【机械行业标准(JB)】 无铅再流焊接通用工艺规范

ICS31.180
备案号：23199—2008
中华人民共和国机械行业标准
JB/T10845—2008
无铅再流焊接通用工艺规范
General technological specification for lead-free reflow soldering2008-02-01发布
2008-07-01实施
中华人民共和国国家发展和改革委员会发布前言，
2规范性引用文件
3术语和定义
4无铅再流焊接工艺要求
4.1无铅再流焊对无铅焊料、印制电路板（PCB）等关键原材料的要求4.2无铅工艺对再流焊设备的要求5无铅再流焊接的工艺流程和工艺控制5.1无铅再流焊接的工艺流程.
5.2无铅再流焊接的工艺控制..
6无铅再流焊接电子组装件产品的质量检验，6.1无铅再流焊接电子组装件产品的焊接质量要求.6.2无铅再流焊焊点的质量要求
附录A（资料性附录）无铅再流焊接常见的主要缺陷与对策.A.1立壁
焊料球
焊点开裂，
A.6表面粗糙与裂纹
图1小型片式元件无铅模板开口设计示意图图2模板开口尺寸基本要求示意图.图3红外线-热风的再流焊组合结构..图4再流焊接的一般工艺流程...再流焊接的最高温度和最低温度，图5
图6Sn/Ag/Cu无铅焊膏再流焊温度曲线图7升温-保温-峰值RSS曲线
图8升温-峰值RTS曲线
峰值梯形温度曲线.
焊点的润湿角示意图
满足目标条件的金属化孔填充
满足可接受条件的金属化孔填充孔壁表面的焊锡润湿不良，
满足目标条件
满足可接受条件
-1级，2级，3级.
-1级，2级，3级.
满足1级条件2级，3级为缺陷
元件立壁图
元件立壁图.
JB/T108452008
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焊球中的空洞
金属化孔中的空洞
元件上的焊料球
器件引脚间的焊料球
元件端头间的桥连
器件引脚间的桥连.
器件引脚与焊点产生裂纹
元件端头焊点产生裂纹
无铅焊点表面上的粗糙与裂纹
在电子产品生产中推荐使用下列的无铅焊料合金表1
表2无铅印制电路板焊盘表面镀（涂）层表3无铅元器件焊端表面镀层.
表4无铅再流焊温度曲线参数
表5带引脚的金属化孔一穿孔再流焊接工艺一焊接最低可接受条件.表6检查用的放大倍数（焊盘宽度）I
本标准的附录A为资料性附录。
本标准由中国机械工业联合会提出。前言
本标准由机械工业仪器仪表元器件标准化技术委员会归口。JB/T10845-—2008
本标准起草单位：西安中科麦特电子技术设备有限公司、沈阳仪表科学研究院。本标准主要起草人：曹继汉、曹捷、张国琦、麻树波、徐秋玲。本标准为首次发布。
1范围
无铅再流焊接通用工艺规范
JB/T10845—2008
本标准规定了电子组装件产品（简称为产品）在进行无铅再流焊接时应遵循的基本工艺要求和质量检查规范、
本标准适用于以印制电路板（PCB）为组装基板的电子组装件，采用强制热风或红外加热风的无铅再流焊接加工和质量检验。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。SJ/T112161999红外/热风再流焊接技术要求IPC—A--610D电子组装件的验收条件3术语和定义
IPC一A一610D中所确立的以及下列定义与术语适用于本标准。3.1
电子组装件产品分级productsclassificationofelectronicassemblies根据产品的使用功能条件、制造经济成本和质量成本，将产品分成的级别。一般分为三个等级；1级：通用类电子组装件产品，指组装完整，以满足使用功能为主要要求的产品。2级：专用服务类电子组装件产品，该产品需有持续的性能和持久的寿命。需要不间断服务，但允许间歌。通常在最终使用环境下不会失效。3级：高性能电子组装件产品；指具有持续的高性能或能严格按指令运行的设备和产品，不允许停欧，最终使用环境异常苛刻。需要时设备必须有效，例如生命救治和其他关键（危急）设备系统。3.2
