一种有铅元器件和无铅元器件混装印制电路板的焊接方法技术

本发明专利技术涉及一种有铅元器件和无铅元器件混装印制电路板的焊接方法，通过使用有铅焊料，控制焊接温度曲线，在传统有铅焊接工艺的基础上适当提高焊接峰值温度和延长焊料液相时间，实现对无铅元件可靠焊接，采用本发明专利技术技术方案可以实现绝大多数有铅元器件和无铅元器件的一次焊膏涂布、贴片和焊接，其生产效率远远高于有铅和无铅器件分别焊接工艺，在提高生产效率、降低生产现场物料控制难度的同时，缩短了混装产品的生产周期、降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子装联
，特别是涉及一种用于有铅元器件和无铅 元器件混装印制电路板组合件的焊接方法。
技术介绍
随着电子产品无铅化进程的推进，大部分元器件均为无铅元器件或有铅 和无铅状态并存。在国外，为确保航空航天电子、医疗电子等产品的长期可靠性，以上产品不受RoHS和WEEE指令的约束。但由于我国军工行业现 状，即所采用的主要功能电子元器件依然依赖国外进口且遭到国外禁运，无 法获得军品以上级的有铅电子元器件，只能使用工业品级的无铅电子元器 件。由此，国内军工电子行业就必须面对一个国外发达国家无需面对的、没 有现成经验的有铅元器件和无铅元器件混装问题。所谓有铅元器件和无铅元 器件混装就是在同一印制板组合件上既有有铅元器件又有无铅元器件。这种 情况下无论采用有铅工艺、无铅工艺还是有铅/无铅分别焊接工艺都存在难 以解决的问题。如果对有铅元器件和无铅元器件不加区分，均按传统有铅工艺焊接，那 么大部分无铅器件会由于焊接温度过低使得无铅焊端镀层或焊球不能完全 熔化，使元件 一侧的界面不能生成满足要求的金属间化合物导致虚焊。因此， 如果无法有效识别无铅器件，采用单纯的有铅工艺焊接混装印制板组合件 时，会产生严重的质量问题。若采用无铅工艺，焊料和焊端都可以充分溶化，但对于混装印制板组合 件的焊接而言，这种工艺同样存在诸多难以解决的问题首先，有铅器件的 耐温程度将接受严峻考验，部分有铅器件会因为无铅焊接温度过高而性能下 降甚至失效；其次，使用无铅焊料(主流是SnAg3.5Cu0.5)焊接引脚镀层为Sn-Pb合金的有铅元件时，在焊锡与焊盘界面容易形成Pb偏析，即形成 Sn-Ag-Pb的17《C的低熔点层，在二次焊接时受热应力的作用会造成焊点 从焊盘上剥离，即所谓的Lift-off (焊点剥离)现象；第三，使用无铅焊料焊 接有铅BGA时，焊球上的有铅焊料先熔，覆盖焊盘与元件焊端，助焊剂排 不出去，造成气孔，影响焊点可靠性。另一种可能的工艺方案是将有铅元器件与无铅元器件分别焊接，即先用 无铅工艺焊接无铅元器件，再用有铅工艺焊接剩余的有铅元器件。这种工艺 方案原理上是可行的，它避免了上述由于焊料与器件不匹配而导致的问题， 但其存在着巨大的实施难度首先，无铅元器件焊接完成后，无法使用整板 涂布有铅焊膏，只能采用手工和局部网板的方式涂布，这无论在焊膏涂布效 果方面还是生产效率方面都是无法接受的；其次，生产现场物料控制难度极 高，需要人为区分和控制有铅和无铅焊膏及元器件，当批量生产高密度组合 件时，面对成千上万的、不同状态的元器件不发生错误几乎是不可能的。由 此可见，有铅/无铅元器件分别焊接只能适用于生产批量不大、组装密度不 高、可手工焊接的产品。而对包含大量多引脚、窄间距器件的高密度印制板 组合件的生产，这种工艺方案基本是不可行的。综上所述，现有常规工艺方法都无法有效解决混装问题，有铅元器件和 无铅元器件混装给电子装联技术带来了巨大的挑战。提供一种在保证悍点可 靠性的前提下，尽可能缩短混装产品的生产周期、降低生产成本的工艺方法 是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种有铅元器件和无铅元器件混 装印制电路板的焊接方法，以实现有铅元器件和无铅元器件的一次焊膏涂 布、贴片和焊接，在提高生产效率、降低生产现场物料控制难度的同时，缩 短了混装产品的生产周期、降低了生产成本。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的，包括如下步骤(1 )在印制电路板上涂布有铅焊膏；(2) 将有铅元器件和无铅元器件贴装在涂布有铅焊膏的印制电路板上；(3) 将所述印制电路板放入回流炉进行焊接，焊接过程中控制所述印制 电路板板面温度，使其温度的变化过程分为五个区间，分别为升温区、预热 区、活化区、回流区和冷却区，其中回流区的温度为183。C 183。