一、我們面對的無鉛焊接挑戰

鉛是種特性十分適合焊接工藝的材料。當我們將它除去后，到目前還無法找到一種能夠完全取代它的金屬或合金。當我們在工藝、質量、資源和成本等方面找到比較滿意的代用品時，我們在工藝和成本上都不得不做出讓步。而在工藝上較不理想的情況有以下幾個方面。

1．較高的焊接溫度。大多數的無鉛焊料合金的熔點都較傳統錫鉛焊料合金高。業界有少部份溶點低的合金，但由于其中采用如銦之類的昂貴金屬而成本高。熔點高自然需要更高的溫度來處理，這就需要較高的焊接溫度。

2．較差的潤濕性。無鉛合金也被發現具有較不良的潤濕性能。這不利于焊點的形成，并對錫膏印刷工藝有較高的要求。由于潤濕效果可以通過較高的溫度來提高，這又加強了無鉛對較高溫度的需求。熔化的金屬，一般在其熔點溫度上的潤濕性是很差的，所以實際焊接中我們都需要在熔點溫度上加上20度或以上的溫度以確保能有足夠的潤濕。

3．較長的焊接時間。由于溫度提高了，為了避免器件或材料經受熱沖擊和確保足夠的恒溫以及預熱，焊接的時間一般也需要增長。

以上這些不理想的地方帶給用戶什么呢？總的來說就是器件或材料的熱損壞、焊點的外形和形成不良、以及因氧化造成的可焊性問題等工藝故障。這些問題，在錫鉛技術中都屬于相對較好處理的。所以到了無鉛技術時，我們面對的焊接技術挑戰更大。

一、我們面對的無鉛焊接挑戰

鉛是種特性十分適合焊接工藝的材料。當我們將它除去后，到目前還無法找到一種能夠完全取代它的金屬或合金。當我們在工藝、質量、資源和成本等方面找到比較滿意的代用品時，我們在工藝和成本上都不得不做出讓步。而在工藝上較不理想的情況有以下幾個方面。

1．較高的焊接溫度。大多數的無鉛焊料合金的熔點都較傳統錫鉛焊料合金高。業界有少部份溶點低的合金，但由于其中采用如銦之類的昂貴金屬而成本高。熔點高自然需要更高的溫度來處理，這就需要較高的焊接溫度。

2．較差的潤濕性。無鉛合金也被發現具有較不良的潤濕性能。這不利于焊點的形成，并對錫膏印刷工藝有較高的要求。由于潤濕效果可以通過較高的溫度來提高，這又加強了無鉛對較高溫度的需求。熔化的金屬，一般在其熔點溫度上的潤濕性是很差的，所以實際焊接中我們都需要在熔點溫度上加上20度或以上的溫度以確保能有足夠的潤濕。

3．較長的焊接時間。由于溫度提高了，為了避免器件或材料經受熱沖擊和確保足夠的恒溫以及預熱，焊接的時間一般也需要增長。

以上這些不理想的地方帶給用戶什么呢？總的來說就是器件或材料的熱損壞、焊點的外形和形成不良、以及因氧化造成的可焊性問題等工藝故障。這些問題，在錫鉛技術中都屬于相對較好處理的。所以到了無鉛技術時，我們面對的焊接技術挑戰更大。

摘要：隨著電子行業在我國發展迅猛，電子產品已經深入到人們的生活與工作中，作為電子產品中的關鍵零件，印制電路板發揮著重要的作用。基于此，本文以印制電路板焊接缺陷作為研究對象，分析印制電路板設計、可焊接性以及變形等因素造成的焊接缺陷，以無鉛焊接技術為例分析并對焊接缺陷加以改進。

關鍵詞：印制電路板；焊接缺陷；無鉛焊接技術

從本質上講，焊接工藝屬于一項化學處理工藝，不同的焊接對象擁有不同的焊接工藝，焊接時所使用的化學原理也會不同。印制電路板可以將電子產品中的電子元器件相互連接，使其成為完整的電路系統，隨著電子產品的發展，印制電路板結構越來越復雜，在焊接過程中人們難免遇到各類焊接缺陷，需要額外重視，并采用有效的措施降低焊接缺陷發生概率。

