无铅焊接最新版

2003年2月13日欧盟WEEE&RoHS指令正式生效， 要求2006年7月1日在欧洲市场销售的电子产 品必须无铅化。 惠州基地彩电工厂从06年1月1日起，不再向 欧洲市场输出有铅产品。
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为什么使用无铅焊接 人 们 的环 保 观念越来越强 ，更喜欢购买 环保产品。
20% 45% 44% 50% 66% 76%
焊剂
金属表面 金属(Cu, 焊料等) 氧化物(O)
④ 熔化焊料与基板铜箔及零件电极互相扩散, 在界面上形成Cu-Sn合金层
⑤ 焊料冷却凝固, 焊接完毕
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好的焊接： 好的焊接：熔化焊料与母材融合得好
润湿是在接合界面形成合金层。 润湿是在接合界面形成合金层。 是在接合界面形成合金层 影响濡湿性的因素 (1) 母材, 焊料各自的表面张力 (2) 母材与焊料之间的界面张力 (3) 焊料与母材的金属学的融合性(有合金化倾向) (4) 母材的表面状态(污垢, 氧化膜等) (5) 焊接作业条件
焊料材质的选择 适量的焊接条件 板材质(热膨胀系数) 不把焊接温度提得过高
常见的焊接不良及对策
不妥现象和有关工作法 剥离 (波峰) 主要原因
焊料圆角凝固时, 熔点低的Pb和Bi等, 偏析于最 后凝固的焊接区界面, 由于凝固的收缩应力剥离
Pb
对策
・ 零件引线镀层的无铅化 ・ 缩小基板焊接区径减小凝固 收缩的影响。 ・ 波峰焊接后急冷以防低熔点 金属的移动偏析 · 选液相与固相温度差小的焊 料 ・ 缩小插入孔径 ・ 浸流的波形状 ・ 焊剂的预热 ・ 气体的泄气孔
常见的焊接不良及对策
不妥现象和有关工作法 不浸润 浸润不足 红眼 (波峰) (回流) 架桥 (波峰) (回流) 冰柱 (波峰) 焊料球 (回流) 主要原因
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对策
基板焊接区, 印刷掩膜尺寸 软熔温度曲线 设置虚设焊接区 焊料成分管理 预热条件的适当化 锡膏的吸湿防止 印刷面积的适当化
焊接面的氧化, 污垢 使用活性型的焊剂 (浸流)喷流与基板的接触不适当(角度, 速度, 时间) 选择浸润性好的焊料 防止金属面的氧化 (所谓红眼（漏焊）指基板的焊接区上不附着焊料, 看见红色铜板的状态) ・ 焊膏流出与旁边连接 ・ 由于回流焊的急速加热, 焊膏被焊剂冲走。 ・ (波峰)二次喷流形状, 基板速度不适当。 (所谓冰柱指焊料由引线的先端突出成冰柱状或角 状的状态) ・ 由于锡膏中的焊剂突然沸腾, 锡膏的吸湿而水蒸 气化使焊料飞散 ・ 露出保护膜上的焊料没有去处留下珠球。
插入零件(C&C)
: Perfect wetting θ=0° 0<θ<75° : Good wetting 0<θ<75 75<θ<90° 75<θ<90 : Marginal wetting 90<θ<180°: de-wetting 90<θ<180 Θ=180° : Non wetting Θ=180
完全润湿 良好润湿 边际润湿 润湿不良 未润湿
无铅专用助焊劑
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選擇適合的助焊劑是成功 焊接的重要因素之一。 焊接的重要因素之一。 由於無鉛焊料的熔點比 SnPb焊料高出 ℃-40℃。 焊料高出30℃ ℃ 焊料高出 因此必須選用適合於無鉛 焊料的專用助焊劑。 焊料的專用助焊劑。
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无 铅 波 峰 焊 用 低 VOC 助 焊 剂
特 点 :
喷 雾 、 浸 蘸 或 发 泡 等 方 法 的 波 峰 焊
TCL王牌所选合 王牌所选合 金为Sn-Ag-Cu： 金为 ： Sn 96.5% Ag 3.0% Cu 0.5% 比重7.4g/cm3 比重
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设 备 选 取 ---- 波 峰 焊
波峰焊工序
单面基板的时候 未加工基板 插入零件(C&C) 浸流焊接
双面基板的时候
涂粘接材料 装载表面安装零件 粘接材料硬化
润湿示意图 焊料 焊接区
合金层IMC（靠近焊料Cu6Sn5， 靠近基材Cu3Sn） 1~2μm最佳
形成金属间化合物层是润湿接合的必需条件, 不过因为化合物层一般硬而脆, 以薄为佳。厚的原因是: ① 焊接温度高, 时间长。 ② 使用产品时长时间在高温下。
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焊 点
接触角θ小 接触角θ大
φD
H a)润湿性佳 b)润湿性不够
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无铅焊接
LEED FREE SOLDER
2006.04.20
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无铅焊接的历程及相关法规 无铅焊接材料， 无铅焊接材料，设备和工艺 无铅合金对健康的危害及防护 无铅焊接现场管理
废弃的含铅电子产品污染生态环境
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铅等有害重 金属通过生 态循环，会 侵入人体， 损害人的大 脑和神经系 统。
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无铅焊接材料， 无铅焊接材料，设备和工艺
无铅焊料的定义
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目前国际上公认的电子产品中无铅焊 Sn Ag 料定义是：以Sn锡为基体，添加了Ag 银、Cu铜、Sb锑、In铟其它合金元素， 而 Pb铅<1000ppm Cd镉 <20ppm 铅 镉
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指令: 欧盟 RoHS 指令 Pb<1000PPM
