ROHS PCBA產(chǎn)品管理作業(yè)辦法

1、SMT Technology Development CommitteeSMT Technology CenterSMT技術(shù)中心ROHS PCBA產(chǎn)品管理作業(yè)辦法目 錄RoHS PCA制程概述RoHS物料選擇合金選擇元器件選擇PCB要求RoHS制程轉(zhuǎn)換RoHS轉(zhuǎn)換方針回流焊波峰焊焊接檢查測(cè)試重工與維修可靠性驗(yàn)證鉛污染預(yù)防RoHS PCA制程概述RoHS制程的導(dǎo)入RoHS產(chǎn)品定義為符合RoHS要求的產(chǎn)品,RoHS制程即為生產(chǎn)RoHS產(chǎn)品的制造過(guò)程 .對(duì)于PCA制程,主要的RoHS限制物質(zhì)就是鉛. 所以鉛的替代以及制程中鉛的控制是我們的重點(diǎn).成功實(shí)現(xiàn)RoHS制程需要全面的制程定義,合理的材料選擇,

2、和持續(xù),條理化的反饋檢查和分析。RoHS導(dǎo)入五步法: 1 選擇合適的焊料和設(shè)備 2 定義制程 3 開發(fā)健全制程 4 進(jìn)行無(wú)鉛制程生產(chǎn) 5 管控并完善制程RoHSRoHS PCA制程概述RoHS對(duì)PCA制程影響概述多數(shù)的現(xiàn)有制程不會(huì)有大的影響 組件/焊料成本增加 無(wú)鉛焊接的污染問(wèn)題會(huì)影響可靠性 更高的焊接溫度 無(wú)鉛焊料較差的潤(rùn)濕性 需要更加嚴(yán)格的物料檢驗(yàn)和管控 需要專用性能更好的設(shè)備RoHS PCA制程概述RoHS制程的主要挑戰(zhàn)PCB與組件的兼容性問(wèn)題有關(guān)無(wú)鉛標(biāo)識(shí),測(cè)試驗(yàn)證的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還比較缺乏無(wú)鉛焊料的應(yīng)用還不成熟制程中會(huì)出現(xiàn)更過(guò)的不良諸如空洞,上錫.可靠性數(shù)據(jù)的應(yīng)用與關(guān)聯(lián)昂貴物料的成本控制更小

3、的制程窗口RoHS PCA制程概述RoHS制程VS有鉛制程RoHS物料選擇無(wú)鉛合金選擇錫鉛焊錫的使用根源:鉛是自然界分布很廣的元素，地殼中含量為0.0016.由于鉛的獨(dú)特性質(zhì)-柔軟性、延展性、低熔點(diǎn)和耐腐蝕,使鉛成為應(yīng)用最廣泛的金屬之一.在錫中加入鉛可以獲得錫和鉛都不具備的優(yōu)良特性: (1) 降低熔點(diǎn),便于焊接 Sn(231.9oC) Pb(327.5oC)共晶熔點(diǎn) 183oC (2) 改善機(jī)械性能,抗拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度都增強(qiáng) (3)降低表面張力,有良好的流動(dòng)性,潤(rùn)濕性好 (4) 抗氧化性增強(qiáng),抗腐蝕性好 (5) 導(dǎo)電性好 (6) 焊點(diǎn)外觀好,便于檢查 (7) 鉛的資源豐富,成本低無(wú)鉛合金選擇選

4、擇用來(lái)取代鉛的材料必須滿足以下要求 原料來(lái)源廣泛. 無(wú)毒性. 易于使用 可循環(huán)再生的無(wú)鉛合金選擇替代鉛的材料及其相對(duì)價(jià)格 一般來(lái)說(shuō)，幾乎所有的無(wú)鉛焊錫都比錫/鉛共晶的潤(rùn)濕性能(擴(kuò)散性)差總合考慮,目前還沒(méi)有開發(fā)出能與共晶錫鉛相媲美的替代品無(wú)鉛合金選擇Sn,Ag,Cu系統(tǒng)的合金具有相當(dāng)好的物理和機(jī)械性能,是無(wú)鉛合金的主要選擇.為確保回焊,波峰焊, 維修及重工之間的兼容性,在RoHS轉(zhuǎn)換階段,我們選擇SAC305合金為RoHS焊料的基礎(chǔ).SAC305 即 96.5%Sn-3.0%Ag-0.5%Cu.為什么選擇SAC305?生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)接近共晶溫度(220)行業(yè)認(rèn)可相對(duì)低毒性易與使用廣泛應(yīng)用于亞洲電子行