1印制電路板的焊接缺陷

1.1印制電路板設計不合理導致的焊接缺陷。電子產品中印制電路板的大小規格不同，人們在焊接時需要將印制電路板進行后期制作，防止其對焊接工藝造成影響。如果印制電路板尺寸過大，焊接時就會有較長焊接線條，進而影響印制電路板聲抗與阻抗，不利于印制電路板在電子產品中使用性能的提高。不僅如此，如果印制電路板尺寸較大，焊接線條增加，將會給印制電路板帶來更高的生產成本，不利于生產企業經濟效益的提高。相反，如果印制電路板尺寸過小，將會加大焊接工藝的難度，且相鄰的焊接線條之間會互相產生干擾，例如電磁干擾。針對印制電路板因設計不合理存在的焊接缺陷，要求設計師在設計印制電路板尺寸的時候，加強對電路板的優化設計，結合自身設計經驗，根據印制電路板的布局與結構，避免缺陷問題再次發生[1]。1.2印制電路板上孔可焊接性造成的焊接缺陷。印制電路板孔的可焊接性會直接影響電路板的焊接質量，也會影響其他元器件性能參數，不利于元器件性能提高。如果焊接孔的焊接性較差，將會影響電路板層之間的穩定性，不利于層與層的穩定性。分析影響印制電路板上孔焊接性能的因素，具體如下。1）焊料組成成分。這是影響印制電路板焊接性能的關鍵性因素，當前人們經常使用Sn-Pb和Sn-Pb-Ag兩種焊接材料成分，要求焊接人員結合自身工作經驗科學選擇焊料。雖然很多焊料組成成分相同，但是不同廠家生產下，焊料焊接性能也會不同，原材料的選擇和機械設備的使用都會影響焊料中的雜質情況。2）被焊料。這是印制電路板焊接工藝中的受體，被焊料的狀態也會影響焊接質量。不同印制電路板焊接屬性自然不同，企業需要根據其屬性應用相應的焊接工藝。例如，如果焊料表面有雜質污染，在焊接時就會將雜質融入焊料，將其保存在焊接線條內部，不利于延長印制電路板的使用壽命。3）印制電路板焊接條件。焊接的過程也是物質發生化學變化的過程，原料在不同的反應條件下會有不同的物質狀態，如果焊料與被焊料相同，但是焊接條件不同，將會導致焊接結果不同。如果人們無法選擇恰當的焊接條件，將會導致焊接缺陷發生。例如印制電路板焊接溫度，如果溫度過高，將會導致印制電路板被燒毀，使電路板失去電子屬性，影響電子產品的使用性能[2]。1.3印制電路板變形造成的焊接缺陷。從電腦或者電子產品中直接拆卸印制電路板下來，就會發現電路板上經常有彎曲現象。造成印制電路板變形彎曲的原因有很多，例如印制電路板上下溫度不夠均勻，或者元器件在印制電路板上重量分配不均勻。如果印制電路板嚴重變形，將會導致焊接缺陷發生，焊接的時候焊接部位會有明顯的凸起現象或凹陷現象，凸起的部分在焊接時變成了薄焊，該部位不牢固，印制電路板長時間應用后焊接效果會下降；凹陷的部位導致焊點無法與其接觸，最終在印制電路板上形成了空焊現象，長時間使用后也會面臨失效問題。與上文提到的兩種焊接缺陷相比，印制電路板變形本身就是一種焊接缺陷，無論焊接時散熱是否正常，焊接時產生的熱量都會導致印制電路板發生不同程度的變形。因此，面對這一現象，人們需要從印制電路板原材料入手，以保證印制電路板使用壽命為前提，盡可能的選擇剛性強、不受溫度影響的材料作為焊接的材料，同時改進外部焊接環境，提高印制電路板的焊接質量，提高焊接工藝中的散熱效率，盡可能的降低焊接缺陷發生概率。

2無鉛焊接技術的實踐應用

[摘要]本文對混裝電路板焊接工藝技術的實施過程，并對工藝設計的依據、焊接方法進行了探究，為之后的混裝電路板焊接提供了一定的理論依據，在進行混裝電路板焊接的時候應當按照一定的條件設置電路板焊接的流程以及環節，例如按照驗收規范、生產綱領、企業的生產條件以及技術標準等等，這些都會影響電路板的焊接工藝，確保混裝電路板的質量以及電子產品的質量。

