PCBPCBA RoHS工艺控制规范Word格式.docx
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更改原因
1背景说明
欧盟RoHS指令和WEEE指令的强制执行，以及国家六部委相关RoHS法规的公布，对我们公司的产品竞争力产生越来越大的影响，RoHS工艺推行迫在眉睫。
随着公司产品RoHS全面切换工作的开展，板卡的RoHS工艺切换也同时开始实施。
板卡RoHS切换过程中需要从物料采购，PCB板厂来料，板卡加工，加工厂工艺，运输等诸多方面进行控制，保证RoHS的整体有效切换和RoHS产品的可靠性控制。
2目的
为RoHS切换及切换后，PCB/PCBA的RoHS加工提供技术要求及工艺控制规范，确保公司产品使用的电子部件符合RoHS工艺制程的要求，产品RoHS制造过程不影响电子部品的可靠性。
确保RoHS电子部品不会因为TinWhisker（锡须）、或IMC不良、焊接分层等问题而引发产品故障或失效。
提高产品在加工过程中的良品率，为相关部门、相关环节提供统一的控制规范依据。
3适用范围
我司公司产品中使用的所有RoHS电子部品及各个PCB和PCBA加工环节。
本标准可能因工艺技术的变化、新问题的发现或相关技术的发展等作相应的变更。
4定义（术语解释）
RoHS:
是《电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令》（theRestrictionoftheuseofcertainhazardoussubstancesinelectricalandelectronicequipment）的英文缩写。
目前主要针对电子电气产品中的铅Pb、镉Cd、汞Hg、六价铬Cr6+、多溴联苯PBBs、多溴联苯醚PBDEs六种有害物质进行限制。
铅、汞、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚的最大允许含量为0.1%（1000ppm），镉为0.01%（100ppm）。
WEEE：
是《电子电气产品的废弃指令》（WasteElectricalandElectronicEquipment）的英文缩写。
该指令也由欧洲议会及理事会提出，欧盟成员国于2005年8月13日起已经开始强制实施。
其主要目的是预防废弃物的产生，其次是为方便废弃物进行再回收、再使用、再制造，减少资源浪费。
5引用标准和参考资料
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本规范的条款。
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规范，然而，鼓励根据本规范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规范。
序号
编号
名称
1
IPC-2221
印制电路板通用标准
2
IPC-6012B
刚性印制电路板检验标准
3
IPC-2222
刚性有机印制电路板部分设计标准
4
IPC-A-610D
电子组件的检验标准（无铅）
6RoHS工艺对电子部件的特殊要求
为达到产品的环保要求，引入RoHS工艺制程。
因RoHS工艺制程的某些特殊性，对于电子部品提出了一些新的要求。
（1）对电子部件成分要求
电子部件的无铅化，要求其焊脚表面处理不能使用过去常用的浸Sn-Pb合金，而使用镀纯Sn、浸Sn-Ag-Cu合金、镀纯Ag或Au等。
而对于纯Sn、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Bi、Sn-Ag-Cu等合金作焊脚的表面处理可能导致“TinWhisker”而引发部品的永久性或间歇性失效。
这就对电子部品无铅化焊脚提出了无“TinWhisker”的要求。
（“TinWhisker”的直译为“锡须”），同时器件的成分含量同样需要满足RoHS指令中的6种有害物质含量限制要求。