电子组装件产品的质量分级qualityclassificationforproductsofelectronicassemblies根据电子组装件产品的验收条件，将电子组装件产品质量分成的级别。各级别产品均要有四级验收条件：目标条件、可接受条件、缺陷条件和过程警示条件。3.3
目标条件targetcondition
电子组装件产品接近完美/优选状态，它是期望达到但不是总能达到的条件。在使用环境下，并不是为保证产品的可靠性而必须的。3.4
可接受条件acceptablecondition电子组装件产品在使用环境下保证完整和可靠，但不是必须完美。3.5
缺陷条件defectcondition
电子组装件产品在最终使用环境下，不能保证其完整、安装或功能的状态。缺陷条件必须根据设计、服务和用户要求，由制造者进行返工、修理、报废或者“照章处理”。修理或“照章处理”需经1
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用户认可。
1级产品拒收条件自然成为2、3级产品拒收条件：2级产品拒收条件自然成为3级产品拒收条件。
过程警示条件processindicatorcondition过程警示是指虽没有影响到产品的完整、安装和功能但存在不符合要求条件（非拒收）的一种情况。一一由于材料、设计和（或）操作（或设备）原因造成的，既不能完全满足接受条件又非属于拒收条件的情况。
应将过程管示项自作为过程控制的一一部分而对其实行监控，并直当工艺过程中有关数据发生异常变化或出现不理想趋势时，必须对其进行分析并根据结果采取改善措施。单一性过程警示项目不需要进行特别处理，其相关产品可“照章处理”。各种过程控制方法常常被用于计划、实施以及对于电气和电子组件焊接、生产过程的评估。事实上，不同的公司，不同的实施过程以及对相关过程控制和最终产品性能不同的考虑都将影响到对实施策略、使用工具和技巧不同程度的应用。制造者必须清楚掌握对现有过程的控制要求并保持有效的持续改进措施。
无铅焊料lead-freesolder
以锡（Sn）为基体，添加了银（Ag）、铜（Cu）、（Sb）、铟（In）等其他合金元素，而Pb的含量（质量分数）在0.1%以下，主要用于电子组装的焊料合金。3.8
主面primaryside
总设计图上规定的封装互连构件面（通常为最复杂、元器件最多的一面。在通孔插装技术中称作“元件面”或“焊接终止面”)。
辅面secondaryside
与主面相对的封装互连构件面（在通孔插装技术中称作“焊接面”或“焊接起始面”）。3.10
焊接起始面soldersourceside
印制电路板用于焊接的那一面。通常是印制电路板进行波峰焊、浸焊或拖焊的辅面。印制电路板采用手工焊接时，焊接起始面也可能是主面。必须明确焊接的起始面或终止面。3.11
焊接终止面solderdestinationside印制电路板焊锡流向的那一面。通常是印制电路板进行波峰焊、浸焊或拖焊的主面。印制电路板采用手工焊接时，焊接起始面也可能是辅面。当使用某些规范时，必须明确焊接的起始面或终止面。
冷焊连接coldsolderconnection一种呈现很差的润湿性、表面出现灰暗色、疏松的焊点。出现这种现象是由于焊锡中杂质过多，焊接表面沾污以及（或者）焊接过程中热量不足而导致的。3.13
电气间隙electricalclearance
将非绝缘导体（如图形、材料、紧固件或残留物）之间的最小间距称为最小电气间隙。绝缘材料必须提供足够的电气间隔。任何违背最小电气间隙的都是缺陷状态。2
4无铅再流焊接工艺要求