[關鍵詞]混裝電路板；焊接工藝；技術

1混裝電路板焊接工藝方法分類

第一，焊接技術中最常見的就是手工焊接，這一種焊接方法兼具優點和缺點，使用手工焊接方法的時候對于電路板的工藝有很強的適應能力，并且在使用的時候有非常強的組織靈活性，并且在進行施工的時候消耗的成本較低，對于單件小批量的生產是非常適用的。但是在使用手工焊接工藝的時候對于焊接工人的技能水平有很高的要求，但是多數工人在施工的時候常常無法做到高質量的操作，除此之外，使用手工焊接的方法在處理BGA元件、高密度的QFP元件以及0603以下的CHIP元件的時候無法做到精湛操作，導致混裝電路板的質量下降。另一種常用的焊接方法就是回流焊接的方式，在使用回流焊接的方法的時候，能夠提高焊點的質量，并且實現較高的一致性，并且在大批量生產的時候，回流焊接的方法能夠確保焊接的進度和質量，有效的降低焊接的成本，并且使用回流焊接的方法的時候可以有效的處理SMT元件，但是此類方法在處理小批量生產的時候經濟效率差，所消耗的成本較高，除此之外，回流焊接的方法沒有辦法對焊接耐熱性進行高質量焊接，導致回流焊接的方法不能全面的應用在小批量的生產之中。第三種常用的混裝電路的方法就是波峰焊的焊接方法，使用這類焊接方法的優勢就在于高效的處理焊點質量，并且使得混裝電路的一致性很高，對于焊接的質量有非常高的保障，并且在大批量的生產中確保混裝電路的進度以及質量，有效的降低混裝電路的成本，但是同回流焊接一樣，在處理小批量焊接電路的生產的時候，會消耗大量的成本，焊接的工藝在一定程度上變得更加的復雜，無法有效的處理BGA元件、高密度的QFP元件，并且在施工PCB設計的時候常常不能合理的處理“陰影”的效應。

