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    無鉛錫條

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    “綠色制造“保證無鉛波峰焊接質量(有鉛焊料)

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    “綠色制造“保證無鉛波峰焊接質量(有鉛焊料)

    發布日期:2015-05-13 00:00 來源:http://www.multimenuyeg.com 點擊:

    根據歐盟的RoHS指令(歐洲議會和歐盟理事會關于在電子電氣設備中限制使用某些有害物質的指令法案),要求自2006年7月1日起在歐盟市場上禁止銷售含有鉛等6種有害物質的電子電氣設備,稱之為“綠色制造”的無鉛化工藝已是不可逆轉的發展潮流。

    有鉛焊料

          目前,中國的很多電子產品的制造商都在積極進行從有鉛焊接向無鉛焊接轉換的大量試驗工作。實踐經驗表明,要提高無鉛波峰焊接的質量應從設備、材料、工藝等多方面加以考慮。

    無鉛波峰焊接的成本因素

    波峰焊接中廣泛采用的無鉛焊料合金是SnAgCu焊料,它與傳統的SnPb焊料相比,焊料的熔點和焊接溫度要高得多。
       無鉛焊料與
    有鉛焊料焊接溫度的比較
       焊料合金 熔點 焊接溫度 
       Sn63Pb37 183℃ 240-250℃ 
       Sn96.5Ag3.0Cu0.5 217℃ 250-260℃
       無鉛焊料中Sn的含量比有鉛焊料高很多,因此無鉛焊料更容易氧化,產生更多的錫渣(SnO2),大量的錫渣不僅影響無鉛波峰焊接的質量,而且產生了大量的浪費。
       通常,無鉛焊料是有鉛焊料成本的3-4倍。假定工廠一天三班產生15-30公斤的無鉛焊料錫渣,這個成本可能達到人民幣3600-7200元/天,一年就是100-200萬人民幣。
       如何減少今后無鉛波峰焊接中的大量昂貴的錫渣呢?其中一個有效的方法就是在波峰焊接技術中引入一個“隧道式全程充氮保護技術”,見圖1。即在波峰焊工藝中,包括長長的預熱區和波峰焊區都用封閉的隧道保護起來充氮。在含氧濃度很低的環境下進行焊接。
       在隧道式充氮環境下,錫渣的產生率下降了約80%左右,這樣一年的節省可最多達到80-160萬人民幣。

    全程充氮技術可提高焊接質量
       全程充氮技術不僅降低了運行成本,對焊接質量也有很大的提高。由于無鉛波峰焊中液態焊料的表面張力比錫鉛焊料大,流動性較差,浸潤能力較低,因此在通孔元件的波峰焊中,多層印制電路板的金屬化孔中無鉛焊料的填充及爬升能力很差,直接影響焊點的強度及可靠性。
       大量試驗證明,在全程充氮氣環境下,可以降低無鉛液態焊料的表面張力,提高流動性及浸潤能力,因此可提高多層印制板金屬化孔中無鉛焊料的爬升能力。

    同上理由,無鉛波峰焊接中相鄰焊點之間焊料橋連的缺陷比有鉛波峰焊接中要高得多,而在全程充氮環境下焊接,可以大大減少焊點橋連缺陷。

    波峰焊工藝除了用于通孔元件的焊接外,還廣泛用于表面貼裝元件的焊接。典型的工藝流程為點膠→貼片→膠固化→板子翻轉(元件朝下)→波峰焊接。
       使用的印制板是OSP板,也稱裸銅板,在裸銅的焊盤上涂覆一層薄薄的透明有機保護層。這種板子與熱風整平的印制板相比具有良好的焊盤平面度,十分適合細間距表面貼裝元器件的組裝,與鎳金板相比較價格便宜經濟。但這種板子的焊盤容易氧化,可焊性不佳。
       大多數電子產品的制造商為取消繁瑣的清洗工藝及昂貴的清洗設備,普遍采用免清洗工藝,即選用免清洗的助焊劑。因免清洗助焊劑活性較低,一旦印制板焊盤氧化,可焊性降低時將無法焊接。因而要獲得免清洗助焊劑和裸銅板的無鉛波峰焊接的高質量是十分困難的。經常出現的焊點缺陷是焊盤露銅,見圖6。實踐經驗表明,為消除焊盤露銅缺陷,不僅波峰焊機的錫槽要充氮,而且在預熱區也要充氮,隧道式全程充氮波峰焊接技術解決了這個難題。焊接后焊盤上不露銅。

    動態強力短波紅外預熱技術
       全程充氮技術隧道中的殘氧量PPM值是可以人為設定,并進行閉環控制,這比僅在錫槽上方加裝氮氣罩的方法要好得多;這是因為后者殘氧量PPM值不受控,只能調節氮氣排放流量,而且氮氣消耗量也比前者大。隧道式全程充氮技術已在高端電子產品和批量焊接生產的制造中廣泛使用。

    在新型的無鉛波峰焊機中,預熱有多種模式,對他們進行組合使用,效果較好。預熱方式有:中波紅外、短波紅外和熱風對流三種方式。ERSA公司最新還推出了一種稱為“動態強力預熱”技術。
       該系統的預熱模塊是由多根石英加熱管組成,使用中不必全部同時通電,而是根據電路板的大小和位置,只對其中的幾組石英加熱管動態分時通電。對于中小尺寸的電路板而言,該模塊的耗電量可減少約50%。
       那么,在多預熱模式中我們應該如何來組合,每種預熱的效果有何不同呢?答案是,中波是基本的,一般是常開的,短波就好像是快速反應部隊,通電則立刻發熱,斷電立刻降溫,它通常是安裝在預熱區尾段,最靠近焊接區。短波預熱是板子進入焊接前進行的最后一道沖刺型加熱,在板過來時才開啟,比較省電。
       對于熱風預熱,要看選用的助焊劑類型。假如你選用了水基助焊劑,在預熱最前段,選用熱風對流預熱有利于加快助焊劑中水分的揮發,避免細小的水珠帶入高溫錫鍋中,引起濺錫。假如選用的是有機溶劑型助焊劑,那么,中波預熱則比較妥當。
       一般好的設備,預熱模塊應設計成可互換式的,不管是哪種預熱模塊,寬度應該一樣,這樣可以隨時根據需要更換不同的預熱模塊。

    “積銅”問題的對策
       無鉛波峰焊還會給我們帶來一個新的問題——“積銅”現象。無鉛焊料具有很強的侵蝕性,在高溫焊接的環境下,它會不斷地剝離焊盤上的銅原子,錫鍋中銅的含量隨著時間的推移(例如三個月)不斷地上升。銅會與焊料中的錫產生化學反應產生過多的金屬間化合物Cu6Sn5,它會以針狀的形式出現,見圖8和圖9。這樣焊料的流動性會大大地減弱,造成更多的焊點橋連。研究表明,“積銅”不能突破1%的極限。解決的方法是,在錫鍋中定時加入SnAg合金。

    結論

    對于無鉛波峰焊接來說,要保證好的焊接質量不容易;而想要以較低的成本保證焊接質量則更難。對于客戶來說,在選擇設備時,需要根據各自工廠的質量標準、線路板焊接的難易程度、生產批量、焊料單價,以及初期投資成本和運行成本等,計算出總的運行成本來綜合加以考量。

    相關標簽:有鉛焊料

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