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FoxconnTechnologyGroupSMTTechnologyDevelopmentCommitteeSMTTechnologyCenterSMT技術中心目錄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RoHSPCA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RoHSRoHSPCA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RoHSPCA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RoHSPCA制程概述RoHS制程VS有鉛制程RoHS物料選擇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.RoHS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RoHS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RoHSPCB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PCB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CuSn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RoHS制程轉換RoHS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.RoHSComplianceTinleadsolderMixtechnologyNotRoHSComplianceOptionCOptionAOptionB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???RoHS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,RoHS文件管控發行專用文件來實現RoHS生產中各環節的管控.RoHS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RoHS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.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.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.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.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℃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.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.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.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.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.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.測試壓力的增加會加大測試治具對PCA及元件的損壞,所以所用的測試治具要經過應力測試和破壞性試驗如紅墨水,切片等驗證.使用高彈力探針無鉛制程ICT焊錫表面的堅硬和測試壓力的增大使得探針更易磨損.在RoHS免洗制程中,應選用免洗探針.OSP表面處理是ICT的難點.一般需要在測試點上沾錫來提高測試性.測試點沾錫可以通過兩種方式來實現:測試點印刷錫膏,經回焊后形成有錫測試點(雙面制程).選用鏤空的波峰焊載具,通過波峰焊來達到測試點上錫(單面制程).維修與重工手工維修SMT被動元件和小元