1、Green globe our homeq RoHS PCA制程概述q RoHS物料選擇 合金選擇 元器件選擇 PCB要求q RoHS 制程轉換 RoHS轉換方針 回流焊 波峰焊 焊接檢查 測試 重工與維修q 可靠性驗證q 鉛污染預防RoHS PCA制程概述制程概述RoHS制程的導入RoHS產品定義為符合RoHS要求的產品, RoHS制程即為生產RoHS產品的制造過程 . 對於對於PCAPCA制程制程, ,主要的主要的 RoHS RoHS 限制物質就是鉛限制物質就是鉛. . 所以鉛的替代以及制程中鉛所以鉛的替代以及制程中鉛的控制是我們的重點的控制是我們的重點. . 成功實現RoHS制程需要全面
2、的制程定義,合理的材料選擇,和持續,條理化的反饋檢查和分析。 RoHS 導入五步法: 1 選擇合適的焊料和設備 2 定義制程 3 開發健全制程 4 進行無鉛制程生產q 5 管控并完善制程RoHSRoHS PCA制程概述制程概述RoHS對對PCA制程影響概述制程影響概述多數的現有制程不會有大的影響多數的現有制程不會有大的影響 元件元件/焊料成本增加焊料成本增加 無鉛焊接的污染問題會影響可靠性無鉛焊接的污染問題會影響可靠性 更高的焊接溫度更高的焊接溫度 無鉛焊料較差的潤濕性無鉛焊料較差的潤濕性 需要更加嚴格的物料檢驗和管控需要更加嚴格的物料檢驗和管控 需要專用性能更好的設備需要專用性能更好的設備R
3、oHS PCA制程概述制程概述RoHS制程的主要挑戰制程的主要挑戰PCB與元件的兼容性問題與元件的兼容性問題有關無鉛標識有關無鉛標識,測試驗證的工業標準還比較缺乏測試驗證的工業標準還比較缺乏無鉛焊料的應用還不成熟無鉛焊料的應用還不成熟制程中會出現更過的不良諸如空洞制程中會出現更過的不良諸如空洞,上錫上錫.可靠性數據的應用與關聯可靠性數據的應用與關聯昂貴物料的成本控制昂貴物料的成本控制更小的制程窗口更小的制程窗口ItemsDetailsLead ProcessRoHS ProcessLaminatesLow Tg:135+/-50CHigh Tg:170+/-50CSurface finish
4、HASL,OSP,Imm-Ag OSP, Imm-AgMaterialLow temp. (2250C) High temp. (2600C)Plating finishLead bearing finishLead-Free finish P/NLead P/N ROHS P/NSolderAlloySn63/Pb37 Sn96.5-Ag3-Cu0.5Melting point. 1830C (Sn63/Pb37)217219 0C (SAC305)Max. Ramp 2.5 0C/S2um)加厚純錫鍍層(10um) 保形塗層 Conformal coating增加鎳基鍍層(Cu/Ni/Sn
5、)回焊錫鍍層減小壓力蘸錫處理大間距元件(PTH)在錫鍍層中加入其他元素(Cu,Bi)嚴格控制錫鍍層制程錫須介紹錫須介紹RoHS制程轉換制程轉換RoHSRoHS制程轉換制程轉換方針方針 RoHS轉換就是由目前的有鉛產品生產向RoHS產品生產轉換的過程 方案A是我們採取的.Option COption AOption B專門的RoHS生產線和作業區域所有RoHS物料要標示並存放于指定區域所有RoHS治具要標示清楚并與有鉛治具區分所有參與RoHS生產之人員必須完成訓練和認證所有作業辦法和操作手冊必須專用于RoHSRoHS RoHS 轉換我們要做什么轉換我們要做什么?RoHS RoHS 教育訓練教育訓
6、練 所有參與RoHS生產的人員必須經過相關教育訓練并認證合格,實行佩證上崗. 不同的級別和工站進行不同的訓練,有訓練記錄,Basic Personnal Branch&Position Pb-FreeSummary(Intel)SolderPasteIntroductionFluxIntroductionSolderWireIntroductionProfileSetupRework& RepairInspection General-ConversionGuidelinesCustomersRequirementsXXX工程部工程師VVVVVVV VVXXX工程部工程師 VVVVVVVEng
