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有鉛轉無鉛過渡期的質量控制與管理
2010-06-08
唐 暢、阮建雲

 

 

前言

 


  隨電子信息產業的發展,我國表面貼裝技術(SMT)也得到了迅猛發展,在人類環保意識不斷提高的今天,無鉛產品的生產已經有了比較成熟的工藝,但還有些公司的產品無鉛化工藝進程沒有全部完成,或是某些產品在無鉛方面是豁免的,於是出現了有鉛過渡到無鉛方面的質量控制問題,我們公司在2003年就手無鉛焊接工藝的準備,到現在為止,公司產品全部達到歐盟提出的環保標準(RoHS標準),所以,我們經歷了從有鉛過渡到無鉛的過程,在這個過程中,也有不少收穫,在此與大家共享,希望能給大家有所幫助。

 


  無鉛產品:產品總的鉛含量不能超過1000PPM.。


  有鉛產品:對產品的鉛含量沒有要求。


  環保產品:對產品中的六種有害物質含量進行控制,鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)、六價鉻(Cr6+)、多溴聯苯(PBB)、多溴聯苯醚(PBDE),見表1所列。

 

 

表1 ROHS指令標準

 


  無鉛焊膏:在焊膏中不含鉛或含鉛量滿足環保標準。
 

1 有鉛工藝過渡到無鉛工藝的準備


1.1 焊料的選擇


  焊料的選擇是有鉛過渡到無鉛最重要的因素,因為焊料中的成分變化,錫比例增大,並直接影響到焊接可靠性,也就直接影響到產品質量和壽命,現在最常用的焊料是Sn96.5%Ag3%Cu0.5%,但隨無鉛焊料的發展,低成本的焊膏不斷湧現,主要是減少了Ag的含量,焊接溫度也有所提高。所以,在選擇低成本焊膏時,一定要考慮自己產品的元器件是否能承受焊膏所要求的溫度。

 


a.要求焊膏生產廠家提供焊膏的相關資料,圖1為可供參考的溫度曲線.

 


 

 

圖1 參考溫度曲線

 

b. 選擇焊膏要考慮的特性:1.焊接溫度;2.焊接的可靠性;3.焊膏的印刷性(焊膏粘度),如圖2所示。

 

 

 


1.2 元件的選擇


  要求元件主體和電極的鍍層都能達到無鉛要求,含鉛量不能超過1000PPM。還有一個重要的問題就是,元件所能承受的最高溫度要達到260℃,才能保證使用無鉛焊膏焊接時元件不失效。如圖3所示,要求元件生產廠家提供SGS報告。如果自己具備有害物質檢測,就應進行再次確認,保證元件鉛含量達到標準的要求。

 

 

 

 

圖3


1.3 印製板的選擇


  在選擇PCB板時,對基板的耐高溫提出要求,FR4的TG點為130~145℃,它可以耐260-280℃,可以滿足無鉛焊接要求,我們採用的是FR4系列中的S2132(CEM-3)型號基材, 如圖4所示。

 

    

 

圖4

 


1.4 設備的選擇


  由於無鉛焊膏潤濕性較有鉛的差,所以,對焊膏印刷和貼片設備的精度要求較高,要嚴格區分有鉛和無鉛所用的設備,防止污染的發生,如:印刷焊膏的絲網,不能使用有鉛的;工具如:刮刀、鏟刀、清潔用具;貼片用的貼片機的上下料裝置、推杆、傳送帶、吸嘴等都應該是無鉛專用的,如圖5所示。

 

 

 

 

圖5

 


1.5 回流焊機的選擇


  一般選擇8溫區以上的回流焊機,這樣就可將溫度曲線控制在最佳狀態,要求橫向溫度差不能超過3℃,嚴格區分有鉛和無鉛使用的回流焊機,見圖6所示。

 

 

 

圖6

 


1.6 產品檢查和返修


  就產品檢查而言,很多企業已經完成了人工檢查過渡到儀器(AOI)檢查。如果是人工檢查就必須更換新的防靜電手套、鑷子、烙鐵、轉運工具、油性色筆、元件盒,嚴格區分有鉛和無鉛檢查使用的AOI檢查儀,保證無鉛產品不被污染,見圖7所示。

 

 

 

圖7

 


2 無鉛工藝的管理


  在從有鉛向無鉛工藝過渡的期間,或無鉛和有鉛工藝並存時,人們常常關注的是產品的質量。在無鉛產品中,還有一種質量更加重要,即鉛的含量的控制,如果不進行嚴格細緻的管理,無鉛工藝就沒有意義了,不能達到鉛含量的要求,就不能稱其為無鉛產品。所以,無鉛產品應該首先保證無鉛要求,才能保證品質。所以,無鉛工藝管理顯得尤為重要。從圖8可以看出,這種管理可從五個方面進行。

 

 

   

 

圖8


2.1 無鉛原材料的管理


  2.1.1 焊料、印製板、元件,有鉛和無鉛一定要隔離。由於無鉛產品在鉛的含量上有較嚴格的要求,(如:我們公司按客戶的要求,根據RoHS對鉛的含量進行控制,見表2)。原材料入廠時,就應該有環保標識,所以,要求原材料供應商做好標識,防止元件用錯,見圖9所示。

 

表2

 

 

 

圖9

 

 


  2.1.2 無鉛原材料的庫房、現場管理


  無鉛原材料使用要按先進先出的原則控制,保證元件的最佳使用效果,並做好標識,如圖10所示。

 

 

 

 

圖10

 


2.2 無鉛焊膏印刷工序的管理


  按以下操作順序做好生產前的確認,見圖11所示。

 

 

 

圖11

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