4.1无铅再流焊对无铅焊料、印制电路板（PCB）等关键原材料的要求4.1.1无铅再流焊对无铅焊料的要求4.1.1.1在电子产品生产中推荐使用的无铅焊料合金见表1。表1在电子产品生产中推荐使用下列的无铅焊料合金选择方案
再流焊接
Sn/Ag/Cu
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手工焊接（树脂芯焊丝）
Sn/Ag/Cu
表1所列无铅焊料合金都可以按照实际需要，由生产商制成生产线上常用的形式，如手工焊用的焊料丝、焊膏用的焊料粉末、波峰焊用的焊料条等。电子组装件无铅再流焊采用的焊膏和焊丝，推荐采用96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu近共晶无铅焊料，其熔点为216℃~218℃。
4.1.1.2无铅焊料（焊膏）的物料管理和使用：a）对于有铅、无铅两种工艺并存的企业，应制定严格的物料管理制度，不能把有铅、无铅的焊料焊膏和元器件混淆存放和管理；b）对于无铅焊膏的保存、运输和使用的各项要求，与有铅焊膏相同；c）在规定的期限内，保证无铅焊膏的可焊性和触变性的有效性。4.1.2无铅再流焊对印制电路板（PCB）的要求4.1.2.1无铅再流焊用印制电路板焊盘表面镀（涂）层无铅焊接要求印制电路板焊盘表面镀（涂）层材料也要无铅化，主要有用非铅金属或无铅焊料合金取代Pb-Sn热风整平（HASL）、化学镀Ni和浸镀金（ENIC)、Cu表面涂覆OSP涂层、浸银（I-Ag）和浸锡（1I-Sn），如表2所列。表2无铅印制电路板焊盘表面镀（涂）层无铅HASL
Cu表面涂覆OSP（有机助焊保护膜）没银（I-Ag）
浸锡（I-Sn）
对于1级、2级产品，建议采用Cu表面涂覆OSP、无铅HASL、浸银（I-Ag）、浸锡（I-Sn）。其可焊性不合格的印制板，返修合格后允许重复使用一次。对于3级产品，建议采用Ni/Au镀层、OSP（第五代以上），或者二者组合镀（涂）层。其可焊性不合格的印制板，不得返修使用。具有以上无铅层的PCB的存放、运输、保管和使用期限应该符合有关规定，在规定的使用期限内应保证无铅镀（涂）层可焊性的有效性4.1.2.2无铅再流焊工艺对印制电路板的选择要求无铅工艺对印制电路板的选择要求是：无铅工艺要求较高的玻璃化转变温度Tg。应选择Tg较高的印制电路板基板材料：要求低的热胀系数CTE（Coefficientofthethermalexpansion）；高耐热性，FR-4普通基材印制电路板的极限温度为240℃，对于1级、2级产品，峰值温度235℃～240℃可以满足要求，对于3级以及复杂产品，需要采用耐热温度更高的无铅FR-4覆铜板（经288℃、10s的热应力测试，热分层时间大于30min），或者采用耐高温的普通FR-5：一低成本。
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无铅印制电路板的设计和使用应该符合有关规范的要求。无铅焊接使用的印制板的存放、保管和使用期限与普通印制电路板的要求相同。随着细间距元器件应用日趋广泛，元器件与印制电路板之间的共面性变得愈来愈重要。需要贴装细间距元器件的印制电路板扭曲度不能超过板对角线的0.75%。4.1.3无铅元器件焊端表面镀层
无铅焊接对元器件焊端表面镀层的要求：a）无铅：
b）抗氧化；
c）耐高温（260℃）；
d）与无铅焊料生成良好的界面合金。常用的无铅元器件焊端表面镀层如表3所列。表3无铅元器件焊端表面镀层
元器件引线（焊端）材料
BGA、CSP的焊料球
42号合金钢
有引线元器件焊端无铅表面镀层Sn、Sn/Ag、Sn/Cu
Ni/Pd/Au、Sn/Ag、Sn/Cu
Sn/Ag、Sn/Cu、Sn/Ag/Cu
Sn/Ag/Cu、Ni/Pd