2混裝電路板焊接工藝技術

在對混裝電路實施焊接工作的時候，應當按照一定的步驟進行，根據混裝電路的生產條件以及未來的應用設置焊接的環節，促使焊接的工作在各個環節都得到質量的保障，下文簡述了混裝電路板焊接工藝的步驟：首先，一定對混裝電路的焊接材料進行恰當的準備，在使用手工焊接的時候，一般需要準備絲狀焊料，焊料絲的直徑應當確保焊點是否與要求所匹配，常見的樹脂基釬劑一般選用的是R（純樹脂基釬劑）或者是RMA（中等活性的樹脂基釬劑），例如：絲S-Sn63PbAΦ1-R-1GB/T3131-2001，即用Sn63Pb37焊料制造的，直徑為1mm，釬劑類型為R型的樹脂單芯絲狀焊料。其中當前的SMT焊接工藝材料總體正朝著環保型的狀態發展，常用的是SnPb合金焊接材料，并且是免清洗、不含揮發性有機物、無松香型等等，并使用PCB清潔度的有效整理方式處理PCB的污染殘留，使得焊接材料能夠在準備階段達到最佳的效果。為了使得焊接的時候更加的方便以及容易，還經常會選擇含微銻（Sb）、含微鉍（B）i的焊料，以此來加強材料流動性，使得焊料能夠在表面張力的作用下增強濕潤能力，降低焊接的溫度，有效的降低了生產過程中出現的預熱狀況，并且使得零件端面溶蝕等問題得到有效的處理，同時還能使得混裝電路的修補以及拆換零件的作業更加的方便，簡單易操作。其次，在準備好了焊接材料之后，需要做好焊前預熱的工作，這項工作能夠充分的發揮絲狀焊料中的樹脂芯釬劑的活性，這些能夠有效的避免PCB焊錫的過程中出現影響PCB的潤濕以及焊點的形成，這使得PCB在焊接前就達到了一定的溫度，避免受到熱沖擊導致混裝電路板出現翹曲變形的狀況。在進行焊接工作的時候，有效的控制焊接的溫度，焊接的溫度對于混裝電路有非常重要的作用，當焊接的溫度很低的時候，焊料的擴展率、潤濕性等都會受到影響，并且較低的溫度會使得焊盤或者是元器件的焊端濕潤不充足，因而就會產生虛焊或者是拉尖、橋接等缺陷；而當焊接的溫度較高的時候，就會在焊接的過程中加速了焊盤、元器件，這導致元器件引腳以及焊料產生了氧化，這些都會導致虛焊的狀況，上述這些焊接質量問題對于混裝電路板的使用有很大的影響，因此在焊接的時候需要嚴格的控制焊接的溫度。在焊接貼片元件的時候，焊料應該加在烙鐵頭、焊盤和元件的電極之間，這樣烙鐵頭的移動速度就由焊接時間確定，使得焊料在電極的覆蓋高度在一定的范圍之內，也能夠將烙鐵頭的溫度控制在260℃加減10℃的范圍內，并且保證焊接的時間不會超過2s，這一過程中，若無法在規定的時間內完成焊接的任務，這就會導致焊點無法在規定的時間內冷卻，也沒有辦法及時的進行再猜焊接的工作，這對于修復焊接的工作有很大的影響。最后，在進行焊接插裝元件的時候，應當在烙鐵頭之前加熱焊盤，使得焊盤被充分的預熱，之后在烙鐵頭和焊盤的結合處加入部焊料，使得焊料能夠充分的結合，以此覆蓋整個焊盤，形成凹形的焊錫輪廓線，為之后的真正的焊接工作打下堅實的基礎。在使用回流混裝電路焊接的時候，結合PCB的典型布局形式，在PCB的B面布局質量較小表面貼裝片式元件，在PCB的A面布局BGA、QFP器件、DIP器件、通孔接插件、電阻和電容等，即正面使用表貼和通孔元件混裝，B面采用表面貼裝的形式。在試驗板上選擇無鉛BGA，其他的元件是有鉛元器件，焊料選用OL-107E有鉛焊料。在設置回流焊接曲線時，采用有鉛制程下有鉛、無鉛混裝工藝，將峰值溫度提高到228℃～235℃之間，液相線上溫度的時間為50s～60s，使BGA上的無鉛焊料能充分回流，又能避免過高溫度對有鉛器件的熱沖擊，得到良好的回流焊接效果。對于回流混裝電路質量的檢驗，BGA器件多為焊球大小均勻，經過偏角測試檢驗，并且使焊球呈現鼓形，且QFP器件是能夠形成良好的濕潤，呈現出質量較高的焊點。

編者按：本文主要從引言；供應鏈傳導作用下的綠色技術擴散；綠色技術擴散動力渠道分析；市場誘致的綠色技術擴散案例分析；研究結論進行論述。其中，主要包括：清潔工藝注重在生產過程中合理利用資源、減少污染、物質流層面的綠色技術擴散、綠色產品制造本身就被視為綠色技術第三種層面上的技術擴散、信息流層面的綠色技術擴散、綠色信息流更為重要的促進作用、“交易傳染型”綠色技術擴散、企業群落中所有的企業被理解為一種群落總體、基于交易的綠色技術“傳染復制”、“成功主體模仿”型綠色技術擴散、美國環境管制部門最終同意采納和推廣低鉛技術方案、市場機制對綠色技術擴散的自發調節作用等，具體請詳見。

摘要:指出了產品供應鏈的系統傳導作用為綠色技術在企業群落中的擴散提供了自然和充分的系統動力,綠色技術在物質流和信息流兩個層面上的擴散是這種動力作用的具體反映。繼而,運用演化博弈數學模型對綠色技術擴散的動力渠道問題進行了分析。研究認為,市場誘致作用下的“交易傳染型”和“成功主體模仿型”是綠色技術在企業群落內得以高效擴散的兩類最重要的動力渠道,反應了企業個體實施綠色技術變革的內在動機。在兩類動力渠道的作用下,企業的清潔生產意愿得以強化,綠色技術轉換環境得以改善。

