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软钎焊行业无铅化进程
查看:1455  发稿日期:2016-01-13 17:27:30

内  容

 

一、铅的危害及实施无铅化的必要性与可行性

在软钎焊的发展过程中,锡铅合金一直是最优质的、廉价的焊接材料,无论是焊接质量还是焊后的可靠性都能够达到使用要求;但是,随着人类环保意识的加强,“铅”及其化合物对人体的危害及对环境的污染,越来越被人类所重视。        

美国环境保护署(EPA)将铅及其化合物定性为17种严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一,铅右通过渗入地下水系统而进入动物或人类的食物链;在日常工作中,人体可通过皮肤吸收、呼吸、进食等吸收铅或其化合物,当这些物质在人体内达到一定量时,会影响体内蛋白质的正常合成,破坏中枢神经,造成神经和再生系统紊乱、呆滞、贫血、智力下降、高血压甚至不孕等症状;铅中毒属重金属中毒,在人体内它还有不可排泄、并且会逐渐积累的问题。美国职业安全与健康管理署(OSHA)标准:成人血液中铅含量应低于50mg/dl,儿童血液中铅含量应低于30mg/dl。

中国已加入WTO,中国市场已经逐步与国际市场接轨;为了提高自身产品的适应能力,及出口时避免上述不必要的麻烦,国内厂商应加强产品无铅化的意识,尽快地适应国际市场的要求,不要走在别人的后面,否则产品将失去一定的竞争力,在日趋激烈的国际竞争中处于下风;在我国沿海开放地区的外资厂居多,其中上规模的国际大公司也不少,这些外资公司已经注意到了无铅化的必要性,有些公司已将无铅化提入公司改进日程。

绿色环保产品是新世纪的主流,但是无铅化是否可行呢?这个问题要从技术、成本以及无铅焊料与目前软钎焊设备的兼容性等多个角度去解答。首先从技术上来讲,无铅化已得到了多个国家的重视,好多国家设有无铅焊料研发的专门机构,这些研发机构以及软钎焊料生产厂商,都已经研发出多种无铅焊料,且有相当一部分被实验证明是可以替代锡铅焊料的产品,(具体的无铅焊料种类及其特性本文第五要点有详细介绍);从成本角度考虑,目前所开发出的无铅焊料成本一般的在锡铅合金价格的2~3倍左右,据粗略统计,所用焊料的费用不超过产品总成本的0.1%左右,所以不会对产品的总体成本造成太大的影响;就设备而言,目前也有适应无铅焊料的波峰焊及再流焊设备出厂,但是,众多无铅焊料研发机构及生产商仍在不断努力改进无铅焊料本身的质量参数,以适应客户目前的现有设备。

综上所述,纵观世界潮流、与目前无铅化的进程表明,无铅化是完全必要的也是可行的。

二、无铅焊料发展进程

1991和1993年:美国参议院提出将电子焊料中铅含量控制在0.1%以下的要求,遭到美国工业界强烈反对而夭折;

1991年起NEMI, NCMS, NIST, DIT, NPL, PCIF, ITRI, JIEP等组织相继开展无铅焊料的专题研究,耗资超过 2000万美元,目前仍在继续;

1998年日本修订家用电子产品再生法,驱使企业界开发无铅电子产品;

1998年10月日本松夏公司第一款批量生产的无铅电子产品问世;

2000年6月:美国IPC  Lead-Free Roadmap 第4版发表,建议美国企业界于2001年推出无铅化电子产品,2004年实现全面无铅化;

2000年8月:日本 JEITA  Lead-Free Roadmap 1.3 版发表,建议日本企业界于2003年实现标准化无铅电子组装;

2002年1月欧盟 Lead-Free  Roadmap1.0 版发表,根据问卷调查结果向业界提供关于无铅化的重要统计资料;

欧盟议会和欧盟理事会2003年1月23日发布了第2002/95/EC号《关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质的指令》,在这个指令中,欧盟明确规定了六种有害物质为:“汞(Hg)、镉(Cd)、六价铬(Cr)、铅(Pb)、聚溴联苯(PBB)、聚溴二苯醚(PBDE)”;并强制要求自2006年7月1日起,在欧洲市场上销售的电子产品必须为无铅的电子产品;(个别类型电子产品暂时除外)