常用无铅元器件的保管使用要求：无引线元器件焊端无铅表面镀层Sn
Ni/Pd/Au、Sn/Ag、Sn/Bi
Sn/Ag或Sn/Ag/Cu
Sn/Bi或Sn/Ag/Bi
a）无铅焊接使用的各种电子元器件的存放、保管和使用期限与普通电子元器件的要求相同：b）对静电敏感器件和潮湿敏感器件的存放、保管和使用期限必须遵照相应的防静电要求和相应的湿敏器件的保管、操作要求：
c）具有以上无铅涂层的电子元器件的存放、保管和使用期限应该符合有关规定，在规定的使用期限内保证元器件引线（焊端）可焊性的有效性。4.1.4无铅再流焊对焊音印刷和贴装工艺的要求4.1.4.1原则
无铅焊膏的浸润性和铺展性低于有铅焊膏，为了改善无铅焊膏的印刷性能、印刷填充性及脱模性，对无铅模板的开口设计提出新的要求。4.1.4.2无铅模板开口设计
针对无铅焊膏的浸润性和铺展性差的特点，无铅模板开口设计应比有铅模板大一些，使焊膏尽可能完全覆盖焊盘，具体可以采取以下措施，如图1所示。修改前的矩形开口
修改后的弓形开口
修改后的内凹矩形开口
图1小型片式元件无铅模板开口设计示意图a）对于引脚间距>0.5mm的器件，一般采取1：1.02～1：1.1的开口；b）对于引脚间距≤0.5mm的器件，通常采用1：1开口，原则上至少不用缩小；c）对于0402等小型片式元件，通常采用1：1开口，为防止立碑、回流时元件移位等现象，可将焊盘开口内侧修改成弓形或内凹矩形：d）由于无铅焊膏中的助焊剂含量略高，其密度小于锡铅合金焊膏，应该适当增加模板厚度：e）无铅模板宽厚比和面积比应该达到以下要求，JB/T108452008
由于无铅焊膏填充和脱模能力较差，为了正确控制无铅焊膏的印刷量和焊图形的质量，对无铅焊膏的模板开口宽厚比、面积比如图2所示。图2模板开口尺寸基本要求示意图无铅宽厚比：开口宽度（W）模板厚度（T）>1.6；无铅面积比：开口面积（WXL）/孔壁面积[2×（L+W）×TI>0.71。4.1.4.3无铅模板制造方法的选择对于1级、2级产品以及一般密度产品的无铅模板，采用传统的激光或化学腐蚀方法制造。对于3级产品和用于0201等小型元件以及具有高密度元器件的产品的无铅模板，应采用先激光后电抛光或电铸方法制造，提高无铅焊膏填充和脱模能力。4.1.4.4无铅工艺对印刷精度和贴装精度的要求因为无铅焊料的浸润力小，回流时自校正（Self-align）作用比较小。因此，印刷精度和贴片精度比使用有铅焊料时要求更高些。
4.2无铅工艺对再流焊设备的要求4.2.1原则
无铅工艺不能使用传统的4温区的再流焊机。无铅化后，再流焊接常用Sn/Ag/Cu合金的熔点为217℃～220℃，SnAg合金的熔点为221℃。4.2.2提高加热效率和温度控制精度无铅化的再流焊机的加热源，最好采用强制热风或红外加热风上下两面独立加热系统，并对热风流量进行分级控制。再流焊机应该具有室温350℃的再流加热温度控制能力。再流焊机加热的横向温度均匀性应达到土2℃，温度的控制精度达到土1℃。图3为红外线-热风的再流焊组合结构示意图，热风加热器
电动机
近红外线加热器
远红外线平板加热器
图3红外线-热风的再流焊组合结构4.2.3增加加热温区数，减小导轨的热膨胀率由于无铅焊接产品的多样性，为了适应不同生产厂商的温度曲线要求，应该增加温度曲线的柔性其中办法之一就是增加加热温区数。应选择8温区以上的再流焊机。温区数越多，加热曲线柔性越大，越容易调整温度曲线。
应采用热膨胀系数（CTE）更小的导轨材料，或采取其他方式来防止热膨胀，采用高性能热风电动机，对于设备而言需要大功率、高速旋转的风扇电动机，最高耐热温度一般应达350℃以上。4.2.4采用自动制造过程控制系统5