關鍵詞:綠色技術;擴散層面;動力渠道;市場誘致

1引言

綠色技術(GreenTechnologies)或稱清潔技術工藝(CleanTechnologiesandCrafts)是指能減少環境污染、節能降耗的技術、工藝或產品的總稱,從經濟學意義上看,綠色技術的應用是為了使整個產品系統(或生命周期)的內部、外部成本總和最小化,具有明顯的正外部性效應。根據綠色技術進化程度以及與環境的匹配情況,可以將綠色技術分為三個層面:末端治理技術、清潔技術工藝、綠色產品制造[1]。末端治理技術是在生產的最后環節消除生產過程中產生的污染;清潔工藝注重在生產過程中合理利用資源、減少污染;綠色產品是從設計、研發、生產、銷售的全過程來節約能源,預防污染。

從外在來看,綠色技術的擴散與應用是企業群落可持續產業模式最重要的特征之一,群落系統內大多數企業采用清潔生產技術減弱對環境的負面影響、開展廢棄物資源化活動、企業投入專用設施與其他企業建立工業共生合作(工業廢物或副產品的交換利用)等。從內在來看,綠色技術實際上是促進企業生態化經營,進而推動整個群落生態化演進關鍵的知識(技術工藝)與物質(材料設備)保證。企業的綠色技術應用究竟發生在哪一層面和環節、綠色技術在群落中是通過何種渠道和方式來擴散和應用的,所有這些都是市場調節、政府管制下的企業自主決策結果。其中,企業所處供應鏈系統的自發傳導作用、迫于外部壓力的信息共享、為了獲得市場競爭力的策略反應等因素,是綠色技術在企業群落內得以擴散與應用的主要系統動力。

摘要：介紹了“國內高可靠性微電子裝備用焊膏”研制工程第一階段的部分工作，即對國外的三款無鉛焊膏和兩款有鉛焊膏的共計19個項目的材料理化性能進行摸底試驗，主要包括焊膏的金屬部分性能、助焊膏部分性能和焊膏整體性能，并將試驗數據匯總統計和分析，研究不同品牌焊膏的各項理化性能，旨在全面摸清國外知名品牌焊膏的理化性能水平和差異。同時，為高可靠性微電子工藝用焊膏的性能檢測提供了方法。

關鍵詞：微電子裝備；焊膏；理化性能；可靠性

隨著SMT技術被廣泛應用，焊膏作為當今電子產品生產中極為重要的關鍵材料，在SMT生產中發揮著巨大的作用，焊膏質量好壞在一定程度上決定了焊接的質量及產品可靠性水平[1]。提升焊膏品質對于提升電子工藝裝配水平，提高企業經濟效益，推動技術創新，支撐產業升級，保障工業安全具有重要的戰略意義。目前國內焊膏品牌與國外品牌在質量和性能指標存在一定差距，特別是質量穩定性和可靠性方面有較大差距，高端產品加工制造不敢大面積應用國產焊膏，用戶對國產焊膏產品缺乏信心。為提高國產焊膏品牌的核心競爭力，需要充分摸清國內外品牌焊膏性能的差距，取長補短，為加速國內品牌焊膏高水平、高可靠性發展做準備。本研制工程對國內外知名品牌焊膏的理化性能、工藝性和可靠性進行全面摸底，分析差距形成的原因，并不斷優化國產焊膏，使其更具國際競爭力。本文介紹了研制工程第一階段的部分工作，對國外知名品牌的三款無鉛焊膏和兩款有鉛焊膏的全項目理化性能進行了性能檢測和研究分析。

1研究內容及方法

1.1研究內容

本文從焊膏的金屬部分、助焊膏部分以及焊膏整體三個方面對國外焊膏進行分析研究：焊膏金屬部分的性能研究主要包括金屬含量、合金成分、合金粉末粒度大小及形狀分布；焊膏助焊劑部分的性能研究包括酸值、擴展率、殘留物干燥度、銅鏡腐蝕和銅板腐蝕；焊膏整體部分的性能研究包括黏度、觸變系數、黏滯力、坍塌、錫珠、離子鹵化物含量、總鹵、離子清潔度、表面絕緣電阻和電遷移。