2003年3月,中国信息产业部拟定《电子信息产品生产污染防治管理办法》,提议自2006年7月1日起投放市场的国家重点监管目录内的电子信息产品不能含有Pb。

三、软钎焊行业对无铅焊料的要求

无铅焊料首先要能够真正满足环保要求,不能把铅去除了,又添加了新的有毒或有害的物质;要确保无铅焊料的可焊性及焊后的可靠性,并要考虑到客户所承受的成本等众多问题。概括起来讲,无铅焊料应尽量满足以下这些要求:

1、无铅焊料的熔点要低,尽可能地接近63/37锡铅合金的共晶温度1830C,如果新产品的共晶温度只高出1830C几度应该不是很大问题,但目前尚没有能够真正推广的,并符合焊接要求的此类无铅焊料;另外,在开发出有较低共晶温度的无铅焊料以前,应尽量把无铅焊料的熔融间隔温差降下来,即尽量减小其固相线与液相线之间的温度区间,固相线温度最小为1500C,液相线温度视具体应用而定(波峰焊用锡条:2650C以下;锡丝:3750C以下;SMT用焊锡膏:2500C以下,通常要求回流焊温度应该低于225~2300C)。

2、无铅焊料要有良好的润湿性;一般情况下,再流焊时焊料在液相线以上停留的时间为30~90秒,波峰焊时被焊接组件管脚及线路板基板面与锡液波峰接触的时间为4秒左右,使用无铅焊料以后,要保证在以上时间范围内焊料能表现出良好的润湿性能,以保证优质的焊接效果;

3、焊接后的导电及导热率都要与63/37锡铅合金焊料相接近;

4、焊点的抗拉强度、韧性、延展性及抗蠕变性能都要与锡铅合金的性能相差不多;

5、成本尽可能的降低;目前,能控制在锡铅合金的1.5~2倍,是比较理想的价位;

6、所开发的无铅焊料在使用过程中,与线路板的铜基、或线路板所镀的无铅焊料、以及元器件管脚或其表面的无铅焊料及其它金属镀层间,有良好的钎合性能;

7、新开发的无铅焊料尽量与各类助焊剂相匹配,并且兼容性要尽可能的强;既能够在活性松香树脂型助焊剂(RA)的支持下工作,也能够适用温和型、弱活性松香焊剂(RMA)或不含松香树脂的免清洗助焊剂才是以后的发展趋势;

8、焊接后对焊点的检验、返修要容易;

9、所选用原材料能够满足长期的充分供应;

10、与目前所用的设备工艺相兼容,在不更换设备的状况下可以工作。

四、无铅化进程中所涉及的相关行业及其协作关系

在无铅化的推广与导入过程中,不可避免地会与多个行业领域产生或多或少的关系,这就要求相关行业之间要互相协作,统一目标、统一标准;避免重复的、相互牵制的工作,这样会影响无铅化的推广与导入;这其中所涉及的相关行业及其之间的相互协作关系如下:

1、电子制造业厂商:

电子制造厂商是无铅焊料的使用厂商,是无铅化最重要的执行对象,也是无铅化推广的终端;这些厂商应根据自身产品及客户对象等状况,去决定何时去导入无铅化制程,以及如何导入等问题;一旦确定要实施产品无铅化,就应该配合原材料供货商及客户,把无铅化的导入作为一个改造或改进方案提上公司工作日程(相关导入制程请参考本文第七点相关论述)。电子制造厂商是否重视无铅化进程,是否能够与其它相关行业有效地配合等,都会影响到无铅焊料的推广与最终的实施、普及。

所以,电子制造厂商将在无铅化的推广进程中起着决定性的作用。

2、电子元器件厂商:

电子元器件厂商既是无铅化的推动者,同时也是无铅焊料的使用厂商,这类厂商本来也属电子制造厂商,但同时作为元器件的生产商又有其特殊性,所以把它单列出来,与电子制造厂商区别来讲。生产元器件管脚需要镀锡的厂商,如:二极管、变压器、线圈等产品时,应该选择无铅焊料去作镀层,以适应无铅化的要求;另外,需要使用钎焊材料来完成焊接的元器件厂商,更要重视无铅焊料的问题,如:陶瓷电容器等厂商,在无铅焊料推广使用初期,焊接时的工作温度比起以前有所提高,如何避免在经过高温焊接时,电容器或其它元器件内的钎焊料不受高温影响也是应该早作考虑的问题。 