7、ineer TRAINING MATRIXLead-Free SolderProfessional TechnologyRequest and Guidelines Personnal Branch&Position Pb-FreeSummary(Intel)ROHSQuestionStudyLead-Free andBeyondLead-FreeLabelSERKnowledgePbContaminationSolderPasteIntroducFluxIntroductionSolderWireIntroductProfileSetupRework& RepairLFInspectionL
8、ead-FreeGeneral-ConversionHPReleasedDocumentXXX IPQC品檢員VVVVVVVVVVVXXX IPQC品檢員VVVVVVVVVVVOperator TRAINING MATRIXBasicLead-Free SolderProfessional TechnologyRequest and Guidelines RoHS 文件管控文件管控發行專用文件來實現發行專用文件來實現RoHS生產中各環節的管控生產中各環節的管控.作業辦法-ROHS檢驗規范-ROHS1QS-03-P1268C ROHS物料與產品管理辦法1EOD-Q10232 無鉛 PCB 檢驗規
9、範2QS-03-P1261CROHS通用轉換作業辦法2QS-03-S1164CROHS物料進料檢驗規范3QS-03-P1258C ROHS標簽使用及區域標識作業辦法3PM-E0215ROHS 晶片電阻檢驗規格4QS-03-P0823C AOI無鉛測試程式開發作業辦法4PM-E0216ROHS 晶片電容檢驗規格5QS-03-P0891C ROHS物料進料檢驗作業辦法操作手冊-ROHS作業指導書-ROHS1QS-03-M1255CTOP-375-LF-WU噴流小錫爐操作保養手冊1QS-03-S1354C維修焊錫標准作業規范(SOP)2QS-03-M1259C 熱風槍操作手冊-FOR ROHS2EO
10、D-Q10235無鉛PCB進料檢驗作業規範(SOP)3QS-03-M1254C 全自動波峰焊操作保養手冊RoHS文件一覽表文件一覽表文件名稱序號文件編號序號文件編號文件名稱RoHSRoHS區分隔離區分隔離RoHS生產區域標識RoHS物料標識RoHS專用治工具標識人員標識RoHS RoHS 轉換檢查轉換檢查 RoHS生產前需要對生產線及相關的區域等方面進行檢查,以確保所有程序都是符合要求的. 區區 域域工工 站站項項 目目結果結果a.各部門人員要經過RoHS教育訓練並有記錄b.相應生產人員要有RoHS鑒定卡c.參與RoHS生產人員所戴靜電手套應更新d.ESD防護合格a.各工站應有RoHS標準作業
11、指導(SOP)b.制定相應的RoHS作業辦法和檢驗規範文件a.RoHS物料進料檢驗區域要有RoHS標識b.RoHS區域只能放置RoHS物料c.RoHS物料要有RoHS測試報告及相關檢驗資料d.輔助工具要有RoHS標識e.RoHS PCB檢驗區只能放置RoHS PCB ,且要有RoHS標識f.ESD防護合格RoHS產品生產前檢查表產品生產前檢查表 (示例示例)人員所有文件IQCALL 核 定: 審 核: 承辦:無鉛回流焊無鉛回流焊概 述 回流焊,就是把印刷好的錫膏通過回流焊接形成焊點,把PCB與SMT電子元器件焊接起來,达到电气功能. 無鉛回焊的特點:高溫,较差润湿性, 焊點外观黯淡粗糙,延展性
