無鉛焊接和免清洗焊接技術(shù)
發(fā)布時間:2011/8/26 9:36:45 訪問次數(shù):1598
近年,隨著人類社會文明進步,環(huán)境保護和生態(tài)平衡的要求深入各行各業(yè),對于電子焊接而言,無鉛焊接和免清洗焊接技術(shù)成為首先引起人們關(guān)注和需要解決的技術(shù)難題。
1.無鉛焊接技術(shù) IC61LV5128-12T
無鉛(lead free)就是使用其他金屬取代錫鉛焊料中的金屬鉛。以錫鉛合金焊料為主的焊接技術(shù)在電子一r業(yè)應(yīng)用已經(jīng)非常成熟,優(yōu)異的綜合性能和低廉的成本,使錫鉛焊料的地位很難動搖。然而無鉛浪潮大勢所趨,淘汰有鉛焊料不可逆轉(zhuǎn)。經(jīng)過業(yè)界十幾年的努
力,無鉛焊接已經(jīng)進入實用,不過目前無鉛焊接還不能完全代替有鉛焊接,還有一些關(guān)鍵問題需要解決。
無鉛焊接技術(shù)的關(guān)鍵是無鉛焊料,此外,還有無鉛焊接設(shè)各和工具,以及無鉛焊接T藝、焊點可靠性等技術(shù)問題。
1)無鉛焊料
(1)對無鉛焊料的要求
由于目前應(yīng)用的電子材料、設(shè)備和制造工藝都是適應(yīng)錫鉛焊接要求而確定的,所以理想的Sn-Pb合金替代材料應(yīng)該具有的性能是:
①熔點應(yīng)同Sn-Pb體系焊錫的熔點(183℃)接近;
②成本要低,導電性好;
③機械強度和耐熱疲勞性要與Sn-Pb體系焊錫大體相同;
④焊錫的保存穩(wěn)定性要好;
⑤能確保有良好的潤濕性和安裝后的機械可靠性;
⑥焊接后對各種焊接點檢修容易并有良好的電可靠性。
(2)焊料金屬
根據(jù)材料學原理,在目前地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的金屬元素中,可以取代Pb,與Sn形成合金焊料的金屬材料屈指可數(shù),僅有Ag、Cu、Bi、In、Sb、Zn等幾種。它們與Sn形成二元或三元合金:
二元合金 Sn-Bi Sn-In Sn-Ag Sn-Zn Sn-Cu
三元合金 Sn-Ag-Cu Sn-In-Cu Sn-In-Ag
從金屬資源的地球儲量、成本、合金熔點、材料強度、工藝性能、使用性能等多種因素綜合,目前工業(yè)應(yīng)用比較多、綜合性能較好的無鉛焊料是Sn-Ag-Cu系列,簡稱SAC無鉛焊料,已經(jīng)有系列產(chǎn)品供應(yīng)。例如
Sn95.5-Ag3.8-Cu0.7 熔點217℃ 簡稱387
Sn96.5-Ag3.O-Cu0.5 熔點217~219℃ 簡稱305
為了降低成本,現(xiàn)在一部分低Ag焊料得到推崇,例如SAC 105(Agl.O-Cu0.5)和SAC 0507(Ag0.5-Cu0.7),其性能與305相差不大,價格卻低少。
此外,業(yè)界也在探索在基本合金金屬之外加入少量其他金屬,例如鎳、稀土元素等成分,以圖改進無鉛合金的性能。
(3)助焊劑
由于無鉛合金與焊件的潤濕性普遍低于有鉛合金,同時焊接溫度的提高也增加了金屬表面酌氧化作用,因此必須使用活性更強的助焊劑以去除氧化層,增強潤濕性。但是這樣將使焊劑殘留物腐蝕作用加強、產(chǎn)生電遷移等缺陷、清洗的難度加大等問題。