电子元器件制造商,应与客户沟通协调,另外应询求无铅焊料生产厂商的配合,在无铅化进程中起到应有的支持作用。

   3、线路板制造厂商:

线路板制造厂商在无铅化的进程中,也应与其它相关行业保持良好的协作关系;实行无铅化后,要求这些厂商无论是单面板的镀锡或是多层板热风整平时的喷锡,都应选择无铅焊料作业;另外,在线路板表面防氧化层的物质选择上,也应考虑这些物质与各种无铅焊料的钎合性能问题,耐温要提高。

这些厂商在无铅化的进程中,同电子元器件的生产厂商一样,既是无铅焊料的使用者,也是无铅化推进过程中的关键一环,对无铅化的进程起到不可忽视的支持作用。

4、软钎焊料生产厂商:

软钎焊料生产厂商应该定位在无铅化进程中的核心位置,从研发试验,到无铅焊料的交付使用,都应起到主导的作用;在无铅化的进程中,焊料生产厂商所应做的工作最多,在与其它各行业的协调过程中也起着关键的决定性作用。

目前,对此类厂商的要求是:尽快地开发出经济、实用的无铅焊料产品,并且在无铅焊料推广初期,应首先掌握无铅化的推广与导入技术;此类厂商应与电子元器件生产商、电子制造厂商、线路板生产厂商以及设备生产厂商、无钎焊料专业研发机构做好协调工作,避免重复的开发、研制工作。

另外,在此类生产厂商内部,应首先加强行销人员的无铅化专业知识,以便更好地指导客户、服务市场,把无铅化的推广与导入工作做好、做细。

5、软钎焊用设备制造商:

此类厂商在目前的环境下,应充分掌握无铅焊料的研发动态,并充分了解电子制造业的工艺、制程的发展动态,以协助解决无铅焊料在使用中所存在的各种相关问题;

对此类厂商的基本要求是:充分掌握无铅焊料的发展动态及特性,另外一点就是反应一定要快,能够时时满足客户各方面的要求。

6、无铅焊料的专业研发机构:

无铅焊料专业研发机构在无铅化进程的初期,对无铅焊料的研发起到了重要的推动作用,促使了无铅焊料的新品不断产生,相关技术含量不断提升,对无铅焊料的推广与导入提供了一定的技术保障。

此类机构应与焊料生产厂商协调配合,不断把最新的实验成果,通过焊料生产厂商推向市场,做实用化试验,以加快无铅化进程。

五、目前所开发的无铅焊料种类及其品质、成本之评估

     在无铅焊料的开发初期,大多焊料厂商存在较严重的误区,有人认为把锡铅合金中的铅除去就是无铅焊料了,其实那只是纯锡,而不是无铅焊料,纯锡的抗拉强度、延展性、抗蠕变性能等都要比锡铅合金差得多;所以在去除铅的成份以后,必须找到一种或几种能够从性能、成本等角度代替铅的金属元素。新的无铅焊料必须与63/37锡铅合金的各种性能相接近。

1、无铅焊料研发现状:

美国国家生产科学研究所(NCMS)通过筛选得到了7种无铅焊料并在此基础上,进行了实用性和可靠性二次评审,最后推荐了三种合金供选择。(见表一)

表一:美国用于表面安装推荐的三种无铅焊料合金

合金种类

熔融温度

适用范围

Sn-58Bi

1390C

家用电器、携带式电话

Sn-3.4Ag-4.8Bi

205~2100C

家用电器、携带式电话、宇宙航空、汽车

Sn-3.5Ag-0.5Cu-1In

2210C

家用电器、携带式电话、宇宙航空、汽车

    在日本,日本电子工业振兴协会(JEITA)组织评定了无铅焊料。表二为JEIDA组织评定的过渡期可用的合金。

    表二、JEIDA组织评定的可用的合金

           项 目

内容

系别

 

 

合  金

 

再流焊(R)

波峰焊(F)

Sn-Ag

Sn-3.5Ag-0.75Cu

R   F

Sn-Ag-Cu

Sn-3Ag-0.7Cu

F

 

 

Sn-Ag-Bi

 

