldadura sin plomo se funde, el fundente de la pasta de soldadura no puede drenar, lo que provoca porosidad. Para la soldadura por ola, dado que la capa de revestimiento de Sn-Pb en el cuello del cable del componente continúa derritiéndose, es necesario controlar el contenido de plomo de la unión de soldadura.
②La calidad mixta de los terminales de soldadura con plomo y soldadura sin plomo es la peor.
Cuando la soldadura de plomo se mezcla con terminales de soldadura sin plomo, si se utiliza la curva de temperatura de la soldadura de plomo, la soldadura de plomo se derrite primero y el terminal de soldadura sin plomo (bola) no se puede derretir por completo. provocando que la interfaz en un lado del componente no se pueda formar la capa de aleación intermetálica, destruyendo la estructura original en los lados BGA y CSP, lo que resulta en fallas. Por lo tanto, los terminales de soldadura de plomo y de soldadura sin plomo se mezclan y la calidad es la peor. Las bolas de soldadura sin plomo BGA y CSP no se pueden utilizar en procesos que contengan plomo.
(5) Efectos adversos de la alta temperatura en los componentes
Las resistencias cerámicas y los condensadores especiales son muy sensibles a la pendiente de la curva de temperatura (tasa de cambio de temperatura). Dado que el coeficiente de expansión térmica CTE del cuerpo cerámico y la PCB (cerámica: 3-5, PCB: aproximadamente 17) es bastante diferente, es fácil provocar grietas en el cuerpo del componente y en las uniones de soldadura cuando se enfrían las uniones de soldadura. El fenómeno de agrietamiento de los componentes es causado por las diferencias en CTE, temperatura y tamaño proporcional. Los componentes pequeños de 0201, 0402 y 0603 rara vez se agrietan, mientras que los componentes grandes anteriores tienen más probabilidades de agrietarse y fallar.
Los condensadores electrolíticos de aluminio son extremadamente sensibles a la transparencia.
El fallo de conectores y otros componentes de envases de plástico (como QFP y PBGA) aumenta significativamente a altas temperaturas. Principalmente sobre capas, palomitas de maíz, deformación, etc. Según estadísticas aproximadas, por cada aumento de 10°C en la temperatura, la confiabilidad del elemento sensor de humedad (MSL) disminuye en un nivel. La solución es reducir la temperatura máxima tanto como sea posible; los componentes sensibles a la humedad se deshumidifican y hornean.
(6) Efectos adversos de las altas temperaturas en los PCB
La tercera parte analiza los efectos adversos de las altas temperaturas en los PCB, como la deformación térmica de los PCB a altas temperaturas y la resistencia causado por el envejecimiento y deterioro de la resina y la resistencia del aislamiento disminuye, la falla del recubrimiento del orificio metalizado causada por la falta de coincidencia del CTE en las direcciones del eje Z y XY de la PCB, etc.
La solución es reducir al máximo la temperatura máxima. Generalmente, los productos de consumo simples pueden usar sustratos FR-4. Las placas gruesas y los productos complejos deben usar FR-5 o CEMn resistentes a altas temperaturas en lugar de sustratos FR-4.
(7) Fiabilidad eléctrica
El residuo de fundente formado por soldadura por reflujo, soldadura por ola y retrabajo puede causar problemas eléctricos entre conductores en un ambiente húmedo y a un cierto voltaje. causando que la resistencia de aislamiento de la superficie (SIR) disminuya. Si hay electromigración y crecimiento de dendritas (bigotes de estaño), se producirán cortocircuitos entre los cables, lo que provocará el riesgo de electromigración (comúnmente conocida como "fuga"). Para garantizar la confiabilidad eléctrica, es necesario evaluar el desempeño de diferentes fundentes sin limpieza.
(8) Acerca de la reparación sin plomo
(1) La reparación de soldadura sin plomo es bastante difícil, principalmente debido a:
(a) Aleación de soldadura sin plomo con poca humectabilidad.
(b) Alta temperatura (235 ℃ para placas de circuito impreso simples y 260 ℃ para placas de circuito impreso complejas).
(c) La ventana del proceso es pequeña.
② Precauciones para la reparación sin plomo:
(a) Elija el equipo y las herramientas de reparación adecuados.
(b) Reparar correctamente equipos y herramientas.