美国JEDEC 美国JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council美国联合电子设计理事 美国联合电子设计理事 会 ): Pb<2000PPM
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Sn-Bi--添加元素Bi --添加元素Bi（ 合金成分选择 Sn-Bi--添加元素Bi（铋） 降低焊料熔点 部分提高焊料润湿性 但是由于Bi是低熔点元素，钎焊过程中很容易形成焊点 剥离（详细请看下图）。
由于Bi是低熔点元素，钎焊过程中很容易形成焊点剥离
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无铅焊料的最佳选择 无铅焊料的最佳选择 焊料的最佳 合金系列 Sn-Bi Sn-Sb Sn-Zn Sn-In Sn-Cu Sn-Ag Sn-Ag-Cu 选择合适的无铅系列 √ × × × × × √ √ √
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硬钎料 硬钎焊 钎料熔点﹥400 °C 料熔点 软焊料 软钎焊 焊料熔点﹤400 °C 料熔点 无铅焊料
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焊接工序
① 对加热过的接合面供应焊料和焊剂 焊剂 ② 焊剂还原除去接合面的氧化膜 焊接区(Cu)
有机酸离子 卤素离子 氢离子 (H+) 卤素盐, 金属皂
焊料
③ 熔化焊料在接合面上濡湿开
气泡 (波峰)
・ 零件引线与插入孔的间隙太大夹着空气。 ・ 焊剂热分解时产生的气体脱不透。
腐蚀 (回流) (波峰)
以下的物质经过长时间腐蚀铜箔和引线 ・ 吸了湿的活性焊剂的残渣 ・空气中的腐蚀性气体(氯气, 亚硫酸气等)
・ 使用弱活性型的焊剂 ・ 焊接后的板洗涤 ・ 选定强于腐蚀的焊料材质
迁移 (回流) (波峰)
基板的电极间在湿的状态下长时间附加直流电压 ・ 焊接后的板洗涤 时, 电极间的离子污染物质和水分结合为电解质, 微电流流动, 阳极的金属(Cu或Ag)溶出, 到达阴 极析出为金属。此金属成长为树枝状。
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可选的无铅焊料
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无铅焊料与有铅焊料比较
内容 成分 (wt%) 熔点 (℃) ℃ 密度 (g/cm3, 25℃) ℃ 热容 (J/kg.k) 热导率 (J/m.s.K) 拉伸强度 (MPa) 延伸率 (%) 可焊性 价格(元 公斤 公斤) 价格 元/公斤 焊料合金 SAC305（Sn96.5-3Ag-0.5Cu） 217~218 7.4 220 64 44 25 较好 约154(可变) Sn63- Pb37 183 8.4 176 50 32 48 优 约51(可变)
• • • • •
一般最佳的预热温度104oC~116°C（在元器件一侧所测得的） 最高升温速度 2~3 oC/s 66°C - 77°C ≤40秒 90°C – 125°C 临近波峰时 冷却速度 ≤4ºC
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• 助焊剂比重（浓度）控制
a. 作用：若助焊剂的比重（浓度）过大，则 会在PCB底面留下一层厚厚的松香，影响美 观，还会使剪下的元件引脚粘于板底不易 清理；若助焊剂的比重（浓度）过小，则 不能十分有效得清除金属表面的氧化物， 使被焊端子不能与焊锡充分结合，而影响 焊接的质量及其可靠性。 b. 测量工具：比重计
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彩电厂无铅锡条化验报告
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焊接的基本概念 钎焊 ---- 采用比母材熔点低的焊料，操作温度采取低
于母材固相线而高于焊料液相线的一种焊接技术。焊接过程 中焊料熔化为液态而母材保持为固态，液态焊料在母材的间 隙中或表面上润湿、毛细流动、填充、铺展、与母材相互作 用、冷却凝固形成牢固的接头，从而将母材联结在一起的一 种方法。
购买时 考虑 环保
1998 由于是 已经拥有环发现商品危 1993 环保产 保型商品 害环境后会品质/价格相近时 更换品牌 会购买环保型产品 品而购 买
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WEEE和RoHS指令所涉及的电子产品种类 WEEE和RoHS指令所涉及的电子产品种类
Categories of electrical and electronic equipment covered by this Directive 《报废电子电气设备指令》规定的十类产品 1. Large household appliances 大型家用器具 (冰箱、洗衣机、微波炉等) 2. Small household appliances 小型家用器具 (吸尘器、熨斗、钟表等 ) 3. IT and telecommunications equipment 信息技术和远程通讯设备 (电脑、 复印机、打印机 ) 4. Consumer equipment 用户设备 (电视机等) 5. Lighting equipment 照明设备(荧光灯等) 6. Electrical and electronic tools (with the exception of large-scale stationary industrial tools) 电气和电子工具(电锯、缝纫机等) 7. Toys, leisure and sports equipment 玩具、休闲和运动设备 8. Medical devices (with the exception of all implanted and infected products) 医用设备 9. Monitoring and control instruments 监视和控制装置 10. Automatic dispensers 自动售货机