12、差,空洞多. 無鉛回流焊無鉛回流焊 高溫的回焊制程,會增加PCA和元器件的熱衝擊. PCB 的彎曲,變形會影響BGA 的可靠性.因此在回焊過程, 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品質,建議使用氮氣回焊設備. 闭环焊剂分离/收集系统可去除再流焊设备内部95%的焊剂残渣,同时保证氮气的再循环利用 空气再流焊设备采用還需要有过滤器系统,最小化排放废气污染以满足環保要求.無鉛回流焊無鉛回流焊 曲線的獲得要通過測溫板來測量,測溫板的制作原則等同于有鉛制程. RoHS溫度的提升需要對測溫板的使用壽命重新評估. RoHS回焊溫度曲線的規格來自於錫膏供應商的推薦,行業標準的規定,
13、客戶的要求, 以及工程經驗. (最終決定於PCA 的複雜程度及錫膏供應商的推薦.)管控項目管控項目Ramp upPre-heat&TimePeak TempTime AboveLiquidusRamp downPeak Delta無鉛波峰焊溫度曲線示例All parameters meet the defined specs.無鉛波峰焊無鉛波峰焊概 述 波峰焊,就是將助焊劑塗布在PCB背面,并使之預熱到活化溫度,利用焊錫將PCB與PTH電子元器件焊接起來.無鉛波峰焊的特點:高溫,较差的流動性,润湿性,易產生錫渣,焊點外观黯淡粗糙,延展性差. item合金共晶溫度錫溫有鉛Sn63/Pb37183
14、 245無鉛SAC305217219260無鉛波峰焊無鉛波峰焊無鉛波峰焊制程轉換無鉛波峰焊制程轉換 無鉛焊料會腐蝕與它接觸的設備部件, RoHS制程的波峰焊設備應採用耐高溫,耐腐蝕的合金材料(不鏽鋼+鍍鈦合金) 理想的狀況是使用專用的RoHS設備. 現有的波峰焊設備轉換為RoHS時必須注意以下几點:v錫槽必須先用純錫清洗,然後熔無鉛錫條.v所有用于有鉛的容器在投入RoHS應用時必須仔細清潔.v為保持錫的純度,保證無鉛品質,錫槽合金成必須定期檢測. 任何輕微的鉛污染都會嚴重影響焊點的可靠性,所有PTH元件必須保證為RoHS元件. 使用無鉛焊錫時產生的錫渣比使用Sn/Pb焊錫要多.無鉛波峰焊無鉛波
15、峰焊無鉛波峰焊不良表現無鉛波峰焊不良表現 無鉛波峰焊接常見不良: 不上錫 少錫 縮錫 拉尖 冷焊 焊點起縐 吹孔 錫球 焊盤翹曲 連錫 PCA經過波峰焊會發生漏銅現象,無鉛焊料對銅的吸收能力很強,即所謂的食銅現象. 尤其是采用OSP表面處理的PCB.對於錫銀銅焊錫可採用錫銀SAC300的錫棒進行銅含量調整.PTHPTH孔上錫是無鉛波峰焊接的重點和難點孔上錫是無鉛波峰焊接的重點和難點. . 無鉛焊料焊接OSP板可以用以下方法來提高通孔填充: 降低鏈速,以延長焊錫時間 增加助焊劑噴塗量,減少熱風刀壓力 使用活性更強的助焊劑,如水洗助焊 劑或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
16、,酸性更高的助焊劑 開啟擾流波輔助焊接 改善波峰焊載具無鉛波峰焊無鉛波峰焊240 250 260 1.4 m/min1.1 m/min0.8 m/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1. 清除焊接金屬表面的氧化物;2. 在焊接物表面形成一液態的保護膜隔絕高溫 時四周的空氣,防止金屬表面的再氧化;3. 降低焊錫的表面張力,增加其擴散能力4. 焊接的瞬間, 促進焊錫與受熱元件和鍍層結合,順利完成焊接。 無鉛制程對助焊劑的要求 1. 使用活性更強,或固含量更高的助焊劑 2. 助焊剂的热稳定性要求更高. 無鉛波峰焊無鉛波峰焊無鉛波峰焊無鉛
17、波峰焊在錫爐區域使用氮氣將會減少錫渣產生,同時提高焊料的潤濕性.氮氣 會減少板面和元件產生氧化,由此來彌補無鉛焊料潤濕性差的影響,尤其對免洗助焊劑顯得更為重要. 氮氣也可以減少連錫和拉尖,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格來自於助焊劑供應商的推薦,行業標準的規定,客戶的要求, 以及工程經驗. 無鉛波峰焊溫度曲線示例All parameters meet the defined specs.管控項目管控項目Peak TempPreheat temp.Ramp upMax DeltaContact TimePot Set無鉛焊接的檢查無鉛焊接的檢查 與錫鉛焊點相比,無