(c) Seleccionar correctamente materiales como soldadura en pasta, fundente y alambre.
(d) Establecer correctamente los parámetros de soldadura.
Además de adaptarse al alto punto de fusión y baja humectabilidad de la soldadura sin plomo. Al mismo tiempo, se debe tener cuidado durante el proceso de reparación para minimizar cualquier factor potencial que afecte negativamente a la confiabilidad de los componentes y de la PCB.
(9) Resumen sobre híbridos sin plomo y sin plomo durante el periodo de transición.
(a) Soldadura sin plomo y terminales de soldadura sin plomo: mejores resultados.
(b) Soldadura sin plomo y punta de soldadura con plomo: actualmente se usan comúnmente y se pueden aplicar, pero el contenido de plomo, cobre, etc. Se debe controlar, preparar el flujo correspondiente y controlar estrictamente los parámetros del proceso, como las curvas de temperatura, de lo contrario se producirán problemas de confiabilidad.
(c) Soldadura con plomo y terminales de soldadura sin plomo: menos efectivos. Las bolas de soldadura sin plomo BGA y CSP no se pueden utilizar en procesos sin plomo y no se recomiendan.
5. Cuestiones a las que se debe prestar atención durante la etapa de transición de la mezcla con plomo y sin plomo.
1. Ejemplos de problemas
(1) Algunas fábricas de SMT con tecnología de plomo también encuentran componentes sin plomo. Aunque la tecnología sin plomo aún no ha comenzado, también se han encontrado componentes sin plomo, especialmente BGA/CSP y LLP. Algunas fábricas de componentes ya no producen componentes que contienen plomo, por lo que no se pueden comprar componentes que contengan plomo. No da miedo saber que el dispositivo que compraste no contiene plomo, porque la temperatura de soldadura se puede aumentar a 230-235°C. Otra medida es utilizar soldadura sin plomo y tecnología sin plomo, porque la etapa de transición actual generalmente utiliza una mezcla de soldadura sin plomo y terminales de soldadura con plomo, y su confiabilidad aún es aceptable. Pero lo peor es que accidentalmente encontré componentes sin plomo que no se descubrieron antes de la producción. En la producción, todavía se utilizan soldadura de plomo y procesos de plomo, y los resultados son muy malos, porque la combinación de terminales de soldadura de plomo y soldadura sin plomo es la peor.
(2) En el proceso principal también se encontrará PCB nivelador de aire caliente de estaño puro.
Esta situación también se produce de forma involuntaria y provoca problemas de calidad debido a una temperatura de soldadura insuficiente.
(3) Problemas de soldadura por ola
La soldadura por ola tiene muchos problemas. Por ejemplo, el proceso de plomo actual encuentra componentes sin plomo y agujeros pasantes; no están estañados; el fenómeno de delaminación y pelado es grave; hay muchos defectos, como puentes y falta de soldadura, hay muchos óxidos en la superficie de la lata; . . . .
2. Solución
(1) Preparación del material
Al preparar los materiales, preste atención a si los materiales de los extremos de soldadura de los componentes no contienen plomo. Si se trata de un componente sin plomo, asegúrese de averiguar qué material de recubrimiento es, especialmente BGA/CSP y dispositivos recién empaquetados, como LLP (preste atención también a la tecnología de plomo).
Actualmente, los estándares sin plomo aún no están completos, por lo que existen muchos tipos de recubrimientos en la superficie de los terminales de soldadura para dispositivos sin plomo, como el recubrimiento Sn/Bi de los terminales de soldadura de componentes japoneses.
Si la soldadura contiene plomo, cuando el contenido de plomo es
(2) Gestión de materiales
Para las empresas con procesos sin plomo y sin plomo, deben prestar atención a estrictos sistemas de gestión de materiales y Nunca confundir plomo y soldadura en pasta sin plomo con los componentes.
(3) La impresión sin plomo debería mejorar la precisión de la impresión.
Amplíe el tamaño de apertura de la plantilla: relación ancho-espesor > 1,6, relación de área > 0,71
(4) Mejore la precisión del parche.
(5) Controle estrictamente la curva de temperatura y reduzca la temperatura máxima tanto como sea posible.
