一、無鉛工藝采用的原因,為何要改換無鉛波峰焊、無鉛回流焊設備?
鉛是一種有毒的重金屬,人體過量吸收會引起中毒,攝入少量則可能對人的生殖、神經(jīng)系統(tǒng)和智力系統(tǒng)造成影響,現(xiàn)在全球電子行業(yè)每年要消耗60000噸左右的焊料,而且這個數(shù)字還在不斷增加,由此造成的含鉛鹽工業(yè)渣滓嚴重污染環(huán)境,全世界紛紛呼吁減少鉛的使用,走在前列的歐洲、日本的許多大公司正在大力研發(fā)無鉛替代合金,并已實現(xiàn)在2002年開始電子產(chǎn)品裝配中逐步減少鉛的使用。2004后年徹底消除工業(yè)中鉛的大量使用。(目前在電子行業(yè)中,使用廣泛的鉛是,傳統(tǒng)的焊料成份63Sn/37Pb)。
二、市面上常用的一些無鉛替代物:
1、在波峰焊和回流焊中應用的合金焊料:99、3Sa/0、7Cu熔點為227℃
(就材料而言,幾種新型的焊膏已投放市場,但不能替代現(xiàn)有的鉛錫焊料,它們都需要做相應的工藝調(diào)整,新型焊膏相對于傳統(tǒng)焊膏的主要區(qū)別是熔點相對較高,常用無鉛波峰焊膏的熔點通常在217℃-225℃)
2、在焊膏中應用的合金:96、5Sn/3、5Ag熔點為221℃95、5Sn/4、0Ag/0、5Cu熔點為217℃
三、怎么樣的無鉛替代物才符合要求:
1、導電性。
2、具有良好的潤濕性。
3、導熱性好。
4、較小的固液共存范圍:大多專家建議此溫度范圍控制在10℃之內(nèi),以便形成良好的焊點。 如果合金凝固范圍太寬,則有可能發(fā)生無鉛波峰焊點開裂,使電子產(chǎn)品過早損壞。
5、供貨能力。
6、生產(chǎn)的可重復性,焊點的一致性:由于電子裝配工藝是一種大批量制造工藝,要求其重復性和一致性要保持較高的水平,如果某些合金成份不能在大批量條件下重復制造,或者其熔點在批量生產(chǎn)時由于成份的改變而發(fā)生較大的變化,便不能予以考慮。
7、焊點外觀:焊點外觀應與錫/鉛焊料的外觀應接近。
8、與鉛的兼容性:由于短期內(nèi)不會立刻全面轉型為無鉛系統(tǒng),所以鉛可能仍會用于PCB焊盤和元件的端子上,焊料中如摻如鉆,可能會使焊料合金的熔點降的很低,強度大大降低。
9、低毒性:合金成份必須無毒。
10、良好的物理特性(強度、拉伸、疲癆):合金必須能夠提供Sn63/Pb37所能達到的強度和可靠性,而且不會在通過器件上出現(xiàn)突起的角焊縫。
11、價格:許多廠商都要求價格不能高于63Sn/37Pn,但目前,無鉛替代物的成品都比63Sn/37Pb高35%。
12、溶點:大多數(shù)廠家要求固相溫度最小為150℃,以滿足電子設備的工作要求。液相溫度則視具體應用而定。
波峰焊用焊條:為成功實現(xiàn)無鉛波峰焊,液相溫度應低于265℃。
手工焊用焊錫絲:液相溫度應低于烙鐵工作溫度345℃。
焊膏:液相溫度應低于250℃。
四、關于回流焊的溫度曲線:
1、較高的熔點急劇縮小了工藝窗口,鉛錫焊料的熔點是183℃,其完全液化的溫度為205℃-215℃,而印刷電路板的極限溫度為230℃-240℃,現(xiàn)存的工藝余量為15℃-35℃;常用的無鉛回流焊料的熔點是217℃-220℃,其完全液化溫度為225℃-235℃,由于PCB板的板限溫度沒有改變,工藝余量就縮小到5℃-15℃,如果狹窄的工藝余量要求回流焊爐現(xiàn)具有很高的重復精度,以及具有嚴密的電路板表示溫差。
2、液化時間加長:傳統(tǒng)的有鉛焊膏的液化時間為40s-60s;無鉛回流焊膏的液化時間一般為60s-90s。
如果保證液化時間以及液化溫度就必然會有很高的峰值溫度大概260℃,這必然會對PCB板和元件造成熱沖擊甚至損壞。
解決方法:
①相同生產(chǎn)能力情況不盡量縮短加熱區(qū)的總體尺寸,以減小氧化;
②各獨立溫度尺寸減小,同時增加加熱區(qū)數(shù)量,便于工藝調(diào)整;
③使用2個以上加熱溫區(qū)做焊接溫區(qū);
④熔錫之前助焊劑的預熱溫度不變;
⑤設計新型的中間支撐裝置,減小由于中間支撐裝置而帶來的分布偏差變大的問題。
⑥推薦使用氮氣保護工藝(非必要);