面对无铅化挑战的复杂PCB组件
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面对无铅化挑战的复杂PCB组件

2009年09月03日09:51

  铅在电子工业中有着非常广泛的应用需求,这是因为它的价格比较低廉,同时具有良好的导电性和相对较低的熔点。然而,根据有关的国际公约,特别是欧盟的规定,许多国家和电子产品用户的技术标准都规定,在提供销售的商品中要消除有害材料的使用。因此尽管它的应用非常普及,但在电子行业中人们还是在不断地寻找铅的替代品。
  丢弃铅-这条信息是在90年代后期从日本发出的,目前己经在欧盟(European Union 简称EU)通过了严格的立法。与此同时铅所带来的毒性冲击己经被越来越多的人所知晓,但是人们依然在对电子产品中是否能含有铅进行激烈的争论,它对人类和环境构成了威胁。人们所关心的事是对来自于垃圾填埋场所丢弃掉的电子元器件中的铅及铅矿和铅的加工处理过程中铅是否能被过滤掉。另外,在对含铅元器件进行回收的过程中有毒物体的散发也是一项人们所关心的问题。用来替代铅的绝大多数产品可以消除人们对铅毒性的关注,但是也可能会引发其它的环境问题。举例来说,熔化点的提高就意味着更多的能源消耗。但是从另外一个方面来说,在一些实际操作过程中,通过采用先进的设备和新的回流焊接加工曲线,可以在较高的熔化温度下,减少能源的消耗。作为含有SnPb替换物的银对生态所产生的破坏作用是在开矿和处理矿石中所含有的贵金属时,需要消耗巨大的能源。
  一、无铅化对PCB组件带来的影响
  无铅化焊接技术会对PCB组件带来哪些影响呢?一般来说载有各种各样电子元器件的PCB组件在电子装配过程中必须经历焊接工艺,波峰焊接就是一项人们熟知的常用焊接方式。当PCB组件转换到采用无铅化的波峰焊接时会遭遇到许多方面的挑战。就像任何一项新颖的生产制造技术进入到产品制造生产之中一样,人们可能对许多相关的挑战作了预先的估计,并且做了提前的应对准备。然而,有一些挑战不能够提前知晓,往往要等到产品大规模的生产以后,才会将有关的问题暴露出来,才能提供充分的数据,为解决这些问题提供依据。所以工程师们往往会在生产工艺的实施过程中不断的学习,并吸取教训和经验。
  其实无铅化装配工艺并不是一项非常新颖的工艺技术,无铅化波峰焊接己经被实际采用了好多年了。在RoHS法规制定出来以前的很长一段时间内,电子装配工程师己经遭遇了由于所使用的银锡焊条具有较高的熔化温度,所以需要采用较高的焊接操作温度。这些电子组件被设计是用来满足恶劣环境的要求,由于其相对而言并不显得很复杂,所以产量是能够被接受的。当RoHS法规被引入到电子组装的主流领域的时候,作为过渡的先期产品也是相对简单的,其中包括了消费类电子产品。通过利用单面或者双面的PCB组件,人们在PCB的焊接面上采用了相对麻烦较少的SMT器件。对这类电子组件的无铅化过渡转换基本上是一帆风顺的,不需要对原来自于锡铅合金的工艺参数设置作重大的改动。在许多情况下面,甚至于最原始的适用于锡铅合金的焊剂也能够被成功地用于无铅化工艺操作之中。
  人们通过多年的研究,一般来说当采用无铅化焊接的时候,1.6mm厚的PCB会遭遇到略微偏紧的工艺口。对预热的要求变化不是太大,绝大多数现行的焊接设备完全能够适应。焊接温度可能会有所增加,这主要取决于在以前锡铅合金工艺操作中所采用的熔化温度。用无铅化焊料将孔洞完全填没可能会遭遇到很大的挑战,尤其是一些采用了OSP表面涂覆的产品。在波峰焊接中的停顿时间可能会有一秒或者两秒以上。排水、或者在降低桥接现象方面,无铅化合金没有锡铅合金那样好处理,所以对细微间距的器件来说可能会呈现出问题。所有这一切,对于复杂程度较小的组件来说,绝大多数的挑战都可以通过制定正确的参数和使用基本的工艺过程控制测量技术来予以解决。
  随着较厚的、具有较多层数的PCB和较为复杂的电子组件(例如程控交换机的电路板)进入到从锡铅合金到无铅化焊接的过渡期,锡铅合金与无铅化合金之间在工艺操作方面的差异就增大了。在这些领域中的一部分问题己经通过实际操作反映了出来,但人们还来不及对它们开展深入的研究工作,这需要由大量的产品生产作基础,只有这样才能够提供所需要的信息。现在一些具有较高复杂程度的组件己经被实施了大量的生产,所形成的挑战主要来自于下面几点:
  1.随着电路板的厚度增加,孔洞填充方面的挑战呈指数级增长。
  2.大量的布线层数量和众多的接地连接使孔洞的填充问题更进一步的恶化。
  3.由于信号和接地层的不断增加,使得热物质增多,对预先加热工作带来了挑战。
  4.如果选择焊料刮板的话,它们会对PCB的预热暴露区域形成屏蔽,这更进一步加重了预先加热方面的问题。
  对于简单的PCB组件来说,坚固耐用的无铅化焊接工艺可以通过现有的锡铅合金焊接工艺中所用的方法来进行操控。在开发高产量的应用操作过程中,基本的出错试验方法将能够满足使用要求。但这不适用于具有较高复杂程度的PCB

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