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SMT有铅工艺和无铅工艺的特点

无铅工艺和有铅工艺技术特点对比表:
  
类别
  
无铅工艺特点
有铅工艺特点
焊料合金
焊料合金成分
有多种焊料合金可供选择,目前逐步同意为Sn96.5Ag3Cu0.5(SAC305);最好回流焊接和波峰焊接都选择同一款焊料合金。但是考虑到成本,许多厂家波峰焊接会选择Sn99.3Cu0.7焊料。对生产现场焊料合金的使用造成混乱
无论是何种焊接方式,焊料合金一直采用Sn63Pb37,不会对生产现场焊料合金的使用造成混乱
焊料合金使用混乱
焊料合金使用混乱,目前有人提倡使用Cu的质量分数在1%~2%的合金,但是市场上还没有此类产品
焊料合金单一
焊料成本
波峰焊接用的锡条和手工焊接用的锡线,成本提高2.7倍。回流焊接用的锡膏成本提高约1.5倍
焊料成本低
焊料合金熔点温度
温度高217℃
温度低183℃
焊料可焊性
焊点特点
焊点脆,不适合手持和振动产品
焊点韧性好
焊料/焊端兼容性
焊端中不能含铅
焊端中可以含铅
能耗
焊接能耗
无论是波峰焊/回流焊/手工焊接,能耗比有铅焊接多10%~15%
能耗较低
设备需求
波峰焊
需要添加新的波峰焊机
不需要(提升产能例外)
回流焊
设备温区数量要多,以增加调整回流温度曲线灵活性。炉体长
也可以采用多温区的设备,增强温度曲线调整的灵活性
手工焊接
更换烙铁头
不需要更换
印刷/贴片机
不需要更换,但是印刷/贴片精度要求更高
不需要更换
焊接工艺
水清洗工艺
不建议使用
可以使用
回流焊接
工艺窗口小,温度曲线调整较难。焊点空洞难以消除。焊点上锡不好
工艺窗口大,温度曲线调整较易。焊点空洞较好消除,焊点上锡较好
波峰焊接
焊点上锡不好,需要加快冷却,锡槽合金杂质含量检测频繁度加大,有可能生产现场需要检测仪器
焊点上锡较好,锡槽合金杂质含量检测频繁度不大,不需要生产现场检测仪器
手工焊接
烙铁头损耗加快
烙铁头损耗较小
PCB要求
板材
可以沿用有铅时用的板材,最好采用高Tg板材。采用高Tg板材,板材成本上升10%~15%
板材不需要改变
焊盘处
  
理方式
有机可焊性保护(OSP),化学镍金
热风整平,也可采用有机可焊性保护(OSP),化学镍金
OSP特点
焊盘平整,对印刷工序要求高,PCB保存时间短,对计划要求高。对ICT测试有影响
化学镍金
焊盘平整,对印刷工序要求不高,PCB保存时间长,对计划要求不高。对ICT测试没有影响,存在“黑盘”的可能性
元器件
耐热性
耐热性要求高
耐热性要求不是很高
焊端可焊性
要求高
要求一般
焊点检查
外观
焊点粗糙,检验较难
焊点光亮,检验较易
“爆米花”现象
由于温度的升高,在无铅焊接中许多IC的防潮敏感性都会提高一到两个等级。也就是说,拥护的防潮控制或处理必须加强。这对于那些很小批量生产的用户将有较严重的影响。因为许多很小批量生产的用护都有较长时间的来料库存时间。如果库存的防潮设施不理想,就必须通过组装前烘烤除湿的做法来防止“爆米花”的问题。烘烤虽然能够解决“爆米花”问题,但烘烤过程中会加剧器件焊端的氧化,带来了焊接的难度。一个可行的做法是使用惰性环境烘烤,但这在设备、耗材(惰性气)和管理上都大大增加了成本
IC的防潮敏感性只要加以注意和管理即可,容易得到控制
“立碑”
  
现象
在无铅技术中更加严重。这是因为无铅合金的表面张力较强的原因。解决的原理和含铅技术一样,其中通过DFM控制器件焊端和焊盘尺寸以及两端热容量最为有效。其次可通过工艺调整减少器件两端的温差。该注意的是,虽然原理不变,但无铅的工艺窗口会小一些,所以用户必须首先确保本身使用的炉子有足够的能力,即有良好的加热效率以及稳定的气流
在有铅技术中存在,但有铅工艺窗口会宽一些,容易解决
“气孔”
  
现象
在锡铅技术中已经是个不容易完全解决的问题。而进入无铅技术后,这问题还会随无铅合金表面张力的提高而显得更严重。要消除“气孔”问题,有三个因素必须注意;锡膏特性(锡膏选择)、DFM(器件焊接端结构、焊盘和模板开口设计)以及回流工艺(温度曲线的设置)。其控制原理和含铅技术中没有不同,知识工艺窗口小了些
在锡铅技术中“气孔”问题是个不容易完全解决的问题
业界可靠性数据
可靠性数据不足,还有许多未知的特点或缺点没有发现
可靠性数据很多,已使用很多年
无铅工艺和有铅工艺成本和设备通用性比较:
绝大多数的有铅设备都适用于无铅工艺,包括:印刷机、贴片机、回流炉、BGA返修台、分板机和测试设备。只有一个例外,那就是波峰焊机,无铅/有铅波峰焊机要严格区分。
1.  成本大大提高
有铅工艺转化为无铅工艺,其成本提高主要是无铅辅助材料和无铅印制电极板成本提高,无铅器件成本基本差不多。
2.  无铅和有铅工艺设备通用性比较
有铅工艺转化为无铅工艺,在设备上基本通用,只是在波峰焊机和锡锅两种设备要严格区分,具体对比如下表:
  
无铅设备
  
无铅工艺
有铅工艺
波峰焊机
通用
可用于有铅工艺,但用过后就无法再转回无铅工艺
锡锅
通用
可用于有铅工艺,但用过后就无法再转回无铅工艺
回流焊
通用
通用
印刷机
通用
通用
贴片机
通用
通用
回流炉
通用
通用
BGA返修台
通用
通用
分板机
通用
通用
测试设备
通用
通用

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