盡管目前有關(guān)廠商已經(jīng)推出許多助焊劑產(chǎn)品,但是由于助焊劑的活性與低腐蝕作用是相互矛盾的,尋找它們的平衡,同時符合環(huán)境保護和成本等要求,科技界還需努力研究,才能獲得性能更好的無鉛助焊劑。
2)無鉛焊接設(shè)備與工具
隨著無鉛化的推進,電子專業(yè)設(shè)備廠商已經(jīng)推出系列化無鉛焊接設(shè)備和丁具,例如無鉛焊膏印刷機、無鉛波峰焊接機、無鉛再流焊機、無鉛返修臺、無鉛焊接臺以及各種無鉛電烙鐵等。由于氮氣保護焊接對于防止氧化、增強潤濕性有明顯作用,各種氮氣焊接機以及返修設(shè)備也在要求高可靠性的產(chǎn)品中獲得應(yīng)用。
3)無鉛焊接工藝
無鉛焊接從機理到工藝流程與有鉛焊接基本相同,關(guān)鍵是目前工業(yè)生產(chǎn)主流無鉛焊料Sn-Ag-Cu和Sn-Cu的潤濕性差(比有鉛低15%~20%)、熔點高(30—40℃),再加上焊接中印制電路板、元器件與焊料之間的兼容性,有鉛與無鉛同時存在,因此無鉛工藝的難
度和復(fù)雜性遠遠超過有鉛工藝。
經(jīng)過科研機構(gòu)、焊料和設(shè)備供應(yīng)商、產(chǎn)品制造企業(yè)以及業(yè)界各方面共同努力,現(xiàn)在對于一般可靠牲要求的產(chǎn)品,已經(jīng)形成比較成熟的無鉛焊接工藝流程和各種無鉛焊接的問題解決方案,多種無鉛產(chǎn)品已經(jīng)推向市場。
但是,對于高可靠性要求的產(chǎn)品,例如航天、醫(yī)療、汽車安全等領(lǐng)域而言,無鉛工藝仍然處于探索研究階段,無鉛工藝的長期可靠性及特殊環(huán)境中的安全性仍然有待進一步認證和實踐考驗,從這個意義上說,無鉛焊接問題仍然沒有得到解決。
4)無鉛焊接實踐進程
(1)無鉛焊接理論與實踐仍然屬于錫焊技術(shù)的領(lǐng)域,僅是有鉛轉(zhuǎn)向無鉛的過程。目前關(guān)于無鉛焊料的標準體系,錫銀銅已成為共識,但其熔點偏高,制造過程能耗增加,是造成“無鉛但不環(huán)保”結(jié)論的關(guān)鍵。尋找熔點和潤濕性與錫鉛焊料接近的無鉛焊料,還是人
們關(guān)注的熱點和方向;
(2)目前工業(yè)應(yīng)用錫銀銅無鉛焊接液相溫度與峰值溫度的溫差范圍較有鉛溫差范圍小,因此工藝溫度控制成為無鉛焊接中的重要內(nèi)容;
(3)由于無鉛焊料熔點較高,對元器件、印制電路板以及鍍層的耐高溫特性和相互兼容性等方面提出嚴酷的要求;
(4)無鉛化是一個長期的過程,目前仍處于與有鉛共存時期,鉛污染仍是一個技術(shù)難題;
(5)由于無鉛與有鉛的共存而產(chǎn)生的焊點剝離,以及無鉛化引起的焊點脆性、錫須、電遷移等質(zhì)量可靠性問題有待進一步研究和解決;
(6)廢棄電路板回收是環(huán)保的重要課題,無鉛焊料由于含有Ag、Bi等金屬,其填埋同樣會對環(huán)境造成污染。
2.免清洗焊接技術(shù) GM6512-15
免清洗焊接技術(shù)是綠色電子制造中的一項關(guān)鍵技術(shù),具有保護環(huán)境、簡化工藝流程、節(jié)省制造成本的優(yōu)點。
什么是免清洗焊接技術(shù)?