Sn-2Ag-3Bi-0.75Cu

R

Sn-2Ag-4Bi-0.5Cu-0.1Ge

R

Sn-3.5Ag-5Bi-0.7Cu

R

Sn-3.5Ag-6Bi

R

Sn-Bi

Sn-1Ag-57Bi

R

2、无铅焊料的种类及特性

从各国相关组织推荐的各种无铅焊料及各大公司试用的状况总结,目前过渡期无铅焊料可分为下述4类,见下表:

 

种类

 

共晶比

共晶点

(0C)

特   点

缺 点

优 点

 

Sn-Ag

 

 

Sn-3.5Ag

 

 

221

 

中高温系,延展性/

润温性比Sn-Pb差

 

较强的一致性和可重复制造性,并已在

电子业界应用多年,一直保持很好的可

靠性;用于回流焊/波峰焊/手工焊焊接;

Sn-Cu

Sn-0.7Cu

227

抗拉强度延展性比

Sn-Pb差

成本低/可应用于波峰焊/手工焊

Sn-Bi

Sn-58Bi

138

Bi资源有限,熔点太低,

机械强度较差,易虚焊

熔点低,抗热疲劳性好

Sn-Zn

Sn-9Zn

199

易氧化/易腐蚀/润湿性

很差

机械性能较好,较接近Sn-37Pb,

中温系

3、金箭焊料有限公司无铅焊料成份的筛选:

筛选依据见本文(三),为达目标选择种类以Sn-Cu系Sn-Ag系为基础,供选择的添加元素如下:

●熔点降低类:铟(In)铋(Bi)

●抗氧化类:镓(Ga)铟(In)磷(P)

●改善组织结构类:锗(Ge)铈(Ce)

(请参考以下示意图)

 

银(Ag)

9610C

熔点降低                  防止断裂

铋(Bi)            锡(Sn)                铜(Cu)

         2710C               2320C                   10830C

          

                              熔

                            锌(Zn)

                             4320C

最后得到Sn-Ag-Cu-Bi/Sn-Ag-Cu系可进入下轮筛选。

3.1以熔点管法进行Sn-Ag 、Sn-Cu二元合金,再添加熔点降低类元素组成Sn-Cu-In/Sn-Cu-Bi/Sn-Ag-Bi/Sn-Ag-Cu-Bi/Sn-Ag-Cu-In等三元四元合金进行筛选,发现含铟焊料熔点下降明显,熔融温度区间也小,只是价格及供货能力差而被排除;含铋的合金熔融区间较大,对降低固相线明显,对降低液相线不明显,只能限定在3%以下。熔点管法较示差热分析仪直观速度快。

3.2以静止锡锅法测试Sn-Ag-Cu/Sn-Ag-Cu-Bi/Sn-Cu/Sn-Ag等二元、三元、四元合金添加抗氧化成份在规定时间内以出渣多少来进行评定,结论如下:Ga、In、p<50ppm有效。

3.3 以电子显微镜观察Sn-Cu/Sn-Ag/Sn-Ag-Cu/Sn-Ag-Cu-Bi等二元、三元、四元合金的金相结构,发现银超过3.5%时合金形成Ag-Sn粗化结构;Bi在21%以下时出现共晶部分;添加Ge、Ce后会形成微细粒子改善了无铅焊料的组织结构。

综上所述,实验结果形成了以Sn-Cu/Sn-Ag/Sn-Ag-Cu/Sn-Ag-Cu-Bi为基础并添加Ga、In、P、Ge等元素在内的无铅焊料。

4、无铅焊料的抗拉强度评价:

为考核焊料焊接后的强度,我们设计了下述方案完成焊接,同样的焊料量、焊点大小一致为3X3mm,厚度为0.3mm的T2铜片,实验示意图如下:

 

 

 


 

在拉力试验机上做剥离强度试验,用我公司GA-F960无铅焊料专用焊剂,得到下述结论:

合金种类

剥离强度(N/mm2)

Sn-37Pb

9.6

Sn-0.7Cu/Sn-3.5Ag

6.9/6.4

Sn-3.5Ag-0.7Cu

7.8

Sn-3.0Ag-0.5Cu

7.9

Sn-0.7Cu-0.07 Ni

7.6

 

 

 


 

5、无铅焊料润湿性评价:

    实验样品:Sn-Ag-Cu系、Sn-Ag-Cu-Bi系、Sn-Ag-Cu-Sb系、Sn-Ag系及Sn- Cu系无铅焊料;Sn60/Pb40有铅焊料

             (所用助焊剂为金箭公司生产的GA-F960)