El sensor de humedad está deshumidificado y horneado;
(6) Los productos complejos y de alta confiabilidad deben utilizar materiales de PCB resistentes a altas temperaturas (FR5 u otros).
(7) La calidad de la soldadura del N2 es mejor que la del aire. Especialmente en la soldadura por ola, el N2 puede reducir la oxidación de la soldadura a alta temperatura, reducir los residuos y ahorrar soldadura. O agregue polvo reductor de escoria de estaño sin plomo para reducir la reutilización de una gran cantidad de residuos, pero debe prestar más atención a la limpieza y el mantenimiento diarios que a la soldadura con plomo.
6. Control de costes en el proceso de conversión de sin plomo a sin plomo
En el proceso de conversión de sin plomo a sin plomo, el control de costes proviene principalmente de dos aspectos: la máquina Considere el costo y el costo del consumo de material del proceso.
Actualmente, bastantes empresas han adquirido máquinas utilizadas en el proceso de soldadura de plomo (soldadura por ola), que se acercan a los requisitos técnicos de la soldadura sin plomo en términos de rendimiento y operatividad. Los materiales y dimensiones de los componentes clave de las máquinas utilizadas actualmente se pueden modificar en consecuencia y seguir utilizándose en procesos de procesamiento de productos electrónicos menos exigentes.
Análisis de viabilidad del uso de una máquina de soldadura por ola sin plomo para reemplazar la máquina de soldadura por ola ordinaria
La diferencia en la temperatura de soldadura entre el estaño ordinario y el estaño sin plomo;
>Soldadura de estaño ordinario La temperatura es 245 ℃
La temperatura de soldadura de estaño sin plomo es 270 ℃
La diferencia en la temperatura de precalentamiento entre el estaño ordinario y el fundente de estaño sin plomo
a. Ordinario La temperatura de precalentamiento del fundente de estaño es de 90 ℃
b La temperatura de precalentamiento del fundente de estaño sin plomo es de 110 ℃
La diferencia en el metal. composición entre el estaño ordinario y el estaño sin plomo
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La composición metálica del estaño ordinario es Sn/Pb
bLa composición metálica del estaño sin plomo es principalmente Sn/ Ag/Cu o Sn/Cu.
Diferencias en los requisitos para equipos de soldadura de estaño ordinarios y sin plomo
:
Requisitos para equipos de soldadura de estaño ordinarios
Sin especiales Requisitos:
Requisitos para equipos de soldadura sin plomo
a exige que las partes de la máquina que están en contacto con el estaño no contengan plomo.
b. El horno de estaño sin plomo requiere una buena resistencia a la corrosión.
c requiere que la máquina se enfríe más rápido.
Según los requisitos anteriores, las medidas correspondientes son las siguientes
1. Esta máquina está fabricada en aleación de titanio.
2. La longitud de la zona de precalentamiento de la máquina es proporcional a la velocidad de la máquina.
3. Las piezas en contacto con la soldadura sin plomo están fabricadas con materiales sin plomo.
4. Cambie la parte de refrigeración de la máquina por un aire acondicionado o aumente el número de ventiladores de refrigeración.
El efecto de la modificación del horno de estaño
cumple plenamente todos los requisitos del proceso sin plomo.
bLa velocidad de producción es básicamente la misma que antes de la transformación.
Conclusión
Es completamente factible y económico transformar la máquina de soldadura por ola ordinaria original en una máquina de soldadura por ola sin plomo.
.
Consumo de material
El contenido de estaño en la soldadura utilizada actualmente en el proceso sin plomo es mucho mayor que el de la composición de soldadura original, y su composición de aleación también se ha mejorado considerablemente. . Durante el proceso de producción y procesamiento, la cantidad de escoria de estaño generada también es mucho mayor que la de la soldadura ordinaria. Si se puede reducir la cantidad de escoria de estaño, será beneficioso para el control de costes del consumo de material.
La escoria de estaño es principalmente un óxido formado por la reacción del estaño y el oxígeno a altas temperaturas. La mayor parte del estaño y el oxígeno se pueden separar mediante agitación física a alta temperatura (es decir, reducción de escoria de estaño) y el estaño separado se puede reutilizar. Las moléculas de oxígeno en la escoria de estaño también pueden reemplazarse mediante una reacción de reducción de reemplazo químico y reducirse a estaño puro para su reutilización.