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有关回流焊接的建议
作者:
回流工艺基础
Ravi Sharma
Microchip Technology Inc.
无铅焊接技术已应用多年。然而,却总是难以满足与含
铅合金粘结处理相同的物理标准。过去,用于连接电子
元件最常用的合金是成份为 63% 的锡和 37% 的铅的混
合物。这种锡铅合金具有极佳的粘结强度和弹性,能够
抵御器件运行环境的温度变化导致的热张力。当电子厂
商舍弃长期使用的标准 PbSn 合金转而使用无铅合金焊
接材料如锡银铜 (Sn-Ag-Cu)合金时,熔点和低共熔
温度也相应发生改变,这就需要对回流焊接工艺加以修
改。
简介
电子制造业目前正朝无铅化、装配加工环保化的方向发
展。在使用无铅焊料替代传统材料时,应考虑以下因素:
•
•
•
•
电路板的厚度
工艺复杂程度
表面光洁程度
装配工艺兼容性
作为回顾回流工艺基础的起始点,图 1 中显示了典型的
热回流曲线。如图所示,这一过程通常需经历 5 个不同
的转变阶段。
本应用笔记主要提供有关雾锡和磨光锡 / 铅封装器件回
流焊接方面的建议。
图 1:
Sn/Pb 的典型回流特性曲线
300
275
250
熔化时间
225
温度 [°C]
200
183°C
175
150
125
100
75
50
0
助熔剂活化 /
热平衡
预热
25
0
20
40
60
80
100
120
140
160
回流
180
200
220
冷却
240
260
280
300
320
340
360
380
400
420
时间 [ 秒 ]
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典型回流工艺中的 5 个转变阶段分别是:
1.
2.
3.
4.
预热 – 将装配部件的温度从 25°C 升高至 80150°C 使得焊剂中的溶剂挥发。
助熔剂活化 – 干的焊剂加热至足够温度,此时助
熔剂将与要粘合的表面的氧化物和杂质进行反
应。
热平衡 – 在低于回流温度 25-50°C 左右达到温度
平衡。实际时间和温度将取决于部件数量和使用
的材料。
图 2:
5.
Sn-Pb 和无铅装配的 JEDEC 回流特性曲线
300
260°C(无铅)
275
240°C(Sn-Pb)
250
TP(1)
逐渐上升(3°C/ 秒,最大值)
TP(2)
tL(1)
225
tS(1)
200
温度 [°C]
回流 – 在这一阶段,部件温度将升高直至使焊剂
回流。注意 “熔化时间”是指曲线中 183°C 左
右焊剂处于液态时的时间。
冷却 – 这是工艺过程中的最后一个阶段,在这个
阶段使部件渐渐冷却。较慢的冷却过程将在焊接
点产生精细的颗粒结构,从而形成更加耐疲劳的
焊接点。
tL(2)
TS(1)
175
逐渐下降(6°C/ 秒,最大值)
150
TS(2)
125
100
tS(2)
75
50
25
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
420
时间 [ 秒 ]
表 1:
时间和温度参数
符号
最小值
最大值
单位
测试条件
Ts(1)
150
200
°C
无铅
Ts(2)
100
150
°C
Sn-Pb
ts(1)
60
180
秒
无铅
ts(2)
60
120
秒
Sn-Pb
tl(1)
60
150
秒
无铅
tl(2)
60
150
秒
Sn-Pb
Tp(1)
245
260
°C
无铅
Tp(2)
225
240
°C
Sn-Pb
为便于读者参考,图 2 和表 1 中再现了 IPC/JEDEC J-STD-020C 规定的回流条件。
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有关回流焊接的建议
图 3 显示了 Microchip 推荐的无铅器件的焊接特性曲
线。这些器件镀有雾锡 (纯锡)且不含铅。若使用图中
下部曲线及以上的部分进行处理,则能用于标准的锡/铅
(SnPb)焊剂应用;若使用图中上部曲线及以下的部分
进行处理,则能用于无铅焊剂如锡银铜(Sn-Ag-Cu)焊
剂应用。
图 3:
图 4 显示了 Microchip 推荐的针对标准器件(即使用磨
光的 63%/37% 锡铅合金 (Sn-Pb)焊剂焊接的器件)
使用的焊接特性曲线。图 4 中上、下曲线之间的所有部
分都可适用于这些器件的回流处理。请注意,图中的峰
值温度低于无铅器件处理时的相应温度值。
推荐使用的回流特性曲线 (无铅)
300
275
最大值 = 260°C
250
温度 [°C]
225
最小值 = 225°C
200
175
150
125
100
75
50
25
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