5、業(yè)有效控制成本(比其它SAC材料成本低)與重工,波峰焊,回焊等兼容性好無(wú)鉛合金選擇無(wú)鉛焊料特點(diǎn)(SAC305) :熔點(diǎn)高,183 vs 217.表面張力大,流動(dòng)性差,潤(rùn)濕性差延展性有所下降拉伸強(qiáng)度和耐疲勞性強(qiáng)比Sn/Pb優(yōu)越.對(duì)助焊劑的熱穩(wěn)定性要求更高.高溫下對(duì)Fe有很強(qiáng)的溶解性.RoHS元器件的選擇元器件必須滿足RoHS的要求,并有確且的含量定義.所選元器件要同RoHS制程兼容。組件應(yīng)該能夠抵抗無(wú)鉛制程所需的較高溫度.一般無(wú)鉛組件需要耐受260度的無(wú)鉛制程溫度.從組件供貨商處確認(rèn)所用的組件是否適用于特定的進(jìn)程。依據(jù)焊錫合金、設(shè)備選用、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不同，每一種板卡制程要求的溫度可能不一樣。高溫下

6、元器件不良RoHS元器件的選擇BGABGA類錫球合金必須與所選擇的錫膏兼容.BGA制造商一般選擇錫銀銅合金作為錫球. 原則上錫鉛和無(wú)鉛BGA包裝不可以混裝在同一片板上如果通過(guò)焊點(diǎn)可靠性測(cè)試與SAC錫膏兼容,也可以使用其他合金成分組件端子鍍層只允許使用無(wú)鉛處理, 目前首選的鍍層為Ni/Pd/Au (鎳/鈀/金),其次為Ni/Pd,粗錫鍍層也可接受噴錫是一種替代錫鉛處理的引腳處理方式,但要考慮錫須的影響.所選擇焊料表面處理的兼容性應(yīng)該經(jīng)過(guò)焊點(diǎn)可靠性測(cè)試得評(píng)估PdCuNiAuCuSnSAC錫球鍍層RoHS PCB要求PCB材質(zhì)PCB符合RoHS要求,包括PCB材質(zhì),油墨,鍍層.PCB能夠經(jīng)受無(wú)鉛高溫

7、制程.適用于有鉛制程的PCB用于無(wú)鉛制程時(shí)會(huì)產(chǎn)生可靠性問(wèn)題.變形,PAD脫落,孔環(huán)脫落,裂縫等高溫下PCB不良PCB表面處理PCB表面處理必須是無(wú)鉛的,要與所選擇的RoHS合金兼容, 每種處理方式都有其優(yōu)缺點(diǎn).目前我們主要為OSP和Im-Ag.RoHS PCB要求錫須介紹純錫鍍層會(huì)產(chǎn)生錫須(PCB&組件),錫須會(huì)引起許多嚴(yán)重的可靠性風(fēng)險(xiǎn),比如導(dǎo)致電路短路.錫須是一種自然發(fā)生的現(xiàn)象,在純錫處理的鍍層錫須產(chǎn)生的過(guò)程如圖所示.多數(shù)的錫須是單一晶體,隨時(shí)間“成長(zhǎng)”,有的會(huì)長(zhǎng)到10mm以上.一般可接受的標(biāo)準(zhǔn)在50um以下.錫須有許多形狀,絲狀,結(jié)狀,柱狀,針狀,丘狀等錫須的成長(zhǎng)CuSn錫須的影響和預(yù)防業(yè)