免清洗工藝(no-clean soldering process)足針對原先采用的傳統(tǒng)清洗工藝而言的,是建立在保證原有品質(zhì)要求的基礎(chǔ)上簡化工藝流程的一種先進技術(shù),而不是簡單的“不清洗”。簡言之免清洗焊接技術(shù)就是不清洗而達到清洗的效果。
傳統(tǒng)清洗工藝一直采用CFC氟氯烴產(chǎn)品、三氯乙烷等作為清洗劑,用于裝配印制電路板的焊接后清洗,以清除印制電路板表面殘留導電物質(zhì)或其他污染物,保證產(chǎn)品使用的長期可靠性。但是,CFC等清洗劑中含有ODS臭氧耗竭原物質(zhì),破壞生態(tài)環(huán)境,嚴重威脅人類的安全。采用先進工藝技術(shù)替代原有清洗工藝勢在必行。
從制造角度和工藝流程管理來說,免清洗焊接技術(shù)具有縮短生產(chǎn)周期、降低廢料產(chǎn)生、削減原料消耗、減少設(shè)備保養(yǎng)頻度的特點,在很大程度上節(jié)約了生產(chǎn)成本。
免清洗技術(shù)的關(guān)鍵是使用免清洗助焊劑。要求免清洗助焊劑不含任何鹵化物等有害成分、固體含量低、助焊性能和電氣性能好、焊接作業(yè)后殘留量極少、且無腐蝕性。目前已有多種免清洗助焊劑商品。
近年,隨著人類社會文明進步,環(huán)境保護和生態(tài)平衡的要求深入各行各業(yè),對于電子焊接而言,無鉛焊接和免清洗焊接技術(shù)成為首先引起人們關(guān)注和需要解決的技術(shù)難題。
1.無鉛焊接技術(shù) IC61LV5128-12T
無鉛(lead free)就是使用其他金屬取代錫鉛焊料中的金屬鉛。以錫鉛合金焊料為主的焊接技術(shù)在電子一r業(yè)應(yīng)用已經(jīng)非常成熟,優(yōu)異的綜合性能和低廉的成本,使錫鉛焊料的地位很難動搖。然而無鉛浪潮大勢所趨,淘汰有鉛焊料不可逆轉(zhuǎn)。經(jīng)過業(yè)界十幾年的努
力,無鉛焊接已經(jīng)進入實用,不過目前無鉛焊接還不能完全代替有鉛焊接,還有一些關(guān)鍵問題需要解決。
無鉛焊接技術(shù)的關(guān)鍵是無鉛焊料,此外,還有無鉛焊接設(shè)各和工具,以及無鉛焊接T藝、焊點可靠性等技術(shù)問題。
1)無鉛焊料
(1)對無鉛焊料的要求
由于目前應(yīng)用的電子材料、設(shè)備和制造工藝都是適應(yīng)錫鉛焊接要求而確定的,所以理想的Sn-Pb合金替代材料應(yīng)該具有的性能是:
①熔點應(yīng)同Sn-Pb體系焊錫的熔點(183℃)接近;
②成本要低,導電性好;
③機械強度和耐熱疲勞性要與Sn-Pb體系焊錫大體相同;
④焊錫的保存穩(wěn)定性要好;
⑤能確保有良好的潤濕性和安裝后的機械可靠性;
⑥焊接后對各種焊接點檢修容易并有良好的電可靠性。
(2)焊料金屬
根據(jù)材料學原理,在目前地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的金屬元素中,可以取代Pb,與Sn形成合金焊料的金屬材料屈指可數(shù),僅有Ag、Cu、Bi、In、Sb、Zn等幾種。它們與Sn形成二元或三元合金:
二元合金 Sn-Bi Sn-In Sn-Ag Sn-Zn Sn-Cu
三元合金 Sn-Ag-Cu Sn-In-Cu Sn-In-Ag
從金屬資源的地球儲量、成本、合金熔點、材料強度、工藝性能、使用性能等多種因素綜合,目前工業(yè)應(yīng)用比較多、綜合性能較好的無鉛焊料是Sn-Ag-Cu系列,簡稱SAC無鉛焊料,已經(jīng)有系列產(chǎn)品供應(yīng)。例如
Sn95.5-Ag3.8-Cu0.7 熔點217℃ 簡稱387
Sn96.5-Ag3.O-Cu0.5 熔點217~219℃ 簡稱305
為了降低成本,現(xiàn)在一部分低Ag焊料得到推崇,例如SAC 105(Agl.O-Cu0.5)和SAC 0507(Ag0.5-Cu0.7),其性能與305相差不大,價格卻低少。