（2）对电子部件的耐焊接温度要求
RoHS工艺制程需要使用无铅焊锡，要求使用Sn-Ag-Cu合金类焊锡，目前Sn-Ag-Cu合金类的无铅焊锡的共晶温度（217℃）比Sn-Pb合金类的焊锡共晶温度（183℃）高出34℃左右。
这就对电子部品的焊接耐热性提出了更高的要求。
要求回流焊接器件须满足：
255℃/100秒的持续时间，器件不变形或功能失效等不良，265℃持续10秒以上不变形或功能失效；
要求波峰焊器件：
270℃的焊锡上方3-5mm维持20S左右不变形或功能失效。
7RoHS工艺对PCB的要求
RoHS工艺切换过程中，对PCB的板材选择，表面处理方式选择，油墨（阻焊）等的选择都有相关要求以保证RoHS产品的可靠性。
7.1PCB板材选择要求
PCB板材须满足RoHS相关有害物质的限量要求同时需要满足无铅焊接的耐温及抗变形要求。
为防止PCB板在回流和波峰焊接加工过程中板翘曲（翘曲率大于行业或企业标准），无铅工艺，推荐选择中-Tg，高-Tg的FR4板材（Tg≧150℃）。
对于高频特性要求可选择Rogers板材（成本高），软性PCB板材（PTFE）等。
PCB板材要求满足无铅回流焊，波峰焊的耐热性要求：
在250℃环境下保持120S，回流3次以上，并在波峰焊中288℃温度持续10S浮锡3次后，板材不起泡、分层，以及切片分析无分层、孔壁断裂等不良。
7.2PCB表面处理方式要求
RoHS产品要求PCB的表面处理材料需要满足RoHS的相关要求。
传统的喷锡工艺（HASL）则因为Pb元素而不满足RoHS要求，无铅HASL目前应用不成熟，成本高。
可满足RoHS环保要求的表面处理工艺有：
化学镍金（ENIG），化学银（ImmersionSilver浸银）,化学锡（ImmersionTin浸锡）,选择性镀金，OSP等。
OSP板波峰焊易导致保护膜损伤，不适合波峰焊工艺，不推荐选用；
化学银单板对环境要求高（暂不推荐选用）；
化学锡板有锡须风险（除背板外暂不推荐选用）；
化学镍金，传统制作过程中有出现黑盘现象，现在PCB厂的工艺控制能力基本已解决此问题。
针对我司现有PCB合作厂的工艺能力，我司推荐普通单板选择使用ENIG表面处理工艺加工，有金手指的同时加选择性镀金工艺，背板推荐选择化学锡。
化学银表面处理方式还需要进一步评估。
OSP
HASL
化学镍金
浸银
浸锡
可焊性
较好
好
极佳
平整度
一般
多次焊接性能
最多3次
Bonding
N
Y
Y（需密封）
FinePitch应用
受限制
对阻焊要求
低
中
弹性接触开关应用
储存周期
6个月
12个月
（需无硫包装）
是否符合RoHS
成本
高
能否用于背板
其他
只能用于焊接
环境要求高,易与硫和氯等反应变色
铜锡之间扩散影响可焊性
7.3PCB阻焊油墨的选择
阻焊油墨的可靠性要求：
在250℃环境下保持100秒，油墨不产生气泡、用胶带做附着力测试时不脱落，可以重复回流4次以上。
我司目前选择的油墨颜色建议为绿色。
7.4PCB板上需添加的标注图形/文字
我司单板如有RoHS要求，则在PCB制板的说明文件中需要有：
RoHS+Leadfreesoldering要求，板材要求FR4，Tg≥150℃。
（其它板材则标注相应板材名称，Tg点要求）。
阻焊颜色。
单板文件中需要有板名，版本，防静电标志等说明。
PCB厂加工后，还需要在单板上增加：
厂家标志，RoHS/无铅标志，单板生产周期。
以方便后续问题分析时查找相关记录。
同时在PCB包装上需要有RoHS/无铅标志。
对于很小单板，无法增加RoHS/无铅标志的，则需要在包装上有标志。
8RoHS工艺对PCBA组装过程的要求
8.1仓库管理的控制
1）目前我司产品新进物料严格按照RoHS物料，非RoHS物料进行区分。
来料按批次由IQC进行
检验。
2）RoHS物料非RoHS物料需要严格分开区域放置，并且在包装上贴RoHS/非RoHS标志。
3）我司外发加工产品物料如有RoHS，非RoHS物料同时存在的情况，发料时要分开箱子存放，避