18、鉛的焊點光澤較暗,多粒,多坑 無鉛焊點延展性較差,外觀差異較大 由於如上差異,缺少經驗的人員可能會誤判 誤判的結果將會反映在冷焊,少錫,空焊上 RoHS制程目檢的檢查標準可能要做修正 檢驗人員需要重新進行教育訓練,增強對無鉛焊接的認識 IPC-A-610是通用的板子裝配檢驗規範. 目前新版(IPC-A-610D)已經發行,其中增加了對無鉛焊接的檢驗標準. X-Ray&AOI檢驗沒有大的影響,但需要針對無鉛工藝進行重新設定.無鉛制程無鉛制程ICT無鉛焊錫表面殘留比較堅硬,ICT測試難度增大.為了能夠刺穿表面殘留,達到更好的接觸效果, 需要更大的測試力和新型的高彈力探針.測試壓力的增加會加大測試治
19、具對PCA及元件的損壞, 所以所用的測試治具要經過應力測試和破壞性試驗如紅墨水,切片等驗證.使用高彈力探針Spear ChiselSerratedProbe typePicture無鉛制程無鉛制程ICT 焊錫表面的堅硬和測試壓力的增大使得探針更易磨損.在RoHS免洗制程中,應選用免洗探針. OSP表面處理是ICT的難點.一般需要在測試點上沾錫來提高測試性. 測試點沾錫可以通過兩種方式來實現 : 測試點印刷錫膏,經回焊后形成有錫測試點(雙面制程). 選用鏤空的波峰焊載具,通過波峰焊來達到測試點上錫(單面制程).維修與重工維修與重工手工維修手工維修 SMT被動元件和小元件的重工使用烙鐵,主動元件重
20、工使用熱風裝置 基於無鉛焊錫的特性,烙鐵溫度可達360400 0C.而且烙鐵的功率也需要增大. 不同元件選擇不同的烙鐵頭 無鉛的維修目前還很不成熟(溫度和作業). 對於一些複雜的PCA或元件,還需要預熱以降低PAD受損. 为了得到合理的维修效果在重工时避免交叉污染v 不同的助焊剂v 不同的合金維修與重工維修與重工BGA重工BGA 重工工站需要更强大的加热設備SRT -1100HR 重工系統需要有電腦來監控時間和溫度,溫度需要用熱電耦來測量. 重工使用的錫膏印刷治具/設備應該能夠精確對位,所印刷的錫膏量應該等同于正常印刷制程. 當殘留不應響電氣性能時不需要清洗. 重工後應該有X-Ray檢查系統進
21、行檢查.維修與重工維修與重工小錫爐/錫槽重工 PTH元件的重工使用專用的無鉛小錫爐 小錫爐實際上就是一個小型波峰焊, 小錫爐需要有自動的錫波控制系統和預熱能力. 小錫爐的噴錫開口應該由元件的尺寸來設計.材質使用耐腐蝕的鈦合金. 針對重工和維修,PCA浸泡在無鉛錫波的時間必須嚴格控制,減少PCA受熱和元器件的損壞. 一般要求浸錫時間不超過15s. 錫樣成分需要要做檢驗,把污染降低到最小限度.RoHSRoHS產品可靠性驗證產品可靠性驗證 工藝驗證 - 目檢 - AOI - X-Ray 清潔度驗證 - 離子測試 - SIR & ECM 完整性驗證 - 推拉力測試 - 切片測試 - 紅墨水測試 - C
22、-SAM - IST 測試焊點外觀檢驗焊點外觀檢驗(SMT)OKNG焊點外觀檢驗焊點外觀檢驗(PTH)OKNGX-RAY 檢驗檢驗BGADIMME-CAPNGOK切片分析切片分析BGADIMM &E-CAPVIAOKQFPNG鉛污染預防鉛污染預防铅污染铅污染由于在向無鉛工艺的转换过程中仍然会有大量的锡/铅产品生产和存在,因而產生铅污染的機會很大.过去一直认为無鉛合金中含有铅是可以接受的. 实事上,無鉛体系中晶体结构的金属间化合物是不溶的, 它会在引脚边析出,在焊点处形成空穴从而导致焊点失效.铅污染铅污染鉛作為雜質進入到焊點中會增加焊點的強度,但會產生金屬間結晶結構,降低了焊點的延展性和韌性,從
23、而加大了焊點破裂的風險.更重要的時,鉛的混入使得產品中鉛超標,就不可以稱其為RoHS產品. 任何輕微的鉛污染都會嚴重影響焊點的可靠性 任何悉知的鉛污染問題都必須得到客戶的承認 . 總之,要避免铅污染鉛污染的途經鉛污染的途經制程中造成鉛污染的途經 在貼有RoHS標簽的產品含有超標的鉛雜質時進行交貨. 在貼有RoHS標簽的產品實際上是有鉛產品時進行交貨. 污染焊料槽,這樣就會連鎖造成許多其它電路板的污染. 由於一些焊點的在進程中被錯誤的處理,造成污染.鉛污染預防鉛污染預防專綫生産專綫生産1.波峰焊設備一旦被用於無鉛焊接，那麽它一般被專用於無鉛焊接。2.由於產線的規劃,這就意味著整條產線都必須在同一