420
260
280
300
320
340
360
380
400
420
时间 [ 秒 ]
图 4:
推荐使用的回流特性曲线 (Sn/Pb)
300
275
250
最大值 = 240°C
225
温度 [°C]
200
175
最小值 = 225°C
150
125
100
75
50
25
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
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结论
许多新的无铅合金焊剂正在出现。当对这些替代传统焊
料的焊剂进行测试时,用户必须考虑以下一些事项:
• 选择的焊剂材料是否能与元件引脚上电镀材料相融
合或满足电路板规定的光洁度要求 ?
• 选择的焊剂材料是否会对产品性能、可靠性或可制
造性造成影响?
• 焊接无铅合金需要更高的温度,这会对半导体封
装、无源元件和电路板本身造成什么附加影响?
本应用笔记介绍了雾锡和磨光锡 / 铅焊接工艺的使用并
建议遵照图 3和图 4的限制进行处理。然而,诸如电路
板厚度、尺寸、封装类型和回流设备等因素也会对总处
理时间产生影响。
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请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点:
•
Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标。
•
Microchip 确信:在正常使用的情况下, Microchip 系列产品是当今市场上同类产品中最安全的产品之一。
•
目前,仍存在着恶意、甚至是非法破坏代码保护功能的行为。就我们所知,所有这些行为都不是以 Microchip 数据手册中规定的操
作规范来使用 Microchip 产品的。这样做的人极可能侵犯了知识产权。
•
Microchip 愿与那些注重代码完整性的客户合作。
•
Microchip 或任何其他半导体厂商均无法保证其代码的安全性。代码保护并不意味着我们保证产品是 “牢不可破”的。
代码保护功能处于持续发展中。 Microchip 承诺将不断改进产品的代码保护功能。任何试图破坏 Microchip 代码保护功能的行为均可视
为违反了《数字器件千年版权法案(Digital Millennium Copyright Act)》。如果这种行为导致他人在未经授权的情况下,能访问您的软
件或其他受版权保护的成果,您有权依据该法案提起诉讼,从而制止这种行为。
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产权保护下,不得暗中或以其他方式转让任何许可证。
商标
Microchip 的名称和徽标组合、 Microchip 徽标、 Accuron、
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均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的
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PowerTool、 REAL ICE、 rfLAB、 Select Mode、 Smart
Serial、 SmartTel、 Total Endurance、 UNI/O、 WiperLock 和
ZENA 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地
区的商标。
SQTP 是 Microchip Technology Inc. 在美国的服务标记。
在此提及的所有其他商标均为各持有公司所有。
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Gresham 的全球总部、设计和晶圆生产厂及位于美国加利福尼亚州和
印度的设计中心均通过了 ISO/TS-16949:2002 认证。公司在 PIC®
MCU 与 dsPIC® DSC、 KEELOQ® 跳码器件、串行 EEPROM、单片机外
设、非易失性存储器和模拟产品方面的质量体系流程均符合 ISO/TS16949:2002。此外, Microchip 在开发系统的设计和生产方面的质量体
系也已通过了 ISO 9001:2000 认证。
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Tel: 886-3-572-9526
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