免出现混料现象。
8.2PCBA加工厂工艺辅料的要求
1）要求所有RoHS产品使用的工艺辅料都要符合RoHS要求，有相关RoHS检测合格报告。
2）加工厂对RoHS产品和非RoHS产品要有严格的工作区区分和相关标识，避免出现交叉污染现
象。
3）所有无铅焊料（回流焊使用的锡膏，波峰焊使用的焊膏，手工焊接使用的焊锡丝，BGA返修使
用的焊球等）需要选择Sn-Ag-Cu合金焊料，目前常选用的为Sn96.5Ag3.0Cu0.5的比重。
不允许使用低银、无银的SnCu焊料。
目前我司现有的外协厂使用的回流锡膏为：
无铅锡膏厂家唯特偶型号WTO-LF2000305-3A成分Sn96.5Ag3.0Cu0.5类型Type3，锡膏颗粒大小25~45µ
m；
4）需要选择免清洗焊膏和助焊剂。
8.3PCBA加工厂设备的要求
1）SMT设备的控制
要求尽量有铅/无铅加工线体分开。
如无法将线体分开，则需要对加工厂进行相关约束，要求在有铅物品切换到无铅物品加工前，对SMT线体，特别是回流炉进行清理，降低因回流炉中挥发的有钱焊料对无铅产品造成交叉污染风险。
2）波峰焊设备的控制
波峰焊设备需要严格区分有铅，无铅线体。
RoHS产品要求必须过无铅波峰焊，且我司需要保证所有过波峰焊的器件必须为RoHS器件，防止污染波峰焊设备。
3）手工烙铁的控制
有铅与无铅的手工焊接的工作区要严格区分开，烙铁需要严格区分有铅，无铅，不允许交叉使用。
选择无铅专用加热效率高且具有温度补偿控温的烙铁，使焊锡迅速达到熔化温度，且不损伤焊件。
烙铁需要定期检测和矫正温度，保证焊接温度的准确和一致性。
8.4PCBA加工工艺的要求
1）SMTRoHS工艺的控制要求
温区
目的
参数要求
温度
时间
升温速率
预热区
1.使PCB板和元器件预热，达到平衡；
2.同时Flux中溶剂充分挥发，利于Flux活化。
室温～150℃
60～90sec
1~3℃/sec
活化区
1．活化助焊剂，化学清除氧化层，获得清洁的表面；
2．促使PCB板上所有的零件温度达到均温，减少零件热冲击；
3．去除多余水分。
150～200℃
90～180sec
1~2℃/sec
回流区
熔化锡膏，使锡膏颗粒能合并成液态锡并润湿覆盖待焊接表面，形成焊锡点。
217～250℃
40～100sec
冷却区
冷却、凝固熔锡，完成焊接。
＜100℃
/
1~5℃/sec
SMTRoHS工艺控制要点：
无铅焊接工艺回流炉回流区峰值温度不大于摄氏250℃，不低于摄氏230℃；
在217℃以上温度条件下，回流保持时间大于40秒，小于90S；
●使用无铅锡膏时，锡膏profile曲线兼顾BGA、PBGA等特殊封装器件的回流温度曲线；
BGA焊盘空洞的累积直径小于BGA球直径的1/4大小，其他器件焊盘上的空洞总面积小于1/4焊盘面积；
●焊接能形成可靠的介质共面化合物（IMC），以保证焊接可靠性；
2）波峰焊RoHS工艺的控制要求
（1）传送速度：
0.7～1.2m/min；
（2）预热温度：
预热温度是指PCB与波峰面接触前达到的温度；
预热温度：
110℃～150℃，升温速率＜3℃/sec。
（3）焊接温度：
焊接温度是非常重要的焊接参数，通常高于焊料熔点50℃～60℃大多数情况是指焊锡炉的温度实际运行时，所焊接的PCB焊点温度要低于炉温，这是因为PCB吸热的结果。
锡波温度：
260℃～270℃。
焊接时间：
3～5sec，每块单板只能进行1次波峰焊焊接。
（4）波峰焊工艺需要控制好助焊剂喷涂环节的控制及焊接时波峰高度的控制环节。
3）手工焊接RoHS工艺的控制要求
典型的无铅手工焊接温度曲线控制
不同焊锡丝的工艺参数
焊料名称
熔点（℃）
焊接温度（熔点+50℃）
烙铁头温度（焊接温度+100℃）
SnAg（3-4）Cu（0.5-0.7）
217
267
367
Sn-0.7Cu（不推荐使用）
227
277
377
SnPb（有铅）
183
233
333
手工焊接需要控制焊接时间为3～5sec，如未焊接良好，则先将单板冷却一下，再次焊接。
