pcb无铅焊接的问题点和对策

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1、PCB无铅焊接的问题点和对策众所周知，WEEE&RoHS指令将于2006年7月开始实施。迈入2005年，无铅化的进程更加紧迫了，许多企业对无铅化加工法的要求更加严格了。无铅化最初的课题是寻找取代锡铅锡丝的无铅焊料。找到有力的组成之后，又发生专利纠纷。还有由于与传统的锡铅锡丝不同的特性导致需要改善加工法，及锡槽·烙铁头等的寿命明显缩短的问题。本文将就当前市场上主流无铅锡丝――锡·银·铜锡丝，针对其一般问题以及从焊接工具端出发的几个重点课题，进行分析并提出解决方法。2．无铅锡丝的特征·问题点无铅锡丝

2、的特征大致归纳了看看。①拉伸强度大体相同。②比重不同∶锡铅锡丝8.4无铅锡丝7.4③浸润性·延展性变差④溶点变高∶锡铅锡丝183℃锡银铜无铅锡丝217~219℃⑤烙铁头寿命缩短约为1／3(相对于锡铅锡丝)⑥光泽不同在焊接完成后，以往的锡铅锡丝表面带有银色的光泽，而无铅锡丝没有光泽。针对这一点，延展率·表面裂纹的问题也包括在内，有必要讨论是否应该改变检查基准。3．烙铁头寿命的解析~从两方面入手~1．先端镀锡层的氧化·碳化烙铁头镀锡层的氧化，是指吃锡面被锡的氧化物覆盖了、导致吃不了锡的现象。锡铅锡丝

3、的时候，烙铁头上的附着物只要是助焊剂的碳化物，这些碳化物用海棉或吹气等通常的清洗方法即可除去。而无铅锡丝时，烙铁头上的残留物主要是锡的氧化物。这是因为无铅锡丝中锡的含量大大增多的缘故。在此状态下，锡丝无法溶化，热量就无法传递到焊接物上，事实上无法进行焊接。这种情况时，只要除去先端表面的碳化物、再次形成镀锡层(预备送锡)就可以恢复。这种锡的氧化物用海棉等清洗方法是无法去除的，请使用氧化铝粉末或者特殊的助焊剂来除去。如果使用锉刀等工具的话，容易削薄镀铁层，导致寿命缩短，因此请勿使用。另外，通过实验证

4、明了采用氮气保护可以明显地抑制烙铁头的氧化。发现锡的氧化物(Sn和O)居多2．由锡造成的镀铁层的侵食这是镀铁层被锡侵食而出现穿孔的现象。烙铁头出现穿孔，就说明了使用寿命到了(通常烙铁头上是在母材铜棒上镀有500微米的镀铁层)。看到的穿孔，意味着对烙铁头寿命起决定作用的镀铁层已经被消耗完了。此过程是使用实际的烙铁头实验得出的。为了保证实验的安定性，实验时利用焊接机器人，固定在吃锡面的2处进行送锡，随后进行吹气清洗，此作业反复进行，直到烙铁头上出现穿孔时才停止实验。实验结果为在32小时后在吃锡面的上

5、部出现穿孔。锡丝接触时间（h)把已穿孔的烙铁头切开，通过SEM扩大，如(写真3的右图)。写真3中的左图为新烙铁头的断面。黑色空洞，原来存在有母材铜。镀铁层出现穿孔后，里面的铜母材在很短的时间里就被侵食成空。为此空洞部分的扩大写真。继续放大，对弓形部分进行分析。通过该部位的EPMA(ElectronProbeMicroanalyzer)写真，在同一个地方检测出铁和锡的存在。由此可确认该部位为铁和锡的反应层。通过定量分析(表1)，Fe与Sn的原子比约为1∶2，因此可得出该反应层为FeSn2的结论。　

6、烙铁头消耗的过程，实际上是对烙铁头寿命起决定作用的镀铁层，从开始形成锡的反应层，反应层逐渐变厚，直至崩溃消失的过程。接下来研究该反应层与温度和时间的关系。写真9~12，是在烙铁头上送锡后进行放置、截面的扩大写真。每张写真的左侧为烙铁头的镀铁层，右侧为无铅锡丝，中间为反应层。经过1小时就已形成反应层；经过4小时后反应层成长了不少。然而，从照片中可以看出，16小时后，与4小时和9小时相比，反应层的成长速度明显变慢。Fe　FeSn2　无铅锡丝Fe　FeSn2　　无铅锡丝这是由于该反应为Sn扩散到FeS

7、n2中与Fe接触而起的反应、经过的时间越长FeSn2层就越厚，Sn到达Fe所需的时间也就越长的缘故。　　上面是温度为350℃时的实验。在不同的温度下进行了同样的实验。通过实验可以得出如下结论∶①烙铁头的镀铁层，一与锡丝接触就开始被侵食。②无铅锡丝中，锡的含量在95%以上，与锡铅锡丝60%相比要高许多，所以被锡侵食的现象明显显著。③镀铁层受锡侵食的现象，从无铅锡丝与烙铁头接触的瞬间急速开始，随着时间的推移逐渐减缓。④镀铁层受锡侵食的现象，温度越高就速度越快。由此可知∶如果可以①抑制锡·铁的反应②抑

8、制烙铁头吃锡面的碳化·氧化的话，就能够在一定程度上抑制无铅锡丝时烙铁头的消耗。3．结论如此通过反复进行各种实验，再加上生产现场的实际经验，我们找到了在与锡铅锡丝同等条件下进行PCB无铅焊接的方法∶①不要一味地提升温度，在适温下进行焊接选择最适合的烙铁。不需要把无铅锡丝溶点的上升幅度(与锡铅锡丝相比)全盘转移到烙铁头上。问题的关键，不在于温度的高低，而在于要能够以最快的速度传给焊点所需的热量。是否拥有加热焊接物所需的足够热量、烙铁头的形状是否与焊接物相符等成为解决问题的重点。②使用长寿命的烙铁头烙