无铅有铅混装焊接工艺方法略谈

郑汉伟

摘 要：电子技术的快速发展，使得无铅器件开始成为人们关注的重点。而无铅有铅混装也成为了各种工艺产品制作过程必须面临的问题。无铅有铅混装涉及到的问题又很多，既有两者的兼容性问题，也有高温焊接等因素的影响。本文主要探讨了无铅有铅混装焊接工艺相关问题，对其工艺进行了分析。

關键词：无铅有铅混装；焊接；工艺

科学技术的不断发展，推动了产品质量的不断改进。无铅电子器件的出现，促进了现代电路和整机系统的发展。在很多产品中，也出现了无铅器件和有铅器件共同存在的情况，这就对制作工艺有了更高的要求。一方面，在产品组装过程中，就必须考虑无铅有铅的相容性问题。另一方面，对于无铅材料而言，其融化温度很高，一般其熔点都要比有铅材料高出30℃左右。因此，这也使得产品组装过程中，必须采用更加准确的焊机工艺，保证材料不被损坏且能完成组装。

1 无铅有铅混装焊机工艺概述

1.1 无铅有铅混装焊机工艺简介

电子产品的无铅化一直是业界和市场希望解决的重点问题。早在本世纪初，一些无铅化的消费电子产品开始出现在市场。但是，当时很多电子组装企业存在无铅元器件不足的问题，这样，只能用有铅元器件来代替部分无铅元器件。这就是早期无铅和有铅混装焊接的现象。

在电子产品领域，无铅化代表其未来发展方向。但是，当前市场，仍然很有多产品，包括军用产品和通讯产品等，并没有无铅化的要求，它们主要还是使用有铅元器件。这种情况下，这部分电子组装企业也会采用无铅元器件来代替有铅元器件，这样，也会存在有铅和无铅材料焊接的现象。目前，这种现象在军用产品和航天产品等方面很普遍。这是因为，出于可靠性的需要，这些产品大多仍只能采用有铅材料。

所以，当前无铅有铅混装现象较为普遍，对于普通电子产品和军用电子产品都必须面临这样的问题，而分析无铅有铅混装焊机工艺也就具有很重要的实际意义

1.2 无铅有铅混装焊机工艺分类

无铅有铅混装焊机工艺主要分为以下几种：

一是在无铅元器件端焊接有铅焊料。现在，很多元器件都是属于无铅器件，制造商不提供有铅元器件。而对于军用产品或者航天产品，其必须保证产品的可靠性，因此，在某些部分只能采用有铅器件，这就会要求在无铅元器件端焊接有铅焊料。

二是有铅元器件端焊接无铅焊料。这种情况主要出现在国内组装企业。我国当前制造工业水平还不是很高，很多电子元器件都是依赖进口。因此，这些企业的无铅元器件的货源不是很足，只能部分采用无铅元器件。这就要求将无铅器件焊接到有铅元器件上。

2 无铅有铅混装焊接工艺分析

影响无铅有铅混装焊接工艺的因素有很多，除了无铅和有铅材料的相容性问题，也要考虑到材料温度等方面的问题。

2.1 高温的影响

焊接工艺往往需要采用很高的温度，这就对材料或者元器件本身产生不利的影响。对于无铅材料而言，其融化温度很高，因此，在焊接时，也就必须采用更高的峰值温度。而在无铅有铅混装焊接中，有铅材料的熔点要比无铅材料低30℃左右。一旦采用更高的峰值温度，就会导致因为温度过高而引发的各种问题。所以，无铅有铅混装焊接工艺必须高温问题。高温的不利影响必须采取一定的措施加以解决。高温很容易导致元器件出现开裂现象，降低那些湿度敏感元器件的可靠性。同时，高温也可能会使得一些器件因为受热变形，进而出现金属化孔镀层断裂的情况，导致其失效，不能发挥作用。

2.2 相容性的影响

无铅材料和有铅材料的相容性是两者混装需要重点考虑的问题。对于集成电路焊接而言，其焊球可以分为两种，即传统的Sn/Pb焊球和SnAgCu（SAC）无铅焊球。此外，焊膏又有Sn/Pb焊膏和SAC焊膏两种。因此，焊球与焊膏的组合共有四种，分别是Sn/Pb焊球和Sn/Pb焊膏，Sn/Pb焊球和SAC焊膏，SAC焊球和Sn/Pb焊膏，SAC焊球和SAC焊膏。根据以往学者的研究发现，Sn/Pb焊球和Sn/Pb焊膏的组合，以及SAC焊球和SAC焊膏的组合，焊接后的焊接点质量都较好，而另外两种组合焊接后的焊接点质量较差。

而造成这种不同质量的主要原因就是相容性的问题。以SAC焊球和Sn/Pb焊膏为例，其焊接工艺的相容性问题，有铅焊料需要焊接温度在205℃～225℃之间，而此时，SAC焊球并不能完全融化。这种后果是很严重的，有焊球并没有完全熔融，就使得无铅和有铅在混装时，不能完全融合，进而导致焊接点的结构不均匀。这样，焊接点会在温度冲击或者长时间使用的情况下发生失效，对产品质量有着致命性的影响。此外，Sn/Pb焊球和SAC焊膏的组合，在实际过程中，有铅焊球将会先熔化，进而其可以腐败在元器件焊端上面，组织了助焊剂的挥发。这就会使得焊点出现很多空洞，导致焊点质量不佳。根据研究表明，只有焊球的熔点高于或等于焊膏的情况下，这种组合在应用中，才能有价值。否则，焊球先熔化，很容易引起空洞问题，对产品质量有着严重影响。

2.3 温度曲线的控制问题

温度曲线控制同样会对无铅有铅混装焊接效果产生一定的影响。对于纯有铅或者无铅的焊接，不存在焊端镀层材料的影响，也不存在焊球与焊膏之间相容性的影响。因此，这类焊接的温度曲线控制较为简单，并且已经有了很成熟的经验。而对于无铅有铅混装焊接，其情况就变得复杂。一方面，无铅材料和有铅材料的熔点不一致，因此，温度控制时，一定要注意其最高耐热温度不能超过240℃，这就要求焊接时，其最高的焊接温度也不能超过240℃。另一方面，对于无铅焊球而言，其液相线温度一般在210℃左右，这样，如果仍然使用传统的有铅焊机温度控制曲线设置，势必会使得无铅焊球无法完全融化，这也会很容易导致焊接质量出现问题。而一味提高温度，也会使得工艺窗口急剧缩小。所以，研究有效的温度控制曲线，对保证无铅有铅混装焊接质量有着重要的作用。

3 结论

无铅有铅混装焊接工艺在电子元器件和产品制作中有着重要的作用，在很多电子器件生产中普遍存在。而无铅有铅混装焊接与纯的有铅或者无铅焊接不同，其必须考虑到有铅材料和无铅材料的相容性问题，也要考虑到高温及温度控制等方面的问题。未来，随着无铅有铅混装焊接工艺条件的不断改善，经验不断的丰富，其在电子产品生产方面将有着很广泛的应用。

参考文献：

[1]蒋庆磊，张玮，刘刚，等.有铅焊料与无铅BGA混合焊点显微组织性能研究[J].电子工艺技术，2013，34（2）：79.

[2]江平.无铅有铅混装焊接技术[J].电子工艺技术，2013，34（6）：356.