8、界還在研究中目前降低錫須造成的可靠性風(fēng)險(xiǎn)的方法使用大顆粒的粗錫鍍層(2um)加厚純錫鍍層(10um)保形涂層Conformal coating增加鎳基鍍層(Cu/Ni/Sn)回焊錫鍍層減小壓力蘸錫處理大間距組件(PTH)在錫鍍層中加入其他元素(Cu,Bi)嚴(yán)格控制錫鍍層制程錫須介紹RoHS制程轉(zhuǎn)換RoHS制程轉(zhuǎn)換方針 RoHS轉(zhuǎn)換就是由目前的有鉛產(chǎn)品生產(chǎn)向RoHS產(chǎn)品生產(chǎn)轉(zhuǎn)換的過(guò)程方案A是我們采取的.Pb contentRoHS ComplianceTin leadsolderMix technologyNot RoHS ComplianceSn/PbOption COption AOptio

9、n BRoHS教育訓(xùn)練所有參與RoHS生產(chǎn)的人員必須經(jīng)過(guò)相關(guān)教育訓(xùn)練并認(rèn)證合格,實(shí)行佩證上崗.不同的級(jí)別和工站進(jìn)行不同的訓(xùn)練,有訓(xùn)練記錄, RoHS文件管控發(fā)行專用文件來(lái)實(shí)現(xiàn)RoHS生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)的管控.RoHS區(qū)分隔離RoHS生產(chǎn)區(qū)域標(biāo)識(shí)RoHS物料標(biāo)識(shí)RoHS專用治工具標(biāo)識(shí)人員標(biāo)識(shí)關(guān)鍵: 區(qū)分出RoHS與有鉛RoHS轉(zhuǎn)換檢查RoHS生產(chǎn)前需要對(duì)生產(chǎn)線及相關(guān)的區(qū)域等方面進(jìn)行檢查,以確保所有程序都是符合要求的.無(wú)鉛回流焊 高溫的回焊制程,會(huì)增加PCA和元器件的熱沖擊.PCB的彎曲,變形會(huì)影響B(tài)GA的可靠性.因此在回焊過(guò)程, 使用合理的治具控制PCA的彎曲非常重要.為了獲得良好的焊接質(zhì)量,建議使用

10、氮?dú)饣睾冈O(shè)備.閉環(huán)焊劑分離/收集系統(tǒng)可去除再流焊設(shè)備內(nèi)部95%的焊劑殘?jiān)?同時(shí)保證氮?dú)獾脑傺h(huán)利用空氣再流焊設(shè)備采用還需要有過(guò)濾器系統(tǒng),最小化排放廢氣污染以滿足環(huán)保要求.無(wú)鉛回流焊曲線的獲得要通過(guò)測(cè)溫板來(lái)測(cè)量,測(cè)溫板的制作原則等同于有鉛制程.RoHS溫度的提升需要對(duì)測(cè)溫板的使用壽命重新評(píng)估. RoHS回焊溫度曲線的規(guī)格來(lái)自于錫膏供貨商的推薦,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,客戶的要求, 以及工程經(jīng)驗(yàn). (最終決定于PCA的復(fù)雜程度及錫膏供貨商的推薦.)無(wú)鉛波峰焊溫度曲線示例All parameters meet the defined specs.無(wú)鉛波峰焊概 述 波峰焊,就是將助焊劑涂布在PCB背面,并使之

11、預(yù)熱到活化溫度,利用焊錫將PCB與PTH電子元器件焊接起來(lái).無(wú)鉛波峰焊的特點(diǎn):高溫,較差的流動(dòng)性,潤(rùn)濕性,易產(chǎn)生錫渣,焊點(diǎn)外觀黯淡粗糙,延展性差.item合金共晶溫度錫溫有鉛Sn63/Pb37183245無(wú)鉛SAC305217219260無(wú)鉛波峰焊無(wú)鉛波峰焊制程轉(zhuǎn)換無(wú)鉛焊料會(huì)腐蝕與它接觸的設(shè)備部件, RoHS制程的波峰焊設(shè)備應(yīng)采用耐高溫,耐腐蝕的合金材料(不銹鋼+鍍鈦合金)理想的狀況是使用專用的RoHS設(shè)備. 現(xiàn)有的波峰焊設(shè)備轉(zhuǎn)換為RoHS時(shí)必須注意以下幾點(diǎn):錫槽必須先用純錫清洗,然后熔無(wú)鉛錫條.所有用于有鉛的容器在投入RoHS應(yīng)用時(shí)必須仔細(xì)清潔.為保持錫的純度,保證無(wú)鉛質(zhì)量,錫槽合金成必須定

