无铅手工焊接

EditbyWolf,MotorolaService手机维修中无铅焊接操作控制铅规则制度现状背景各国对铅的规则制度和中国的现状・对儿童的影响特别大背景从电子印刷线路板中溶出Ｐｂ酸性雨Ｐｂ・即使是低浓度也会影响人的IQ或精神机能蓄积在体内废旧家电粉碎处理及填埋处理需要紧急对策各国对铅使用的规则■美国：铅暴露减少法虽然现在开始推动无铅化，但是不包括电子机器制造中所含的铅。■瑞典：环境保护品质目标禁止使用铅（全体）■丹麦：铅排除禁止使用和进囗含铅电子产品但电子零件和CRT除外■EU：电气?电子机器废品再利用指令想法（WEEE)关于电气电子机器废弃物的处理的规则电气电子机器被使用后关于对有害物质的规则2006年7月实施（有些项目除外）各国对铅使用的规则-2■中国制定了和欧州的RoHS差不多内容的法律。作为规则制度対象的成员目录正在制定中。在2006年2月公布《电子信息产品污染控制管理办法》。在此简称CMM,可登陆查阅■美国重金属规则制度(与RoHS内容一样),包括包装材料,汞规则制度,铅规则制度,电池规则制度,有害化学物质规则制度等.预计有关铅的规则制度在以后的1~2年間会在世界上的许多国家内被实施。《电子信息产品污染控制管理办法》出台的目的、意义将电子信息产品污染防治作为废旧电子信息产品回收处理再利用工作的基础性工作，体现“污染防治，预防在先”环境保护原则，落实“从源头抓起”的工作思路将电子信息产品污染防治纳入行业管理，法制化实现有毒有害物质在电子信息产品中的替代或减量化，保护环境，节约资源实现电子信息产业结构调整，产品升级换代，确保电子信息产业可持续发展积极应对欧盟两指令WEEE和ROHS《电子信息产品污染控制管理办法》与欧盟RoHS有何异同中国的《管理办法》和欧盟的RoHS指令相同之处：限制和禁止使用的有毒有害物质是一样的，都是六种：铅汞镉六价铬多溴联苯（PBB）多溴二苯醚（PBDE）中国的《管理办法》和欧盟的RoHS指令的不同：中国的《管理办法》调整对象为电子信息产品，欧盟的RoHS指令调整对象为交流电不超过1000伏特、直流电不超过1500伏特的电子电器设备。中国的《管理办法》于2006年2月28日颁布，2007年3月1日开始实施；欧盟的RoHS指令2006年7月1日开始实施。维修中的操作要求及注意使用不含有害物质的无铅材料:无铅焊锡丝,无铅锡膏,清洁济,助焊笔,清洗笔,吸锡线,易碎标贴等.无铅焊接过程控制温度控制与烙铁系统选择BGA的无铅焊接操作正确选择热风枪各种无铅焊锡的特性和Sn-Pb共晶锡膏的不同无铅焊锡的种类■焊锡●Sn-Ag系列：Sn-3.5Ag，Sn-3.0Ag-0.5Cu，Sn-(2-4)Ag-(1-6)Bi+(1-3In)●Sn-Ag-In系列：Sn-3.5Ag-(3-8In)+(Bi)●Sn-Zn系列：Sn-9Zn，Sn-8Zn-3Bi●Sn-Bi系列：Sn-58Bi，Sn-57Bi-1.0Ag■焊锡膏●Sn-Ag系列：Sn-3.5Ag，Sn-3.0Ag-0.5Cu●Sn-Cu系列：Sn-0.7Cu，+少量添加元素因为熔点高，所以回流温度管理很重要。从含有Bi主板零件中，要注意由于铅的混入而造成融点降低。含有Bi主板，要注意由于混入铅而造成的融点降低。In价格高，埋藏量和产出量不多。含Zn系列的反应性高,但是在作业性方面比其他型号的焊锡要差。在高温高湿度化的环境下强度降低。含Bi要注意从主板和零件中因混入铅，而造成融点降低。对镀Sn-Pb的产品要注意焊盘的剥离和锡膏的脱离。无铅焊锡的选择■Sn-3.0Ag-0.5Cu在焊接和波峰焊被广泛使用。■Sn-0.7Cu在波峰焊中被使用.■低温无铅锡膏,Sn-8.0Zn-3.0Bi,Sn-3.5Ag-0.5Bi-8.0In,等被广泛使用.■其他无铅锡膏高温：Sn-5.0Sb,Sn-10Sb,Au-20Sn.