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再流焊接过程控制系统应该具有自动、连续、实时的温度管理系统。这些温度在控制器的PC屏幕上作为过程温度曲线显示出来。能适时调整制造过程参数和温度曲线。能够准确地模拟板子的实际温度典线变化。
4.2.5助焊剂回收管理系统
助焊剂处理主要包括两个方面：设备中有助焊剂回收装置，冷凝回收加热气体中的助焊剂：避免凝结的助焊剂滴落在PCB板上。
4.2.6冷却系统
一般要求PCB板在出口处温度低于60℃。再流焊设备的冷却区应该根据不同要求采用不同冷却方式（空冷，水冷和制冷机冷却），设置多区冷却，增加曲线柔性。多区冷却可以控制不同的冷却速率，得到良好的晶粒和焊点。在第一区冷却速率大一点，可以使液态锡膏很快过渡到固态，得到细晶粒组织，从而提高强度和可靠性；第二区和第三区可以缓慢冷却或保温一冷却方式，释放残余应力。4.2.7氨气保护
使用低活性（免清洗、低残留）无铅锡膏时，为防止氧化和增加润湿性，必须进行氮气保护，一般要求氧气浓度在800×10-6～1000×10-°以内。保证焊接质量的同时应减小Nz消耗。采用可变的风扇速度来降低Nz消耗；可使用空置气流装置来检测是否有印制电路板通过，当没有印制电路板通过的时候，系统会自动减小空气循环量和氮气供应量，减小N的消耗。
4.2.8配备中央支撑系统，运行要平稳在炉体设计时，应该配备中央支撑系统，加强边沿夹持的稳定性，传送带运行要平稳，更好地解决PCB弯曲和小元器件移位、吊桥、脱焊等问题4.2.9再流焊接温度曲线的优化能力无铅再流焊接的温度曲线应该具有优化的可能性，以便获得印制板上各种元器件之间最小的温度差（AT)，满足各元器件再流时间（位于液相线以上）的要求。5无铅再流焊接的工艺流程和工艺控制5.1无铅再流焊接的工艺流程
5.1.1般工艺流程
无铅再流焊接电子组装件的一般工艺流程如图4所示：工艺流程：
装备名称：
焊育印刷
印刷机
外观检查bzxZ.net
焊音印刷
检查装置
SMC/SMD
贴装机
外观检查
贴片外观
检查装置
再流焊接的一般工艺流程
再流焊接
焊接炉
电气检查
焊后外观
检查装置
以上工艺流程中最关键的工序是焊膏印刷、贴装元器件（SMC/SMD）、再流焊接等三个工序。5.1.2焊膏印刷
a）焊膏印刷应关注的因素：
焊膏印刷方式的选择：常用的有手动、半自动、全自动等三种类型，根据产品的品种和产量大小选择：
焊膏印刷条件的掌握；
刮刀的速度、压力和角度的正确控制，严格控制印刷工序的质量状态；网板的清洗处理：
网板离开PCB基板的速度（脱版速度）的正确运用。b）无铅焊音选择时应关注的因素：无铅焊膏成分；
无铅焊膏熔点：
一无铅焊料粉末的粒度；
一无铅焊料粉末粒子的形状；
一无铅焊膏中糊状助焊剂的组成和特性；无铅焊膏的焊料粉末粒子的氧化率。c）无铅焊膏印刷金属模板（网板）的设计：网板的材料种类：不锈钢金属模板等；-网板厚度：0.10mm～0.40mm，注意台阶模板的制作；金属模板（网板）的制造方法：采用激光切割加抛光。5.1.3贴装SMC/SMD
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因为无铅焊料的浸润力小，回流时自校正（Self-align）作用比较小。因此，无铅再流焊接的电子元器件印刷精度和贴片精度比使用有铅焊料时要求更高些。a）贴装精度：贴装机的贴装精度通常是指安装定位精度、分辨率、重复精度三个含义的总称；b）贴装机的适应性：贴装机应能适应不同贴装要求，它包括：能贴装的元器件类型、能容纳的供料器数目和类型以及贴装机的可调整性等。应该选用贴片精度为土0.05mm的贴片机。5.1.4无铅再流焊接
