某型號譯碼器電路板回流焊接工藝優化

阮波

摘 要：針對某型號譯碼器電路板有鉛無鉛元器件混裝帶來的問題，在工藝試驗基礎上，優化工藝流程及回流焊接參數，以保證采用有鉛焊膏焊接有鉛無鉛元器件的可靠性。

關鍵詞：有鉛；無鉛；混裝；工藝優化

緒論

隨著世界環保的推行，市場上有鉛元器件的種類在逐漸減少，越來越多的無鉛器件已進入高可靠電子產品組裝中，國內軍工行業高新及部分預研項目為實現產品技術指標和功能，必須選購國外集成電路芯片。在某型號譯碼器電路板使用的表面安裝元器件中，各種集成芯片主要依賴進口，BGA封裝器件的焊球、QFP封裝器件的引線鍍層已經改用無鉛材料，而片式電阻、電容、電感、二極管等國產元件的引腳還是采用傳統的錫鉛合金，這就在有鉛制程下出現了有鉛和無鉛混裝現象，需要設置合理的工藝流程和焊接參數來保證焊接質量。

優化前的工藝流程

某型號譯碼器電路板由于存在無鉛BGA封裝器件，生產中采取了用有鉛焊膏（主要成分為Sn62Pb36Ag2）3次回流焊接的工藝流程，如圖1所示。

第1次回流時完成電路板上含BGA面的BGA器件和同面其它無鉛器件焊接，峰值溫度235℃；第2次回流時完成電路板反面阻容元件的焊接，峰值溫度210℃；第3次回流時完成BGA面剩余元器件的焊接，峰值溫度220℃；對于部分未能絲印焊膏又無法手工點焊膏的器件，采取手工焊接的形式完成焊接。上述流程考慮了有鉛、無鉛焊接對回流溫度要求的區別和公司具備的生產條件，經過數批產品生產驗證和試驗考核，可以保證焊接質量，尤其是無鉛BGA器件的焊接質量能得到保證。

3 工藝優化的方向

在對外交流學習中發現，不管電路板上是否含無鉛BGA器件，業內通常都是采用單面板1次回流完成焊接，雙面板2次回流完成焊接。一般認為，減少回流焊接的次數，可以減少焊點重熔次數，提高焊點可靠性。[2]同時，航天科工集團發布了《航天電子電氣產品有鉛、無鉛混合再流焊技術要求》（Q/QJB235-2014），對航天產品的有無鉛混合再流焊接做了規范，主要內容如下：

（1） 要求印制板玻璃化轉變溫度不小于170℃。焊盤鍍層要求采用錫鉛鍍層或鎳金鍍層。公司選用的印制板材料和鍍層能滿足要求。

（2）要求選用的元器件應能夠承受耐溫度260℃、時間大于10s再流焊要求；元器件應具有良好的引線共面性，其平面偏差應小于0.1mm；元器件應具有良好的引線平行度，其歪斜度應小于0.08mm。這些要求在《電子元器件表面安裝要求》（GJB 3243-1998）中已有要求，公司選用的元器件也能達到要求。

（3）錫膏推薦選擇合金成分分別為Sn63/Pb37、Sn62/Pb36/Ag2的焊膏。公司選用的為Sn62/Pb36/Ag2，符合要求。

（4）雙面板的表貼工藝流程規定如圖2所示。

公司電路板的表貼工藝流程與標準工藝流程不一致，需要按標準進行優化。

（5）回流參數選擇。有鉛無鉛混合焊接的峰值溫度一般設置在210℃～245℃的范圍，當印制板組件中只含純錫無鉛鍍層類器件時，峰值溫度一般控制在210℃～230℃；當印制板組件中含NiPdAu無鉛鍍層或純Sn、NiPdAu無鉛鍍層同存時，峰值溫度一般控制在220℃～235℃；當印制板組件中含無鉛BGA類器件時，峰值溫度一般控制在230℃～245℃。[1]有無鉛混合焊接時參數選擇依據如表1所示。公司電路板的回流參數需要進一步確認。

4 焊接參數的確定

為進一步提高印制電路板焊接的質量，貫徹新的標準，需對目前公司產品上印制電路板的焊接進行工藝優化：第一個是調整工藝流程，可以通過更改工藝文件和制作印刷焊膏的網板來實現；第二個是對回流焊接時焊接參數的選擇進行確認。

測試實時溫度曲線的方法為：選擇已完成焊接的譯碼器電路板組件作為溫度曲線測試板。在測試板上選擇4個測試點，分別是：測試點1，BGA器件底部；測試點2，普通IC；測試點3，普通IC；測試點4，QFP器件。用高溫膠帶紙將熱電偶的測試端固定在測試點上。將熱電偶的另一端分別插上溫度曲線測試儀的插座上，對熱電偶編號，并在熱電偶端頭標記出所測溫度的相應位置。啟動溫度曲線測試程序，打開溫度曲線測試儀，將被測試板和溫度曲線測試儀先后放置于回流焊機入口處的傳送鏈條上。測試板和溫度曲線測試儀從回流焊機出來后，將溫度曲線測試儀與電腦相連接，讀出溫度曲線。溫度曲線回流爐設置及測試結果分別如表2～表9所示。

從測試結果來看，1號點是溫度最低點，2號點是溫度最高點，各組都存在峰值±5℃范圍內時間各測試點間差別較大的情況；根據實際情況來看，回流爐10個溫區的長度相等，在傳送鏈條速度一定時，經過各溫區的時間也相等，由于每個溫區只能設置一個溫度，若要將該值調到標準規定范圍內，則會造成回流時峰值溫度過低或總的回流時間過短。

以上8組測試結果中，高于217℃時間和峰值溫度兩個主要參數都符合標準要求，160℃～183℃時間也都符合標準要求，差別主要是183℃以上時間，其中第1組參數是公司目前的工藝流程中電路板第1次回流焊接是采用的溫度曲線。綜合來看，第8組參數最符合保準要求。

5 結語

通過更改工藝文件，對印制電路板表面組裝工藝流程進行調整，批產中采用第1組參數作為有無鉛混合回流焊的溫度曲線設置值來完成回流焊接，在保證無鉛BGA焊接質量的前提下，最符合標準的要求和公司生產的實際，也能保證有無鉛混合回流焊接的質量和可靠性。而新研制產品生產中，采用第8組參數作為有無鉛混合回流焊的溫度曲線設置值來完成回流焊接更能符合標準要求，也能通過實際的生產和試驗考核來驗證曲線設置的正確性。

參考文獻：

[1]Q/QJB 235-2014航天電子電氣產品有鉛、無鉛混合再流焊焊接技術要求.

[2]江平.無鉛有鉛混裝焊接技術.電子工藝技術，2013（11）.