低温：Sn-58BiandSn-57Bi-1.0Ag建议:使用低温无铅焊锡Sn-3.0Ag-0.5CuSn-Ag系列无铅焊锡的回流条件零件耐热温度上限能够焊锡的最低温度焊锡熔点Sn-37PbSn-Ag系列无铅260℃200℃183℃230℃220℃上升!!上下有6０℃的余地30℃零件耐热性不改变但是由于焊锡熔点上升，焊接温度差变低。有铅焊锡无铅焊锡无铅焊接温度差的缩小对焊接设备的加热控制能力要求更高了，通常需要更大的功率，更多的温区和改进的热风控制装置Sn-Ag-Cu系列无铅焊锡的回流条件Sn-Pb与无铅焊锡熔点对比■焊锡熔点.能够焊接的最低温度Sn-Pb：183℃200℃Sn-Ag-Cu：219℃235℃以上必要.元件耐热温度能够焊锡的最低温度焊锡融点260℃200℃183℃235℃220℃温度差60℃温度差25℃Sn-Ag-Cu由于焊锡熔点上升，焊接温度差变低。。UP!!Sn-PbSn-Ag-CuSn-Ag系列以外无铅焊锡即使是熔点比较低的Sn-Zn系列无铅焊锡，使用耐热性低的（例如保证220℃）主板零件的时候，为了减少温度差，高温预加热是必要的。目前由于Sn-Zn系列焊锡技术还处于研制阶段,在此不推荐使用零件耐热温度上限焊锡能达到的最低温度焊锡熔点Sn-37PbSn-Zn系列无铅焊锡260℃200℃183℃215℃200℃上下有6０℃余地45℃Sn-Ag-Cu无铅特征■焊接強度:Sn-Ag-Cu无铅锡膏的接合強度很高.Sn-PbSn-Ag-Cu因为焊接强度高、所以也提高了接合信赖性。但是，当有铅混入时，强度会有所下降。建议使用Sn-Ag-CuSn-PbSn-Ag-Cu无铅锡膏特征■扩展性：无铅锡膏扩展性较差.印刷后焊接后Sn-Ag-Cu无铅锡膏很难扩展到印刷以外的地方。用和Sn-Pb相同设计的网板有可能无法覆盖住整个焊盘。Sn-Ag-Cu无铅特征■表面光泽：无铅表面光泽暗淡.Sn-PbSn-Ag-Cu焊接后表面光泽暗淡、用光学式外观检查机确认时有时会判断错误。为什么会没光泽?溶融的锡膏Sn的结晶被折出凝固収縮Sn-Ag-Cu凝固時的模式图因为Ｓｎ的结晶在焊接表面变的凹凸不平，再经过光的反射，所以…冷却冷却Sn-Ag-Cu无铅特征小结：Sn-Ag-Cu无铅锡膏■融点高.■扩展性差.■表面光泽暗淡.■接合信赖性高.■有必要推动无铅并使其成功.■有利环保.弱点优点无铅锡膏导入时的注意事项探讨重点焊接主板时：插座类元件屏蔽罩贴片阻容元件集成芯片是指所有焊接的地方或零件内部都不含铅。所谓的无铅产品装配主板的无铅化QFPBGA元件主板电极表面处理焊锡电镀管脚焊锡膏元件电极处理虽然和焊锡膏焊接相关联的全部材料要求无铅是有必要的，但是引进的初期是混在一起的。所以一定要注意将有铅和无铅进行分区操作无铅焊接控制无铅焊接控制手工焊接的过程控制传统的Pb-Sn含铅焊料的手工焊接目前的PbFree无铅手工焊接必须重新考虑的特殊性焊接的热能量的讨论如何确保手工焊接的过程控制焊接要达到的目的形成可靠的焊点产品废品率低生产效率高所有上述三点的获得均与焊接的过程控制有紧密联系无铅焊接的控制参数要求更严格正确的焊接温度焊点的温度为焊锡溶点温度加40C,烙铁头停留在焊点的时间为2-5秒钟焊锡+40C(MP)Sn/Pb223C(183C)Sn3.8Ag0.7Cu257C(217C)Sn0.7Cu267C(227C)无铅焊接的温度比有铅焊接高出10Cto20C焊接过程焊接过程是热能量从热源向被焊物的热能量转移过程(从烙铁头通过焊锡,助焊剂,管脚形成热能量转移)1.加热的烙铁头接触焊盘和焊锡烙铁头上存储的热能量传递给焊盘,被焊物的管脚和焊锡升温到焊接温度关注点:一旦烙铁头接触到焊盘,其存储热能量的供应是非控制的.2.助焊剂活化区热能量传递到焊盘,助焊剂开始活化,开始去除被焊物上的氧化层使确保能够形成很好的焊接润湿过程关注点:存储热能量过大将瞬间烧掉助焊剂,焊接过程没有助焊剂活化区3.