无铅焊接技术的工艺特点

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1、1.无铅焊接技术的工艺特点:电子产品制造业实施无铅化制程需面临以下问题；1)焊料的无铅化；2)元器件及PCB板的无铅化;3)焊接设备的无铅化、 焊料的无铅化.到目前为止，全世界已报道的无铅焊料成分有近百种，但真正被行业认可并被普遍采用是Sn-Ag-Cu三元合金，也有采用多元合金，添加In,Bi,Zn等成分。现阶段国际上是多种无铅合金焊料共存的局面，给电子产品制造业带来成本的增加，出现不同的客户要求不同的焊料及不同的工艺，未来的发展趋势将趋向于统一的合金焊料。（1）熔点高，比Sn-Pb高约30度；（2）延展性有所下降，但不存在长期

2、劣化问题；（3）焊接时间一般为4秒左右；（4）拉伸强度初期强度和后期强度都比Sn-Pb共晶优越。（5）耐疲劳性强。（6）对助焊剂的热稳定性要求更高。（7）高Sn含量，高温下对Fe有很强的溶解性2. 鉴于无铅焊料的特性决定了新的无铅焊接工艺及设备1）元器件及PCB板的无铅化    在无铅焊接工艺流程中，元器件及PCB板镀层的无铅化技术相对要复杂，涉及领域较广，这也是国际环保组织推迟无铅化制程的原因之一，在相当时间内，无铅焊料与Sn-Pb的PCB镀层共存，而带来"剥离(Lift-Off)"等焊接缺陷,设备厂商不得不从设备上克服这种现

3、象。另外对PCB板制作工艺的要求也相对提高，PCB板及元器件的材质要求耐热性更好。2）焊接设备的无铅化    (1)波峰焊设备:由于无铅焊料的特殊性，无铅焊接工艺进行要求无铅焊接设备必须解决无铅焊料带来的焊接缺陷及焊料对设备的影响，预热／锡炉温度升高，喷口结构，氧化物，腐蚀性，焊后急冷，助焊剂涂敷，氮气保护等。Ａ）无铅焊接要求的温度曲线分析：     通过上述曲线图和金属材料学知识，我们了解到为了获得可靠、最佳的焊点，温度T2最佳值应大于无铅锡的共晶温度，锡液焊接温度控制在2500C±20度（比有铅锡的温度要求更严），一般有高可

4、靠要求的军用产品，△T＜300C，对于普通民用产品，建议温差可放宽到△T2＜50度（根据日本松下的要求）；预热温度T1比有铅焊要稍高，具体数值根据助焊剂和PCB板工艺等方面来定，但△T1必须控制在50度以内，以确保助焊剂的活化性能的充分发挥和提高焊锡的浸润性；焊接后的冷却从温度T3（250度）降至温度T4（100～150度），建议按7～11度/S的降幅梯度控制；温度曲线在时间上的要求主要是预热时间t1、浸锡时间t2、t3及冷却时间t4，这些时间的具体数值的确定要考虑元器件、PCB板的耐热性及焊锡的具体成份等多方面因素，通常t1在

5、1.5分钟左右，t2+t3在3～5S之间。Ｂ）从以上温度曲线分析可确定设备的结构及控制要求：预热方式    预热时间t1在1.5分钟左右输送ＰＣＢ板的速度1.2m/min,预热长度要保障1.8M以上；为保障预热的热稳定性预热结构必须采用封闭式的结构，预热方式建议采用热风预热方式。从国内外设备厂研制的波峰焊及客户使用分析，采用热风预热方式比较理想，因为采用全热风加热，可提高热效率，提高PCB板的温度均匀性.我公司特别是针对无铅波峰焊又开发一种新的控制方式：自适应PID控温方式，解决传统固定PID及ＯＮ－ＯＦＦ控制方式对温度的冲击，

6、达到较佳的预热曲线，保证预热区与焊接取的温度下降值在30度以内。（如下图示） 锡炉喷口    要克服无铅焊料润湿性（铺展能力）差给焊接带来的缺陷，需要４秒以上的浸锡时间，如果采用双波峰焊接，两波峰之间的最低温度要在２20度以上锡炉喷口结构必须能达到符合以上的温度曲线，设备厂家通过减小两喷口之间距离的设计，来达到这个要求。　　　    由于高Sn含量的无铅焊料更易氧化，另外无铅焊料的成本较高，控制锡氧化物生成量是焊接设备厂家必须考虑的问题，一些国内外的厂家已推出新的波峰喷口结构，氧化物生成量同过去相比减少一倍.腐蚀性    无铅焊

7、料的高Sn含量,在高温下对Fe有佷强的溶解能力，传统的波峰焊焊料槽及喷口大多数采用不锈钢材料，从而发生溶解反应，随着时间的推移，最终导致部件的溶蚀损坏，特别是喷口及叶轮部件。现在国外大多数厂家的焊锡槽采用铸铁并镀防护层，国内大多数厂家采用钛合金材料。氧化    同Sn-Pb合金焊料相比，高Sn含量的无铅焊料在高温焊接中更容易氧化，从而在锡炉液面形成氧化物残渣（SnO2），过多的氧化物不但影响焊接品质，而且使焊料成本浪费，尤其是对现在昂贵的无铅焊料。多数设备厂家采用改善锡炉喷口结构来减少氧化物,当然最好的对策是加氮气保护，氮气保护

8、系统设备前期投入较大，如果从长远利益考虑是合理的。国内外佷多设备厂家都已推出氮气保护的波峰焊，技术已成熟。焊后急冷却    在无铅焊接工艺应用,通孔基板的波峰焊接时常常会发生"剥离"缺陷（Lift-off,或Filletlifting）,产生的原因在于冷却过程中