12、期檢測(cè).任何輕微的鉛污染都會(huì)嚴(yán)重影響焊點(diǎn)的可靠性,所有PTH組件必須保證為RoHS組件.使用無(wú)鉛焊錫時(shí)產(chǎn)生的錫渣比使用Sn/Pb焊錫要多.無(wú)鉛波峰焊無(wú)鉛波峰焊不良表現(xiàn)無(wú)鉛波峰焊接常見不良:不上錫少錫縮錫拉尖冷焊焊點(diǎn)起縐吹孔錫球焊盤翹曲連錫PCA經(jīng)過(guò)波峰焊會(huì)發(fā)生漏銅現(xiàn)象,無(wú)鉛焊料對(duì)銅的吸收能力很強(qiáng),即所謂的食銅現(xiàn)象. 尤其是采用OSP表面處理的PCB.對(duì)于錫銀銅焊錫可采用錫銀SAC300的錫棒進(jìn)行銅含量調(diào)整.PTH孔上錫是無(wú)鉛波峰焊接的重點(diǎn)和難點(diǎn). 無(wú)鉛焊料焊接OSP板可以用以下方法來(lái)提高通孔填充: 降低鏈速,以延長(zhǎng)焊錫時(shí)間 增加助焊劑噴涂量,減少熱風(fēng)刀壓力使用活性更強(qiáng)的助焊劑,如水洗助焊 劑或

13、固含量更高的助焊劑 提高錫波高度 提高錫爐溫度 使用固含量,酸性更高的助焊劑 開啟擾流波輔助焊接 改善波峰焊載具無(wú)鉛波峰焊2402502601.4m/min1.1m/min0.8m/min錫爐溫度直接影響孔上錫.鏈速越低,填充效果越好.波峰焊助焊劑(FLUX)介紹助焊劑的四大功能清除焊接金屬表面的氧化物;在焊接物表面形成一液態(tài)的保護(hù)膜隔絕高溫 時(shí)四周的空氣,防止金屬表面的再氧化;降低焊錫的表面張力,增加其擴(kuò)散能力焊接的瞬間, 促進(jìn)焊錫與受熱組件和鍍層結(jié)合,順利完成焊接。無(wú)鉛制程對(duì)助焊劑的要求 1.使用活性更強(qiáng),或固含量更高的助焊劑 2. 助焊劑的熱穩(wěn)定性要求更高. 無(wú)鉛波峰焊無(wú)鉛波峰焊在錫爐區(qū)

14、域使用氮?dú)鈱?huì)減少錫渣產(chǎn)生,同時(shí)提高焊料的潤(rùn)濕性.氮?dú)鈺?huì)減少板面和組件產(chǎn)生氧化,由此來(lái)彌補(bǔ)無(wú)鉛焊料潤(rùn)濕性差的影響,尤其對(duì)免洗助焊劑顯得更為重要. 氮?dú)庖部梢詼p少連錫和拉尖,可以改善較厚板的通孔填充效果.通用的RoHS波峰焊溫度曲線的規(guī)格來(lái)自于助焊劑供貨商的推薦,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,客戶的要求, 以及工程經(jīng)驗(yàn).無(wú)鉛波峰焊溫度曲線示例All parameters meet the defined specs.無(wú)鉛焊接的檢查與錫鉛焊點(diǎn)相比,無(wú)鉛的焊點(diǎn)光澤較暗,多粒,多坑無(wú)鉛焊點(diǎn)延展性較差,外觀差異較大由于如上差異,缺少經(jīng)驗(yàn)的人員可能會(huì)誤判誤判的結(jié)果將會(huì)反映在冷焊,少錫,空焊上RoHS制程目檢的檢查標(biāo)準(zhǔn)可

