ROHS-PCBA产品管理作业办法

Page:1FoxconnTechnologyGroupSMTTechnologyDevelopmentCommitteeSMTTechnologyCenterSMT技術中心Page: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Page:3RoHSPCA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RoHSPage:4RoHSPCA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Page:5RoHSPCA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Page:6RoHSPCA制程概述RoHS制程VS有鉛制程Page:7RoHS物料選擇Page: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Page: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1.原料来源广泛.2.无毒性.3.易于使用4.可循环再生的Page: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Page: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Page: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.Page:13RoHS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Page:14RoHS元器件的選擇BGA•BGA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PdCuNiAuCuSnSAC錫球鍍層Page:15RoHSPCB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Page:16PCB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Page: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CuSnPage: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Page:19RoHS制程轉換Page:20RoHS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.RoHSComplianceTinleadsolderMixtechnologyNotRoHSComplianceOptionCOptionAOptionBPage: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RoHSRoHS轉換我們要做什么???Page:22RoHS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,Page:23RoHS文件管控發行專用文件來實現RoHS生產中各環節的管控.Page:24RoHS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Page:25RoHS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.Page: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.Page: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.Page: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.Page: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.item合金共晶溫度錫溫有鉛Sn63/Pb37183℃245℃無鉛SAC305217~219℃260℃Page: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.Page: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.Page: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240℃250℃260℃1.4m/min1.1m/min0.8m/min錫爐溫度直接影響孔上錫.鏈速越低,填充效果越好.Page:33波峰焊助焊劑(FLUX)介紹助焊劑的四大功能1.清除焊接金屬表面的氧化物;2.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;3.降低焊錫的表面張力,增加其擴散能力4.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Page: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.Page: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.Page: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