形成合金焊点区热能量继续传递给被焊物直到温度达到焊锡溶点温度加上40°C焊锡在被焊物表面流动,填充间隙形形成合金焊点关注点:是否使用的烙铁加热体能够补充失去的存储热能量的同时不产生温度过冲4.降温区烙铁头从被焊物离开关注点:操作人员是否能掌控在3-5秒中离开焊盘是需要充足的焊接经验的.助焊剂活化区及合金焊点形成区焊锡回流焊接区形成焊锡回流焊接并保持一定时间形成合金焊点需要可控制的加热体热能量输出给焊盘助焊剂活化区传递的第一部分热能量=烙铁头存储的热能量(热能量值取决于烙铁头密度和设置的烙铁头闲置温度)温度时间3-5秒钟正确的焊接过程助焊剂活化区回流焊接区3-5秒钟正确的焊接操作应该在3~5秒钟内完成,这样才能保证助焊剂充分发挥作用,焊锡完全熔化并且经过回流形成合金焊点总结:有铅与无铅的过程控制存储热能量的烙铁头接触到焊盘时存储的热能量以失控的状态将热能量立即供给焊盘助焊剂活化区氧化层被清掉,改善焊接润湿合金焊点形成区焊点温度上升到焊锡溶点加40°C焊锡回流焊形成合金焊点降温区焊点冷却soldersolidifies无铅焊接和有铅焊接的焊点形成方式无变化,但焊锡的溶点不同:高溶点(从183°C上升到217°C)造成损坏的最高温度没有变化(~260°C)因此,焊接的加工窗口变小了无铅焊接的过程控制步骤1:-助焊剂活化区目的:控制烙铁头上存储的热能量(最佳为在进入助焊剂活化区时消耗掉大部分存储的热能量)控制两个基本因素:烙铁头的选择–使存储热能量在进入助焊剂活化区时及时消耗掉烙铁头闲置温度的设置危险性在盲目提高闲置温度(造成干焊,峰尖毛刺,主板及元件损坏)步骤2–形成合金焊点区的控制目标:控制加热体热能量的传递控制的基本因素:烙铁头几何形状的正确选择–确保最大化的使热能量从烙铁头能快速传递给焊盘注意烙铁头的保养–确保烙铁头同焊盘能够有效传递热能量烙铁应该采用热能量控制型–确保能够满足最佳热能量的传递温度控制与烙铁系统选择对烙铁系统的技术要求确保能够对每个焊盘提供所需要的热能量而同时热能量不要超过加工窗口系统的热能量控制是根据焊盘所需要的热能量,而不时通过中间温度传感器的温度判断得出的热能量结论.系统取保能够有很好的热能量传导特性烙铁头设计同时满足助焊剂活化和形成合金焊点烙铁头密度应该适合储存最佳的存储热能量烙铁头几何形状提供最佳的热能量传递给焊盘润湿差冷焊好的润湿优质焊接PCB破坏脆化温度太低温度太高提高温度接触温度适宜的时间和温度活化助焊剂达到润湿充足的温度使焊料熔化形成合金焊点低温可以避免PCB破坏热量传导的控制理想的金属焊点导致增大焊点金属层的体积,产生易脆的缺陷焊点内部金属层的形成速率与焊接时间和温度有关热量传导的控制冷焊0.25m适中1.0m脆化1.0m增加焊锡厚度铜/锡的化合物如何正确选择烙铁头选择烙铁头的几何形状使其同焊盘的接触面积最佳确保热能量的有效传递给焊盘采用最大直径的烙铁头确保有足够的通路使热能量能有效传递给焊盘采用最短的烙铁头确保热能量传递路径最短热传导效率及烙铁头选择影响热传导效率的因素烙铁头与焊盘的接触面积烙铁头的长度,直径烙铁头的镀层厚度烙铁头的质量密度加热体的功率密度烙铁头的闲置温度设定507090110130150170100%ContactArea50%ContactArea02468101214烙铁头与焊盘的接触面积传输功率(watts)热传导效率无铅焊接要求的最低功率接触面积接触面积大小焊点热能传导区别020040060080010001200637A670A642A024681012020040060080010001200637A670A642A024681012小焊点大焊点热传导效率传导的热能量(单位为瓦特)W/L=0.89W/L=0.50W/L=0.270.890.50