C，峰值 温度为215°C~225°C;回流区的回流时间为70S 90S,优选回流时间 为80~90s。。其中所述无铅元器件不包括焊球材料为锡银铜的无铅BGA器件和焊 端镀层为锡铋的无铅元器件。在上述有铅元器件和无铅元器件混装印制电路板的焊接方法中，步骤 (1)中的有铅焊膏由焊料和焊剂混合形成，所述焊料为二元合金63Sn37Pb 焊料，所述焊剂为R型或RMA型焊剂，其中R型焊剂为低活性焊剂，RMA型焊剂为中等活性焊剂。在上述有铅元器件和无铅元器件混装印制电路板的焊接方法中，步骤(1) 中采用丝网印刷方式在印制电路板上涂布有铅焊膏。 在上述有铅元器件和无铅元器件混装印制电路板的焊接方法中，步骤(2) 中无铅元器件为有引脚无铅元器件及片式无铅元器件。 在上述有铅元器件和无铅元器件混装印制电路板的焊接方法中，步骤(3) 中升温区的温度为3CrC 10(TC，升温时间为60~90s,最大升温 速率小于4。C/s。在上述有铅元器件和无铅元器件混装印制电路板的焊接方法中，步骤 (3)中预热区的温度为100°C~150°C，预热时间为60~90s,最大升温 速率小于2°C/s。(3)中活化区的温度为150。C 183。C,活化时间为30~50s,其中当活化 区的温度为15CrC 17CrC时，活化时间为30~40s;当活化区的温度为170 。C 183。C时，活化时间为5 10s。本专利技术相比现有技术具有如下优点1、 通过使用有铅焊膏，控制印制电路板的焊接温度曲线，在传统有铅 焊接工艺的基础上提高焊接峰值温度，将传统有铅焊接温度为21CTC左右提 高到215°C~225°C,延长焊料液相时间为70s 90s，大量的试验证明在焊 接峰值温度为215。C 225。C的温度范围内，回流时间为70s~90s的条件下， 使用有铅焊膏可以实现有铅元器件与无铅元器件的可靠焊接，既不会由于温 度过高使有铅元器件的性能下降，也不会由于温度过低无法完成无铅元器件 的焊接，采用本专利技术技术方案可以实现绝大多数有铅元器件和无铅元器件(不包括焊球材料为锡银铜的无铅BGA器件和焊端镀层为锡铋的无铅元器 件)的一次焊膏涂布、贴片和焊接，其生产效率远远高于有铅元器件与无铅 元器件分别焊接工艺，可以接近传统有铅工艺的生产效率；2、 减少了焊接次数，从而避免了由于多次受热可能引发的印制电路板 变形和焊点可靠性下降问题；3、 大大降低了生产现场物料控制难度，无需人为区分和控制有铅元器 件和无铅元器件，同时缩短了混装产品的生产周期、降低生产成本。 附图说明图1为几种不同金属在铅锡焊料中的溶解速度图； 图2为本专利技术实施例中印制电路板的结构图； 图3为本专利技术有铅焊无铅工艺流程图4为回流区的峰值温度为210。C时有铅焊无铅工艺印制板板面实测 温度曲线；图5为回流区的峰值温度为215。C时有铅焊无铅工艺印制板板面实测温 度曲线；图6为回流区的峰值温度为225°C时有铅焊无铅工艺印制板板面实测温 度曲线；图7为回流区的峰值温度为23CTC时有铅焊无铅工艺印制板板面实测温度曲线。 具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本
技术实现思路
作进一步的详细说明 首先，有铅锡钎焊的机理是当焊接温度达到183。C后，熔融状态的有 铅焊锡与铜表面接触，会出现锡焊料润湿铜层的现象，此时锡原子会立刻扩 散到铜层中，铜原子也会在瞬时扩散到锡中，而Pb不参与扩散。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有铅元器件和无铅元器件混装印制电路板的焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：　（１）在印制电路板上涂布有铅焊膏；　（２）将有铅元器件和无铅元器件贴装在涂布有铅焊膏的印制电路板上；　（３）将所述印制电路板放入回流炉进行焊接 ，焊接过程中控制所述印制电路板板面温度，使其温度的变化过程分为五个区间，分别为升温区、预热区、活化区、回流区和冷却区，其中回流区的温度变化为：１８３℃上升至峰值温度，峰值温度下降至１８３℃，其中峰值温度为：２１５℃～２２５℃；回流区的回流时间为：７０Ｓ～９０Ｓ。　其中：所述无铅元器件不包括焊球材料为锡银铜的无铅ＢＧＡ器件和焊端镀层为锡铋的无铅元器件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何伟，毛春霞，刘芳，齐凤海，赵志勇，田军霞，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]