实验仪器:游标卡尺测量法

实验步骤:

  1.样板的制备:

    将T2 铜板剪成适当的小块,用(1:2)盐酸除去氧化膜后,用水冲洗,再用乙醇清洗,放置空气中干燥后,放入150℃±5℃烘箱内1小时氧化,取出放入严密的玻璃瓶中备用。

  2.试料:

    称取0.3000±0.002g无铅焊丝(Φ1.0),用小细棒弯成小圆圈、或用0.3000±0.002g的无铅焊料。

  3.试验步骤:

将铜板一角弯一小角,将试料环放在试验板中心,用镊子夹住试验板小角(焊剂滴三滴,固体焊剂称3g)放入锡锅,在30s内熔化并扩展,取出常温下冷却,用乙醇清除残余物,用千分尺测铜板厚度H0 和铜板中试料中心最高处的厚度HA 。

扩展率=4.06-(HA -HO )/ 4.06×100%

Sn-Ag-Cu系                             


             Sn60/Pb40                            

实验结果如下表所示:

合金类型

扩展率(%)

Sn-37Pb

86

Sn-0.7Cu

86

Sn-3.5Ag

87

Sn-3.5Ag-0.7Cu

87

Sn-3.0Ag-0.5Cu

88

Sn-0.7Cu-0.07Ni

86

6、无铅焊料伸展率评价:

将所评价焊料在拉力试验机上做伸展率测试,测试样件拉成φ3mm丝或铸成5X5X100mm的条;测试结果如下:

合金类型

伸展率(%)

Sn-37Pb

50

Sn-0.7Cu

34

Sn-3.5Ag

70

Sn-3.5Ag-0.7Cu

30

Sn-3.0Ag-0.5Cu

35

Sn-0.7Cu-0.07 Ni

33

7、无铅焊料的熔点评价:

将所评价的无铅焊料以示差热分析仪来进行测试分析(DTA):根据GB/T1425-1996《贵金属及其合金熔化温度范围的测定》标准进行测试结果如下:

合金成份(%)

熔点(0C)

Sn-37Pb

183-184

Sn-0.7Cu

227

Sn-3.5Ag

221

Sn-3.5Ag-0.7Cu

216-220

Sn-3.0Ag-0.5Cu

212-216

Sn-0.7Cu-0.07 Ni

213-219

8、无铅焊料抗疲劳性能评价:

在850C±20C相对湿度85±5%的恒温恒湿箱中将本节5和8中的样片做48小时老化实验后,测试伸展率和抗拉强度,测试结果如下:

合金成份(%)

剥离强度(N/mm2)

伸展率(%)

Sn-37Pb

9.6

50

Sn-0.7Cu

6.9

34

Sn-3.5Ag

6.4

70

Sn-3.5Ag-0.7Cu

7.8

30

Sn-3.0Ag-0.5Cu

7.9

35

Sn-0.7Cu-0.07 Ni

7.6

33

9、无铅焊料的成本评估:

合金成份(%)

成本比较倍数

Sn-37Pb(标准焊料)

1.00

Sn-0.7Cu

1.49

Sn-3.5Ag

3.20

Sn-3.5Ag-0.7Cu

3.19

Sn-3.0Ag-0.5Cu

2.87

Sn-0.7Cu-0.07 Ni

2.0

 

六、无铅焊料的推广应用过程中所需解决或应注意的相关问题

1、无铅锡丝的使用:

①、注意烙铁功率的选择,无铅焊料的熔点比锡铅合金高出许多,在不影响元器件所受热冲击的情况下,可适当把烙铁功率加大,以加快熔锡与上锡的速度;焊接温度不能低于3750C或用60W烙铁。

②、在焊后焊点的感观上,不能按以往锡铅合金的标准评判,通常的无铅焊料焊点不如锡铅合金焊点平滑、光亮,但只要能保证焊点的完全焊接及其检测时的可靠性,应属可接受范围。

2、波峰炉的使用:

就设备而言,目前也有适应无铅焊料的波峰焊及再流焊设备出厂,但是,众多无铅焊料研发及生产商仍在不断努力改进无铅焊料本身的质素,以适应客户的现有设备。

①、关于波峰炉的设备:

