IPC-7095D-CHINESE NP 2019.pdf - 第110页
IPC-7095D-W AM1 CN 2019 年 1 月 94 器件的图像重叠，操作员可以特意观察那些匹配和不匹配的焊球。如有需要，操作人员可以相应地移动元件。 这种匹配判别是实时发生的。 该过程一旦结束，操作人员保存设置，然后该元件在后续生产中将以相同的方式进行贴装。 7.1.4 再流焊接及温度曲线 再流焊是具有许多变量 的复杂工艺 。所有群焊再流系统都包括对流 、传导和 辐射等热传递方式 ，每种方式的依赖程度取决于再流 系统的设计…
IPC-7095D-WAM1 CN2019 年 1 月
93
灰阶成像基于焊球位置进行 BGA 元器件贴装，而二进制成像则根据元器件轮廓进行 BGA 元器件贴装。在某
些情况下，BGA 外形和焊球之间的公差很大。因为可以减少由元器件外形变化而导致的贴装误差，灰阶成像
更适合于贴装 BGA 元器件。
选择贴装设备的吸嘴是很重要的，这需要有足够表面积能把持元件同时避免在贴装过程中的偏移。吸嘴必须要
紧贴元件，不允许有真空泄漏，接触感应装置是需要的，它有助于控制 Z 轴方向（垂直）的主轴行程，因为
它可防止元器件在真空吸嘴和基板之间受到挤压。
7.1.3.1 贴片机处理非标准阵列 BGA 元器件的能力
本章节描述了焊球布于非标准栅格的面阵列元器件贴装
工艺，也称作焊球随布设计（见 6.2.6）。面阵列元器件的贴装是在 SMT 生产线上采用贴片机器同其它元器件
一起完成的。
为使得贴片机能贴装偏离栅格的面阵列元器件，尤其是 BGA，需要进行离线教学和在线生产（见 7.1.3.1.1 和
7.1.3.1.2）。
7.1.3.1.1 离线教学
在一个元件供给机器贴装前，需创建元件描述。教学使用的摄像头和在线生产的一样。
元件描述通过一个高分辨率摄像头来教授。描述提供了以下细节：
• 精确的长度、宽度和各焊球间的节距
• 每个焊球尺寸
• 每个焊球的精确位置和元件的外形，包括引脚 1 的标记
另一个方法是通过输入每个焊球实际 X-Y 位置创建元件描述，将以上设置提供给摄像头以检验所有各自位置
的焊球。
图 7-8 显示了三种不同的焊球随布阵列设计以及在离线教学站如何教授元件描述。
图 7-8 用于离线教学的焊球随布图像捕获
A– 元器件 A
B– 元器件 B
C– 元器件 C
ABC
IPC-7095d-7-8-cn
7.1.3.1.2 在线生产
在生产中，贴片头上的吸嘴将吸取元件并使用摄像头重叠元件描述中提供的细节和图像。
如果图像与元件描述没有任何形式的匹配（如焊球缺失、焊球破碎或两个焊球之间的不规则节距），摄像头将
显示视觉错误并指出位置。这种视觉错误可以借助视觉辅助查看和确认。如果没有错误，设备将把元件移至板
上的 X-Y 位置，并放置在所提供的位置。
通常在每次生产贴装第一片印制板时，操作人员会监控所有 BGA 元器件以及其它大型元器件（如，屏蔽框和
插座）。在贴片头将元件放置到位之前，下视摄像头会提供元件将要放置到板上的位置图像。这个图像将与元
IPC-7095D-WAM1 CN 2019 年 1 月
94
器件的图像重叠，操作员可以特意观察那些匹配和不匹配的焊球。如有需要，操作人员可以相应地移动元件。
这种匹配判别是实时发生的。
该过程一旦结束，操作人员保存设置，然后该元件在后续生产中将以相同的方式进行贴装。
7.1.4 再流焊接及温度曲线
再流焊是具有许多变量
的复杂工艺。所有群焊再流系统都包括对流、传导和
辐射等热传递方式，每种方式的依赖程度取决于再流