24、時期内專用於處理RoHS波峰焊產品.3.整個產品車間可分爲RoHS產品製造部分和SnPb產品製造部分。4.要使得損失最小就要求仔細的考慮使得產線的轉化與產品的轉化同步。鉛污染預防鉛污染預防避免元件的混裝避免元件的混裝1.要求供應商對每個RoHS元件提供一個獨立的料號.2.不推薦在不使用獨立料號的情況下(比如以日期編號)進行RoHS轉換.3.對於那些沒有供應商料號標致的元件,要求供應商提供一種方法來確定其所供應的產品是RoHS的(比如不同的元件記號).4.對新的RoHS元件指定新的內部料號. v P/N - G (ODM)v 直接使用客戶RoHS料號ItemH.H P/NDescriptionV
25、endorVendorP/NUsageLocation121-02400010-00-GIC,LPC Super I/O Controller,SCH5307,3.3V,QFP-128P,Lead-Free,SMDSMsCSCH5307-NS1U19221-02900023-00-GIC, 2CH high definition audio codec, Realtek, LQFP-48P, Lead-free,SMDREALTEKALC260-VE-LF1U514W BOM (Example)ItemCustomer P/NDescriptionSupplierSupplier P/NUsa
26、geLocation1035-0020-000CAP RoHS C0G 0402 18PF 50V 5%YAGEOCC0402JRNPO9BN1802C61,C60SKYWELL0402CG101J500BAN ROHS BOM (Example)鉛污染預防鉛污染預防防止電路板混裝防止電路板混裝1.當Sn/Pb和RoHS產品是在同一設備上生産時，一定要將不同制程的電路板區分開。2.當同一產品存在有鉛和RoHS兩種版本時,將它們放到同一產線生產生產將會有很大的風險要要 求求: 以某種方法標誌RoHS產品,這樣便於區分.標誌專用的產線和設備.為RoHS和有鉛電路板的重工建立和標誌獨立的重工區域.當
27、電路板經由非產線區域回到產線時,一定要確認電路板是正確的種類.鉛污染預防鉛污染預防PCB的標識IPC-166* & JEDEC-97*要求,使用不同合金的焊料和元件處理以及組裝應使用不同的標籤標示. 1 e1 -錫銀銅 (不包含在 e2中) 2 e2- 其他不含鉍或鋅的錫合金(即 錫銅,錫銀,錫銀銅+其他金屬 等) 3 e3-錫 4 e4-貴重金屬 (如 金,銀,鎳鈀,鎳鈀金 ,但不含錫) 5 e5-錫鋅合金(不含鉍) 6 e6-含鉍的合金 7 e7-含銦低溫焊料(熔點低于150 0C),(不含鉍) 方法: 標籤應貼于PCB正面合適的位置, 標籤的大小和顏色沒有特別要求,但要能夠清楚識別.對於
28、制程中出現多種合金的組裝,如回焊與波峰焊所用合金不同時,就需要依照制程順序依次貼裝各合金之標識.如有必要還會標識不含鹵素,保形塗層等標識.HF e1/e2 XY制程的兼容性制程的兼容性 向前兼容是指在RoHS制程中使用含鉛元件, 向後兼容是指在含鉛制程中使用RoHS元件. 向前兼容的組裝會產生可靠性問題和元件損壞(元件忍受不了更高的峰值溫度),一般是不可行的. 向後兼容已經存在于一些組裝中, 并a有可能作為過渡階段的一種措施. 但是向後兼容組裝中禁止使用RoHS BGA,即含鉛制程含鉛制程不得使用無鉛不得使用無鉛 BGA. 為了避免鉛污染,不提倡採用兼容制程.RoHS制程中應該使用RoHS物料.元件元件焊接材料焊接材料兼容性兼容性RoHS有鉛RoHSNoNoYes向後兼容向前兼容一致 是否推薦是否推薦有鉛RoHSRoHS