15、能要做修正檢驗(yàn)人員需要重新進(jìn)行教育訓(xùn)練,增強(qiáng)對(duì)無(wú)鉛焊接的認(rèn)識(shí)IPC-A-610是通用的板子裝配檢驗(yàn)規(guī)范.目前新版(IPC-A-610D)已經(jīng)發(fā)行,其中增加了對(duì)無(wú)鉛焊接的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn).X-Ray&AOI檢驗(yàn)沒(méi)有大的影響,但需要針對(duì)無(wú)鉛工藝進(jìn)行重新設(shè)定.無(wú)鉛制程ICT無(wú)鉛焊錫表面殘留比較堅(jiān)硬,ICT測(cè)試難度增大.為了能夠刺穿表面殘留,達(dá)到更好的接觸效果, 需要更大的測(cè)試力和新型的高彈力探針.測(cè)試壓力的增加會(huì)加大測(cè)試治具對(duì)PCA及組件的損壞, 所以所用的測(cè)試治具要經(jīng)過(guò)應(yīng)力測(cè)試和破壞性試驗(yàn)如紅墨水,切片等驗(yàn)證.使用高彈力探針無(wú)鉛制程ICT焊錫表面的堅(jiān)硬和測(cè)試壓力的增大使得探針更易磨損.在RoHS免洗制程中

16、,應(yīng)選用免洗探針.OSP表面處理是ICT的難點(diǎn).一般需要在測(cè)試點(diǎn)上沾錫來(lái)提高測(cè)試性. 測(cè)試點(diǎn)沾錫可以通過(guò)兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn) : 測(cè)試點(diǎn)印刷錫膏,經(jīng)回焊后形成有錫測(cè)試點(diǎn)(雙面制程). 選用鏤空的波峰焊載具,通過(guò)波峰焊來(lái)達(dá)到測(cè)試點(diǎn)上錫(單面制程).維修與重工手工維修SMT被動(dòng)組件和小組件的重工使用烙鐵,主動(dòng)組件重工使用熱風(fēng)裝置基于無(wú)鉛焊錫的特性,烙鐵溫度可達(dá)360400 0C.而且烙鐵的功率也需要增大.不同組件選擇不同的烙鐵頭無(wú)鉛的維修目前還很不成熟(溫度和作業(yè)).對(duì)于一些復(fù)雜的PCA或組件,還需要預(yù)熱以降低PAD受損.為了得到合理的維修效果在重工時(shí)避免交叉污染 不同的助焊劑 不同的合金維修與重工BG

17、A重工BGA重工工站需要更強(qiáng)大的加熱設(shè)備SRT -1100HR 重工系統(tǒng)需要有計(jì)算機(jī)來(lái)監(jiān)控時(shí)間和溫度,溫度需要用熱電耦來(lái)測(cè)量.重工使用的錫膏印刷治具/設(shè)備應(yīng)該能夠精確對(duì)位,所印刷的錫膏量應(yīng)該等同于正常印刷制程.當(dāng)殘留不應(yīng)響電氣性能時(shí)不需要清洗. 重工后應(yīng)該有X-Ray檢查系統(tǒng)進(jìn)行檢查.維修與重工小錫爐/錫槽重工PTH組件的重工使用專用的無(wú)鉛小錫爐 小錫爐實(shí)際上就是一個(gè)小型波峰焊, 小錫爐需要有自動(dòng)的錫波控制系統(tǒng)和預(yù)熱能力. 小錫爐的噴錫開口應(yīng)該由組件的尺寸來(lái)設(shè)計(jì).材質(zhì)使用耐腐蝕的鈦合金. 針對(duì)重工和維修,PCA浸泡在無(wú)鉛錫波的時(shí)間必須嚴(yán)格控制,減少PCA受熱和元器件的損壞. 一般要求浸錫時(shí)間不