就Sn-Ag-Cu焊料来讲,其工作温度应在2550C左右,就各厂商目前锡炉设备能否适用而言,还要看自身设备的实际状况,一般情况下应该是可以满足。但是考虑到无铅料料的固相线和液相线之间还存在较大的区间,这样对焊料的凝固时间就产生了影响,会延迟焊料的凝固,所以,如果条件允许的话,可以在波峰炉锡槽后,加一个强制降温的装置,以加大线路板经过波峰后的降温速率,有利于焊点的形成;另外,在波峰炉链条进口与出口处作好挡帘保温设施,以及加长预热区、对锡槽作镀层外理等措施,以保持无铅波峰炉良好的焊接状态。

②、预热温度及锡炉温度设定:

相关预热及锡炉温度设定的问题,最好向焊料或元器件的供货商咨询,并要求对方在供货或交付样品前提交相关参数;无铅焊料所定参数大致如下:预热温度90~1100C,锡炉温度在250~2600C(以上均为实际温度),走板速度一般定在1.1~1.4m/min不等;

根据目前所开发的无铅焊料的实际情况及现有波峰炉的状况,通过对走板速度的调控,当线路板走完0.9m左右的长度预热区时,板面实际受热温度完全在可达到1000C以上,这样的预热温度能够达到无铅焊料对预热温度的要求。

目前锡炉设备生产商所生产波峰炉,锡液所达到的最高温度上限一般都设定在3000C左右,也能够满足无铅焊料的2550C左右的工作温度;另外,PCB生产厂商的阻焊膜的抗高温能力定在270-2900C;据此,目前的波峰炉及PCB状况基本能适应无铅焊料的焊接要求。

以上工作参数的设定,只是从锡炉及焊料本身去考虑;在实际工作中,电子制造厂商还应该审视自身产品,以及线路板上组件的精密程度、所能承受的热冲击程度等状况,在综合所有相关供货商的指导资料后,再去设定以上参数;焊接温度曲线高出共晶点温度或高出液相线温度100C左右开始试验,据使用无铅焊料的用户反馈信息分析,此种试验是非常必要的、有效的。

3、再流焊设备的使用

①、设备所面临的问题:

关于再流焊设备要不要更新、在现有的设备基础上要不要采用氮气保护等问题,目前仍没有定论;但因为无铅焊料的熔点较以往锡铅合金焊料高,也使得再流焊过程中产品上各点的温差要高出许多,这就意味着再流焊的加热效率将面临较大的挑战,红外线加热的再流焊机或加热效率不理想的再流焊设备,有可能在无铅焊料的推广中遭到淘汰;拥有这类设备的厂商,在推行无铅焊料前应慎重考虑与评估。

②、再流焊区线的设定:

     具体的无铅焊料再流焊温度曲线,电子制造业厂商应向焊料供货商要求提供;每一种不同配比的无铅焊料,其温度曲线都是不同的;就目前无铅焊料开发的现状而言,整个再流焊工作温度曲线将比63/37锡铅合金焊料提高200C左右;在更改工作温度曲线前,应首先对自身产品及元器件所能承受之热冲击状况做出论证,然后再审慎调整。

③、无铅焊锡膏锡粉成份之选择:

考虑到再流焊的特殊性,在选择焊料的成份配比上,与波峰炉稍有不同,建议选择Sn-Ag-Cu或Sn-Ag-Cu-Bi系列焊料,Sn-Ag-Cu焊料被美国NEMI(National Electronics and Marufacturing Iniviative)推荐为“标准”焊料;ITRI也拟把Sn-Ag-Cu焊料推荐为Sn-Pb通用替代物。

4、辅助材料的使用:

①、无铅焊料用助焊剂

实现无铅化以后,焊料采用无铅焊料,其在焊接效果及特性上与以往的锡铅合金有很大的不同,所以,选择与无铅焊料相匹配的助焊剂是完全必要的。

如果是活性的松香助焊剂(RA),应该可以满足各种无铅焊料的要求,但是此类焊剂焊后的残留将是令人头痛的问题,经过较高的焊接温度,有可能会产生难以清除的残留物质,这是助焊剂组份中某些物质经过高温环境时被氧化后形成的,这部分物质的存在有可能会对焊后的电性能存在一定的影响;另外,使用普通弱活松香型(RMA)或免清洗助焊剂,都存在着焊剂中活化物质的活化温度与目前无铅焊料的较高工作温度不相匹配的问题。