4）BGA返修RoHS工艺的控制要求
直接更换BGA的，保证更换过程中，所有辅料都符合RoHS。
需要BGA植球的返修，焊球需保证为无铅。
RoHS，非RoHSBGA返修的工作区应进行RoHS和非RoHS区分。
不可混用烙铁和焊锡丝。
无铅BGA返修需要采取无铅的返修温度曲线，保证返修后的焊点满足焊点检验标准：
BGA焊盘空洞的累积直径小于BGA球直径的1/4大小。
8.5PCBA焊接检验控制要求
1）所有焊点需要满足IPC-A-610D电子组件的检验标准（无铅）。
2）所有RoHS工艺单板出货需在单板上贴RoHS标志，需满足RoHS检验标准。
3）所有出货包装上需要有明显的RoHS产品标志。
9从有铅工艺切换到无铅工艺过渡期工艺注意事项
1）PCBA无铅工艺加工判定原则（回流焊接部分）
●PCB是有铅工艺、同一款PCBA板电子物料全是有铅的，使用有铅的PCBA焊接工艺流程
加工，即有铅PCB+有铅锡膏+有铅焊接回流温度；
●PCB是有铅工艺、同一款PCBA板电子料中无BGA/PBGA等封装器件或BGA/PBGA器件
是有铅的球（包括用有铅球植球后的器件），但有无铅的QFP等封装器件，可以使用有铅的锡膏焊接工艺流程加工，炉温熔接区温度大于215℃；
●PCB是有铅工艺、同一款PCBA板电子料中有BGA/PBGA封装无铅器件，则可以使用有
铅锡膏焊接工艺流程加工，也可以用无铅锡膏焊接工艺流程加工，加工炉温profile曲线使用BGA/PBGA封装器件的炉温曲线；
如同一款板中有多颗BGA/PBGA，则取熔接区温度要求最高的器件炉温作焊接炉温曲线，炉温最高点温度不能大于摄氏250℃；
根据各个EMS厂设备和工艺控制的不同，可以适当调整（+/-5℃），但务必兼顾其他在高温下容易损坏或变形器件的耐热温度；
●PCB是无铅工艺、所有器件或关键器件（包括QFP、TSSP、BGA/PGA封装器件）都是无
铅器件，则使用PCBA无铅锡膏加工，焊接炉温曲线使用熔接区温度最高的器件profile曲线为参考，，炉温最高点温度不能大于摄氏250℃；
●PCB是无铅工艺，IC等关键器件中部分是无铅器件，部分是有铅器件，则使用无铅工艺
加工温度，使用无铅锡膏，最高点温度取无铅器件中熔接点温度要求最高器件profile做参考，可以适当调整（+/-5℃）；
2）PCBA无铅工艺加工判定原则（波峰焊部分）
●PCB是有铅工艺、连接器等直插安装器件是有铅的，使用有铅焊锡加工工艺加工；
●PCB是无铅工艺、连接器等直插安装器件是有铅的，使用有铅焊锡加工工艺加工；
●PCB是无铅工艺，连接器等直插安装器件是无铅的，使用无铅焊锡加工工艺加工；
3）PCBA无铅工艺加工判定原则（手工后焊部分）
●PCB板和器件均是无铅的，手工后焊时使用无铅焊锡丝、无铅焊台焊接工艺控制流程焊接；
●补焊和维修无铅工艺加工的PCBA板时，使用无铅焊锡丝、无铅焊台焊接工艺控制流程焊
接；
●使用有铅工艺加工的PCBA板、或待焊接的器件中部分是有铅的、部分是无铅的，可以使
用有铅焊锡丝焊接工艺控制流程焊接；
10从有铅工艺切换到无铅工艺过渡时期特别注意事项
●同一款电路板中，对于BGA/PBGA、QFN封装器件严禁有铅和无铅器件混用；
●在回流加工和波峰加工过程中，特别注意一些高温温度下（250℃）会损坏或变形的器件（如连接器）要特别进行保护处理，否则要使用耐热等级更高的器件代用；
●回流炉温熔接profile根据锡膏特性、器件对加工工艺温度要求制定，尽量选择熔接profile与器件profile要求相进似的锡膏；
附件：
无铅工艺焊接经验温度曲线和焊接后的BGA球效果
图一：
同一块PCB中有三种总共7个BGA器件，加工的profile炉温曲线
图二：
使用有铅锡膏、喷锡工艺PCB焊接无铅器件的焊接效果不太理想，
有空洞，但空洞累积直径小于1/4球直径大小，可接受
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