PCBA科技 - 鉛與無鉛BGA混合組裝的表面貼裝

1引言

這個 SMT無鉛工藝 已被廣泛使用, 但是，在軍事電子製造領域仍然使用鉛工藝, 但這些部件不能用鉛購買. 存在鉛和無鉛共存的現象. 現時, 我有所有的線索/無鉛BGA器件通常用於接頭組裝, 因為無鉛焊球的熔點不同於無鉛焊球的熔點, 例如, 使用Sn-Ag-Cu合金的無鉛BGA的熔點高2.17℃, Sn63-37Pb時，合金鉛BGA的焊球熔點為183℃. 如果使用Sn63-37Pb焊料的溫度曲線, 峰值溫度通常為210230℃. 假設PBGA的峰值溫度為220℃, 當溫度上升到焊盤上印刷的Sn-37Pb焊膏在183℃時開始熔化. 此時, 無鉛PBGA的Sn-Ag-Cu焊球未熔化； 當溫度上升到220攝氏度時, 焊接結束後，溫度將根據鉛工藝開始下降, 無鉛錫球剛剛融化. 儘管Sn-Ag-Cu合金的標稱熔點為217℃, 事實上, Sn-Ag-Cu合金不是真正的共晶合金. 液相線的溫度範圍為216轞220℃. 因此, 鉛工藝冷卻和凝固結束時的溫度正是無鉛Sn-Ag-Cu焊料球剛剛熔化時的溫度, 它處於糊狀狀態，固相和液相共存. 當焊球熔化時, 由於設備的重力, 錫球開始下沉. 在設備下沉期間, PCB有輕微振動或輕微變形, 這會破壞PBGA組件側面的原始焊接介面結構, 並且不能形成新的介面金屬. 合金間層可能導致PBGA和焊點一側失效. 從上面, 可以看出，鉛中應考慮兩種焊料的溫度特性/無鉛混合裝配工藝, 而較小的過程視窗更為困難.

為了在混合裝配中獲得可靠的焊接產品，不僅要關注裝配和焊接環節，而且要從裝配的前、中、後3個環節入手，加强全過程控制，根據具體情況區別對待，及時調整裝配生產計畫，使其更有針對性， 從而獲得可靠的產品。 以下以過程試驗為例，分別列出了加强各環節控制應注意的要點。

2工藝試驗

2.1試驗簡介

鉛/無鉛BGA混合組裝有兩種情况。 一種是無鉛器件的數量占多數，或者有大尺寸的無鉛BGA器件，並且使用相容的焊接工藝曲線進行焊接，這就是無鉛工藝曲線。 在此基礎上合理提高溫度，使峰值溫度控制在230-235℃範圍內，使無鉛BGA器件在滿足無鉛BGA器件所需回流溫度的同時不受損壞，從而實現更好的焊接； 二是大多數情况下有鉛器件的數量，無鉛BGA器件尺寸較小，可以通過植球工藝將無鉛器件轉換為有鉛器件，然後利用有鉛工藝曲線進行焊接。

在本實驗中, 使用兩種測試板：PCB 2, PCBA4, 這個 size of the test board 是100*150 mm, 該裝置使用Sn63-37Pb錫鉛和Sn-Ag-Cu焊料球資料無鉛PBGA虛擬片, the PCB厚度 is 1.6毫米.

2.1.1測試板的選擇

2.1.2設備情况

PCB2:D2、D3、D5為無鉛假片，D1、D6為植球後焊接用無鉛假片。

PCB4:D2、D3、D7為無鉛模擬板，D1、D5、D6和D8為無鉛模擬板。

2.2組裝前的準備

組裝前應檢查印製板和BGA設備本身。 具體檢查內容如下。

（1）印製板：板面無明顯翹曲； 墊板上不得有短路或開路； 焊盤上不得有文字、阻焊膜等污染； 氧化嚴重、加工質量差、表面污染嚴重，有其他品質問題的印刷電路板不能組裝並作為不合格品處理（如圖2所示）； 對於表面髒汙的印刷電路板，清潔2～3次後，在焊接前用蘸有無水乙醇的吸水棉球擠壓乾燥，以確保印刷電路板的表面清潔，焊接前清潔。

（2）BGA元件：將要組裝的BGA元件與無鉛/無鉛元件區分開來，並檢查BGA焊球是否存在氧化和缺陷。

2.3組裝

（1）為了消除焊接高溫中水分蒸發造成的不利影響，有必要對BGA器件和電路板進行預烘焙。 具體方法是：將BGA器件置於120℃的烘箱中48小時； 印製板110攝氏度，4小時。

（2）印刷錫膏時，錫膏應覆蓋焊盤面積的75%以上，錫膏表面應光滑、均勻、無空隙，且不得與相鄰焊盤短路，也不得粘附在焊盤周圍的基板上。 錫膏印刷和回流焊接之間的等待時間控制在2小時以內。

（3）設定焊接曲線

應注意的是，以下列出的焊接過程曲線參數是在本測試中使用的印製板測試期間獲得的。 在生產中，應根據板的實際情況：如板的尺寸、層數、設備類型、元件數量、分佈等綜合考慮，以調整和設定焊接曲線。

對於 iPCB, 板上無鉛BGA設備的數量大於有鉛設備的數量, 囙此，考慮設定焊接的相容性曲線, 並在多次測試和調整曲線後確定參數