这就要求助焊剂生产厂商要开发出一种用活性较强、抗氧化能力更强、润湿性更好热稳定性更好的助焊剂供客商选择使用。电子制造厂商在选择无铅焊料的同时,应向供货商咨询相关配套助焊剂的问题。

②、惰性气氛(氮气)

关于无铅焊料使用中是否一定要使用氮气保护,目前尚无一种定论,据“液化空气(天津)有限公司”的陈文洪先生在《惰性焊接和无铅焊料》一文中的对此作了以下论述:

第一、使用惰性气氛以后的低含氧量,可以帮助保护金属和助焊剂不产生过量氧化物,提高焊料及助焊剂的润湿性能;

第二、空气气氛下产生的助焊剂氧化物是难以去除的,如果把热氮气用于产品返修中,可减少氧化物,简化工艺。

第三、在以下情况下应使用氮气:高的操作温度、细间距、复杂的装配或是产品高可靠度要求使用氮气保护时,应该使用氮气保护;

第四、在日本的实验室研究中,众多研究者一致认为手机装配业使用氮气是必须的。

第五、另有一些文献报道,使用氮气可以降低焊接的峰值温度,当生产设计复杂的产品、温度范围大的板卡时,都建议使用氮气。

根据以上几点的论述,电子制造厂商在使用氮气保护的问题上,还是要根据自身产品的实际状况来定,经过严密的论证后再作决定,如有相关问题,也可请气体制造商提供帮助。

5、无铅焊料焊接后的产品,应该再附加连接点的抗热疲劳及寿命检测,以用多种参数支持、评价焊料可靠性。

6、废料回收:从环保角度考虑的波峰焊氧化锡渣、废锡浆、废PCB等应该回收并且在价值上也应值得回收再生。

七、建议电子行业无铅化的导入制程

根据企业实际状况,首先应抽调工程、品管、生技等部门相关人员,成立无铅化推行论证工作小组,然后由该工作小组制定出适合本企业的无铅焊料导入计划,以及完成该计划中每一个小节的具体时间,并发放各相关职能部门,要求企业内各部门按计划分配工作,并予以执行。

相关推广工作及导入计划内容有以下几点可供参考:

1、对相关无铅焊料的各种资料进行书面论证:

①、无铅焊料之起源:

②、无铅焊料之推动力:

③、无铅焊料之市场导向:

    (①至③可参考本文第一点相关论述)

④、无铅焊料之性能:

⑤、无铅焊料成份之选用:

⑥、无铅焊料品质之评估:

⑦、无铅焊料成本之评估:

⑧、与无铅焊料相匹配之助焊剂性能:

(④至⑧可参考本文第五、六点相关论述;以上①至⑧也要求焊料供货商协助提供相关支持;)

2、协调、选择无铅焊料供货商对具体无铅焊料产品进行评估;

(可要求无铅焊料生产厂商提供其产品配比或所含金属元素成分、焊料性能、适用的温度区线、对焊接设备的要求等方面相关资料)

3、协调各电子元器件生产商对电子元器件在无铅化进程中的适用性,及其性能论证;

(此点应包括元器件管脚镀层之无铅成份及元器件所能承受热冲击能力进行评估)

4、对线路板生产商进行线路板无铅化评估;

(此点包括线路板自身的无铅化评估,及线路板所能承受之热冲击能力评估)

5、对企业现有设备进行评估;

(可参照本文第六点相关论述,或请求设备供货商予以支持)

6、对引入无铅焊料后生产工艺之调整,以及生产工艺调整后对企业产品质量、生产效率等各方面所带来的影响进行评估;

(相关参数之调整可参照本文第五点及第六点相关论述)

7、对无铅化导入计划中所涉及到各部门,要求他们作出相应工作计划书;

8、在确定以上程序基本完成,并有理论、技术支持后,可在工程或技术部门内部做无铅焊料的应用实验;

9、对实验结果进行总结,对不足或存在明显缺陷部分进行改进,或协调相关供货商寻求技术支持;

10、将无铅焊料安排到生产线进行试用、或对部分产品进行无铅化实验;

11、在所有评估、实验完成以后,进行最终的无铅化导入程序进行总结;并编制无铅焊料使用工艺及各相关工位工作指导书。

 
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