1引言

功率模塊焊接和連接的最新技術水平是空白的使用一一半導體底面與頂層基材和鋁（A）粗線互連的無鉛焊接工藝。由于設計靈活性大、實現自動化的程序簡單，鋁線綁定現在己成為頂層互連的首選。遺憾的是，由于眾所周知的生命周期局限的原因，鋁粗線焊接成了眾多設計的瓶頸。過去，利用燒結帶或編織帶提出了一些關于芯片頂層觸點的解決方案對于1C或存儲產品而言，作為粗金（Au）線的替代品，銅（Cu）線綁定具有較高的適配率。還強烈希望采用較大直徑的電線作為鋁線的替代品，并提出了此課題的有關事項PM。銅線綁定保持了當前鋁線綁定法的設計靈活性和工藝靈活性，但是粗銅線要求頂層金屬化整體更加牢固，以防止功率半導體在粘合焊盤的作用下出現芯片裂紋和結構損壞。很多功率半導體制造廠正在著手解決這一問題。本文提出的連接方法的主要優勢之一是這種方法可使用粗銅線綁定，無需改變半導體頂層金屬化。因此，半導體制造廠可依靠現有的工藝技術和既定的金屬化，在前端和后端／封裝材料之間留出分隔線。于是，高可靠性功率模塊完全有可能實現較快的上市時間。銀燒結是一種成熟的功率半導體焊接和連接技術，｜｜J靠性很高，要求使用常見的金屬化表面。例如NiAu、Pd或Ag，這些表面都很常用，大多數制造廠有售。

2綁定和焊接技術

2．1低壓燒結。低壓燒結接受用于生產整流器功率模塊，采用這種技術，功率模塊質量更好，熱工特性、機械特性和電氣特性優良。燒結時需要在焊接件之間涂銀膏。燒結過程中，施加壓力產生一層密實的銀層，連接可靠。燒結過程中，當銀膏中的銀顆粒和有機物促使擴散力增加時，可減小施加的壓力。據報道，當前的燒結工藝可在40MPa以下的壓力水平完成｜6im。減小壓力可生產不同規格的模塊，從而增加設計靈活性，便于利用批量生產技術。2．2粗銅線綁定。銅線綁定是電力電子產品總成的大電流互連最看好的技術之一。與鋁線綁定相比，銅線綁定布局靈活性高、質量過程成熟，正因為這兩條原因，加快了銅線綁定的研發。與鋁材相比，電線粘合互連采用銅質材料，有兩大好處：（1）電流能力增加37％：（2）銅的熱傳導率好（比鋁的熱傳導率高達80％）。2．3丹佛斯粘合緩沖板技術（DBB）。丹佛斯粘合緩沖板技術（DBB）由燒結在金屬半導體頂層金屬化表面上的薄銅箔組成，如圖1所示。此外，替換半導體底面接口與DBC基體的凸點瓦連時，也可采用相同的燒結技術。圖1燒結DBB銀和銅線綁定熱堆棧的橫截面設計DBB吋，其尺寸要保證熱機械優化，以減小由于CTE不匹配而引起的機械應力。除了銅線綁定期間可吸收能量和保護晶片的特性外，DBB還具有很多熱特性和電氣特性優勢。采用DBB后，半導體內出現均勻的電流密度分配。由于豎向電流流動得到改善，無需在半導體上采用針腳式粘合。此部分將進一步介紹標準整流器模塊和第2部分所述方法制成的相同模塊之間的直接比較結果。

3結果

3．1熱模擬。為了證明新封裝技術的性能，我們使用熱模擬軟件FlowEFD，對不同的設計方案進行了研宄。為了便于對結果進行比較，所有方案都采用相同的條件。圖2顯示的是FEM模擬的邊界條件。圖2第一糢擬部分和第二糢擬部分的邊界條件DBB的附加熱能力對Zth曲線有積極影響，W為它能儲存短熱能脈沖。圖3所示的是不同變型（VI？V5）不同時間（l〇ms、100ms、1000ms）的熱阻抗。在燒結的DBB變型（V5）中，10ms的Zth比標準焊機技術（VI）低大于22％。另外，DBB的熱能力對Rth沒有負面影響，因為它未在熱源（晶片）和熱沉之間的傳熱路徑上。3．2可靠性。從以前的標準焊接模塊、燒結模塊和編織帶模塊試驗中得出比較數據W。功申循環結果如閣4所示。丹佛斯標準整流器模塊約有40000個循環，而采川鋁線的燒結模塊約有70000個循環。DBB模塊至少有600000個循環，比丹佛斯標準模塊好約15倍，比行業標準好約60倍mi。