18、超過(guò)15s.錫樣成分需要要做檢驗(yàn),把污染降低到最小限度.RoHS產(chǎn)品可靠性驗(yàn)證工藝驗(yàn)證 -目檢 - AOI - X-Ray清潔度驗(yàn)證 -離子測(cè)試 - SIR & ECM完整性驗(yàn)證 -推拉力測(cè)試 -切片測(cè)試 -紅墨水測(cè)試 - C-SAM - IST測(cè)試焊點(diǎn)外觀檢驗(yàn)(SMT)焊點(diǎn)是否上錫良好,助焊劑殘留,焊點(diǎn)外觀是否允收.檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)IPC-A- 610D.OKNGPCA表面是否清潔無(wú)殘留,外觀是否有其他焊接不良焊點(diǎn)外觀檢驗(yàn)(PTH)OKNGX-RAY檢驗(yàn)BGADIMME-CAPBGA是否焊接良好,有無(wú)空洞.PTH孔上錫狀況NGOK切片分析BGA焊點(diǎn)是否焊接良好,有無(wú)空洞,裂痕,上錫不足.DIMM &

19、E-CAPVIAOKQFPNG鉛污染預(yù)防鉛污染由于在向無(wú)鉛工藝的轉(zhuǎn)換過(guò)程中仍然會(huì)有大量的錫/鉛產(chǎn)品生產(chǎn)和存在,因而產(chǎn)生鉛污染的機(jī)會(huì)很大.過(guò)去一直認(rèn)為無(wú)鉛合金中含有鉛是可以接受的.實(shí)事上,無(wú)鉛體系中晶體結(jié)構(gòu)的金屬間化合物是不溶的, 它會(huì)在引腳邊析出,在焊點(diǎn)處形成空穴從而導(dǎo)致焊點(diǎn)失效.鉛污染鉛作為雜質(zhì)進(jìn)入到焊點(diǎn)中會(huì)增加焊點(diǎn)的強(qiáng)度,但會(huì)產(chǎn)生金屬間結(jié)晶結(jié)構(gòu),降低了焊點(diǎn)的延展性和韌性,從而加大了焊點(diǎn)破裂的風(fēng)險(xiǎn).更重要的時(shí),鉛的混入使得產(chǎn)品中鉛超標(biāo),就不可以稱其為RoHS產(chǎn)品. 任何輕微的鉛污染都會(huì)嚴(yán)重影響焊點(diǎn)的可靠性 任何悉知的鉛污染問(wèn)題都必須得到客戶的承認(rèn) . 總之,要避免鉛污染鉛污染的途經(jīng)制程中造成

20、鉛污染的途經(jīng)在貼有RoHS標(biāo)簽的產(chǎn)品含有超標(biāo)的鉛雜質(zhì)時(shí)進(jìn)行交貨.在貼有RoHS標(biāo)簽的產(chǎn)品實(shí)際上是有鉛產(chǎn)品時(shí)進(jìn)行交貨.污染焊料槽,這樣就會(huì)連鎖造成許多其它電路板的污染.由于一些焊點(diǎn)的在進(jìn)程中被錯(cuò)誤的處理,造成污染.鉛污染預(yù)防專線生產(chǎn)波峰焊設(shè)備一旦被用于無(wú)鉛焊接，那么它一般被專用于無(wú)鉛焊接。由于產(chǎn)線的規(guī)劃,這就意味著整條產(chǎn)線都必須在同一時(shí)期內(nèi)專用于處理RoHS波峰焊產(chǎn)品.整個(gè)產(chǎn)品車間可分為RoHS產(chǎn)品制造部分和SnPb產(chǎn)品制造部分。要使得損失最小就要求仔細(xì)的考慮使得產(chǎn)線的轉(zhuǎn)化與產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化同步。鉛污染預(yù)防避免組件的混裝要求供貨商對(duì)每個(gè)RoHS組件提供一個(gè)獨(dú)立的料號(hào).不推薦在不使用獨(dú)立料號(hào)的情況下(比如以日期編號(hào))進(jìn)行RoHS轉(zhuǎn)換.對(duì)于那些沒(méi)有供貨商料號(hào)標(biāo)致的組件,要求供貨商提供一種方法來(lái)確定其所供應(yīng)的產(chǎn)品是RoHS的(比如不同的組件記號(hào)).對(duì)新的RoHS組件指定新的內(nèi)部料號(hào). P/N - G (ODM) 直接使用客戶RoHS料號(hào)鉛污染預(yù)防防止電路板混裝當(dāng)Sn/Pb和RoHS產(chǎn)品是在同一設(shè)備上生產(chǎn)時(shí)，一定要將不同制程的電路