再流焊接工序是关键工序之一。在使用无铅焊膏的情况下，需要调节和确认的条件及参数如下：a）确定最高再流温度：如235℃～240℃；b）确定最理想的温度上升率：如2℃/s；c）为使被焊组件的温度保持均匀，应熟悉和掌握调节的各种条件：如温度、时间及再流速度等d）要确认被焊元器件表面的可焊性状态；e）要对选用的焊膏进行相应的工艺试验，确认焊料球或小元件立壁发生的概率；f）要确认再流焊的组装件上元器件安装位置的准确性；g）要确认整个组装件、板的安装质量，决不允许不合格的组装板进人再流焊接。5.1.5无铅再流焊接工艺流程
a）一般单面组装件
元器件及印制电路板准备——焊膏印刷——元器件贴装——再流焊接——通孔元器件补装—清洗—三防涂敷（根据需要）—质量检查。b）双面混装组装件
1）元器件及印制电路板准备—焊膏印刷———元器件贴装———再流焊接——板面翻转———焊膏印刷———元器件贴装——再流焊接——通孔元器件补装——清洗——三防涂敷（根据需要）质量检查。
2)元器件及印制电路板准备—焊膏印刷———元器件贴装——再流焊接—板面翻转—贴片胶印刷或点涂—小型元器件贴装—固化贴片胶板面翻转—通孔元器件插装波峰焊接——清洗
c）通孔再流焊接组装件
三防涂敷（根据需要）一质量检查。元器件及印制电路板准备焊膏印刷通孔元器件插装与元器件贴装——通孔再流焊接—三防涂（根据需要）—质量检查。清洗一
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以上工艺流程应该根据各个企业具体的不同产品特点进行适当的调整或改变。关于通孔再流焊接的具体工艺流程和工艺要求参见通孔再流焊接的有关标准。5.2无铅再流焊接的工艺控制
5.2.1工艺控制原则
无铅再流焊机以及无铅再流焊接的操作程序、操作方法和要求与传统的锡铅再流焊完全相同，其操作可以按照锡铅再流焊的有关规定执行。对与传统的锡铅再流焊不同的主要工艺参数要特别关注。5.2.2无铅再流焊接温度关键参数的确定无铅再流焊接的最高温度和最低温度是保证焊接质量和元器件安全的关键因素。本标准所述的温度均为印制电路板或元器件上的实际温度。a）再流焊接最高温度（T2）
印制板组装件能承受的最高温度取决于它上面所有零件或材料耐温的最低值，也就是最脆弱元器件（MVC）的耐温值（T2）。再流焊接理论温度（245℃）减去5℃作为产品的最易受损的温度T2。要特别关注再流时实际温度不能超过该值，如图5所示。b）再流焊接最低温度（T）
最低再流温度（T）是焊膏理想的润湿温度、再流焊或完全合金化的温度。有铅焊膏时，它一般比合金熔点高20℃～25℃；无铅焊膏时一般比合金熔点高10℃～15℃，如图5所示。250
升温区
预热区
升温区
冷却区
再流区
图5再流焊接的最高温度和最低温度300
时间5
T：是完全合金化温度或最低再流温度。在印制板组装件上典型的MVC（最脆弱元器件）是诸如：连接器、双排封装（DIP）的开关、发光二极管（LED）、基板材料等的耐温值。T2：是再流焊接的实际最高温度，它取决于对温度最脆弱的元器件的耐热性。c）再流焊接温度梯度
印制电路板电子组装件上温度的最大梯度为T2（MVC）减去合金化的液态温度Ti，理想状态是希望温度梯度尽量小，同时峰值温度尽可能接近（但不低于）T，以获得最小的温度变化率。再流焊接通常使用的无铅焊膏，成分为96.5Sn/3Ag/0.5Cu无铅焊膏，其主要特性如下：成分特征：非共晶组分（共晶组分为：96.5Sn/3.5Ag/0.5Cu）；液相温度：218℃；
固相温度：216℃；
液固温差：AT=3℃：
最低再流温度范围：Ti=218℃+（10～15）℃=（228～233）℃；合适的再流峰值温度235℃左右；温度梯度范围：（T2-T）=240℃-235℃=5℃。5.2.3无铅再流焊接温度曲线参数的设定无铅再流焊接采用Sn/Ag/Cu无铅焊膏时，通常采用图6所示的温度曲线：8
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