系统的设计。BGA 元器件下焊球主要是通过互连基板
的热传导受热的，图 7-9 说明了这个理由。最佳再流
焊温度曲线（温度随时间变化）包括峰值温度，随着
具体封装和整个印制板组件的不同而变化。然而，作
为一个指南，当使用 SAC305 焊膏焊接带有 SAC305
焊球的 BGA 封装时，中等复杂组件的最小峰值温度
可能需不低于 240°C。当使用锡铅共晶焊膏焊接带有
SAC305 焊球的 BGA 封装时，大部分情况下的最小峰
值温度可低至大约为 215°C。关于合适的再流温度的
建议，见表 7-7。设定再流曲线的完整细节也参见 IPC-
7530。
7.1.4.1 强制热风对流
强制热风对流为非接触加热方式，其中也有一些热量是通过辐射传递的。热量通过低
速热风传递到印制板组件。热量传送至物体的速率与热风和组件之间的温差直接成正比。
7.1.4.2 再流气氛
再流焊炉中的气氛会影响焊料润湿。再流焊在氮气环境中进行可改善焊点的润湿性，有时
也可对处于可润湿边际的印制板表面或已氧化的焊球进行弥补。为了在氮气环境中焊膏受益最大，对氮气中的
氧含量进行监控，以控制其处于以规定的工艺限值范围内。
无铅焊膏的可焊性并没有锡铅焊膏那么好。如果焊膏选择不正确，可能的情形是再流焊前用于清除焊膏、连接
盘和焊球上的氧化物的焊膏活性剂已耗尽。这会造成焊点形状不均匀以及连接盘可能未润湿。
在形成空洞时，一些焊膏成分也可能会受到再流气氛的影响。当 OSP 表面处理使用无铅工艺时，最好在氮气
环境中对产品进行再流焊接，特别是采用混合技术组装而有通孔填充问题时。通孔填充问题会在无铅工艺中出
现，特别是当使用免清洗助焊剂和第一代或第二代 OSP 时。使用水溶性强活性助焊剂和第三代 OSP 有助于尽
量减少通孔填充问题。
在氮气环境中对 OSP 板再流，不但可以为下游工艺保持连接盘的可湿润性，还可使影响 ICT 测试的测试点或
导通孔的氧化最小化。
7.1.4.3 时间 / 温度曲线
焊接曲线，也称为温度曲线，是制造工艺中显著影响产品良率的关键变量之一。传
送带速度和温区温度是焊接曲线开发的两个变量。焊接炉温曲线不仅与特定产品有关，同时也与助焊剂有关。
不同的焊膏需要不同的曲线以优化性能，所以在开发焊接曲线之前咨询焊膏制造商是很重要的。表 7-7 提供了
锡 / 铅和无铅印制板组件以及混装组件的主要再流焊温度曲线（向前和向后兼容性曲线）。需要注意的是对于
无铅焊料的温度曲线和向前兼容性的温度曲线是相同的。
对于锡铅焊料，业界对这焊料成分的共识是：SnPb37 共晶焊料，熔点为 183°C。对于这种成分，熔点（183°C）
和峰值温度（220°C）之间有很大的温差。尽管建议将整块印制板的温度保持在 210°C ～ 220°C，人们会将温
度维持在 190°C ～ 225°C 之间（温差是 35°C），以达到良好的再流焊结果。
图 7-9 BGA 或其附近各位置的峰值再流温度示例
A– 240 °C （无铅焊料） / 220 °C （锡铅焊料）
B– 245 °C （无铅焊料） / 225 °C （锡铅焊料）
C– 260 °C （无铅焊料） / 230 °C （锡铅焊料）
D– 235 °C （无铅焊料） / 217 °C （锡铅焊料）
E– 230 °C （无铅焊料） / 205 °C （锡铅焊料）
A
C
DE
B
IPC-7095d-7-9-cn
IPC-7095D-WAM1 CN2019 年 1 月
95
表 7-7 锡铅和锡银铜合金温度曲线比较
曲线指标 锡铅合金曲线 混合 / 向后兼容曲线
无铅合金（SAC305）向前兼容
曲线
合金固液相线温度 183 °C 183 °C / 220
°C 217 °C 至 220 °C
目标合金峰值温度范
围
210 °C
至 220 °C 228 °C 至 232 °C 235 °C 至 245 °C
绝对最小再流峰值温
度 **
205 °C 228 °C 230 °C
元器件升温斜率 2 °C
至 4 °C / 秒 * 2 °C 至 4 °C / 秒 * 2 °C 至 4 °C / 秒 *
元器件降温斜率 2 °C
至 6 °C / 秒 * 2 °C 至 6 °C / 秒 * 2 °C 至 6 °C / 秒 *
保温或预热活化温度 100 °C
至 180 °C * 100 °C 至 180 °C * 140 °C 至 220 °C *
保温或预热活化温度 60 至 120 秒 * 60 至 120 秒 * 60 至 150 秒 *
液相线以上停留时间 60 至 90 秒 60 至 90 秒 60 至 90 秒
峰值温度停留时间 最多 20 秒 最少 20 秒 最多 20
秒
使用的焊膏 SnPb SnPb 无铅 （
SAC305）
SMT 元器件类型
所有 SMT 类锡铅和无
铅器件，但无铅 BGA
焊球除外
所有 SMT 类锡铅和无铅器件，包
括 SAC 无铅 BGA 焊球
所有元器件包括 BGA 都是无
铅，包括含有 SAC 305 无铅焊
球的 BGA
采用峰值温度的理由
无铅表面处理的 BGA
器件在 205
°C 熔化没有
问题。
所有锡铅表面处理都含
有 90% 的锡。
无铅表面处理含有接近
100% 的锡，以及其它
的无铅元素，如铋。
需要采用一个折中的温度使锡铅器
件不会过分受热，同时使 220 °C
熔点的无铅 SAC BGA 可以融化、
塌陷并和锡铅焊膏充分混合。
较低的峰值温度会导致 SAC BGA
焊球要么没有熔化，要么部分熔
化，增加了 HoP，开路以及可靠性
不良等缺陷的发生率。
所有元器件都是无铅的，能承
受较高热量。
太高的峰值温度可能导致 BGA
焊球脱落（见 8.4.1.3）、开路、
退润湿及板翘曲。
为确定 MSL 等级，大型 BGA
要在最大温度 245 °C 下测试。
* 与供应商确认
** 板上的最低温度
对于无铅组件，常用的 SAC 焊料包含了 3% 到 4% 的银，0.5% 到 0.7% 的铜以及其余的锡。这些合金的熔点大
约为 220°C。一些元器件（如某些铝电解电容）有最高温度和 230°C 以上耐受时间的限制。另外的限制将由低
成本层压板、塑料连接器和湿敏元器件决定。
为了能适应这些限制，无铅组件的峰值温度应该保持在 230°C-245°C，变化量仅为 15°C，这确是一个相当
严格的工艺窗口。比本章节之前提及的锡 / 铅印制板组件的 35°C 的变化范围下降了 60%。如果高热容量的
大型元器件和小型温敏元器件贴装于同一印制板，要达成一温度曲线来满足已定义的工艺窗口的难度会进一
步增加。
原因显而易见，高热容量的大型元器件需要更大的热输入，以满足峰值温度和液相线以上时间（TAL）的工艺
窗口要求。但是，较大的热输入可能导致小型、温敏元器件超出工艺窗口要求。要解决这个问题，必须有非常
严格的工艺控制而使整块印制板的温差范围收窄。许多组装厂在满足这些要求时会遇到很大的困难，尤其是对
于复杂的印制板，在开发再流焊温度曲线时没有协调的时间和精力。
当一些无铅元器件用于锡铅印制板组件时，麻烦会与向后兼容性问题叠加在一起。在这种情况下，曲线必须要
同时满足锡 / 铅和无铅封装要求。