此外,業(yè)界也在探索在基本合金金屬之外加入少量其他金屬,例如鎳、稀土元素等成分,以圖改進無鉛合金的性能。
(3)助焊劑
由于無鉛合金與焊件的潤濕性普遍低于有鉛合金,同時焊接溫度的提高也增加了金屬表面酌氧化作用,因此必須使用活性更強的助焊劑以去除氧化層,增強潤濕性。但是這樣將使焊劑殘留物腐蝕作用加強、產(chǎn)生電遷移等缺陷、清洗的難度加大等問題。
盡管目前有關(guān)廠商已經(jīng)推出許多助焊劑產(chǎn)品,但是由于助焊劑的活性與低腐蝕作用是相互矛盾的,尋找它們的平衡,同時符合環(huán)境保護和成本等要求,科技界還需努力研究,才能獲得性能更好的無鉛助焊劑。
2)無鉛焊接設(shè)備與工具
隨著無鉛化的推進,電子專業(yè)設(shè)備廠商已經(jīng)推出系列化無鉛焊接設(shè)備和丁具,例如無鉛焊膏印刷機、無鉛波峰焊接機、無鉛再流焊機、無鉛返修臺、無鉛焊接臺以及各種無鉛電烙鐵等。由于氮氣保護焊接對于防止氧化、增強潤濕性有明顯作用,各種氮氣焊接機以及返修設(shè)備也在要求高可靠性的產(chǎn)品中獲得應(yīng)用。
3)無鉛焊接工藝
無鉛焊接從機理到工藝流程與有鉛焊接基本相同,關(guān)鍵是目前工業(yè)生產(chǎn)主流無鉛焊料Sn-Ag-Cu和Sn-Cu的潤濕性差(比有鉛低15%~20%)、熔點高(30—40℃),再加上焊接中印制電路板、元器件與焊料之間的兼容性,有鉛與無鉛同時存在,因此無鉛工藝的難
度和復(fù)雜性遠遠超過有鉛工藝。
經(jīng)過科研機構(gòu)、焊料和設(shè)備供應(yīng)商、產(chǎn)品制造企業(yè)以及業(yè)界各方面共同努力,現(xiàn)在對于一般可靠牲要求的產(chǎn)品,已經(jīng)形成比較成熟的無鉛焊接工藝流程和各種無鉛焊接的問題解決方案,多種無鉛產(chǎn)品已經(jīng)推向市場。
但是,對于高可靠性要求的產(chǎn)品,例如航天、醫(yī)療、汽車安全等領(lǐng)域而言,無鉛工藝仍然處于探索研究階段,無鉛工藝的長期可靠性及特殊環(huán)境中的安全性仍然有待進一步認證和實踐考驗,從這個意義上說,無鉛焊接問題仍然沒有得到解決。
4)無鉛焊接實踐進程
(1)無鉛焊接理論與實踐仍然屬于錫焊技術(shù)的領(lǐng)域,僅是有鉛轉(zhuǎn)向無鉛的過程。目前關(guān)于無鉛焊料的標準體系,錫銀銅已成為共識,但其熔點偏高,制造過程能耗增加,是造成“無鉛但不環(huán)!苯Y(jié)論的關(guān)鍵。尋找熔點和潤濕性與錫鉛焊料接近的無鉛焊料,還是人
們關(guān)注的熱點和方向;
(2)目前工業(yè)應(yīng)用錫銀銅無鉛焊接液相溫度與峰值溫度的溫差范圍較有鉛溫差范圍小,因此工藝溫度控制成為無鉛焊接中的重要內(nèi)容;
(3)由于無鉛焊料熔點較高,對元器件、印制電路板以及鍍層的耐高溫特性和相互兼容性等方面提出嚴酷的要求;
(4)無鉛化是一個長期的過程,目前仍處于與有鉛共存時期,鉛污染仍是一個技術(shù)難題;
(5)由于無鉛與有鉛的共存而產(chǎn)生的焊點剝離,以及無鉛化引起的焊點脆性、錫須、電遷移等質(zhì)量可靠性問題有待進一步研究和解決;
(6)廢棄電路板回收是環(huán)保的重要課題,無鉛焊料由于含有Ag、Bi等金屬,其填埋同樣會對環(huán)境造成污染。
2.免清洗焊接技術(shù) GM6512-15
免清洗焊接技術(shù)是綠色電子制造中的一項關(guān)鍵技術(shù),具有保護環(huán)境、簡化工藝流程、節(jié)省制造成本的優(yōu)點。
什么是免清洗焊接技術(shù)?
免清洗工藝(no-clean soldering process)足針對原先采用的傳統(tǒng)清洗工藝而言的,是建立在保證原有品質(zhì)要求的基礎(chǔ)上簡化工藝流程的一種先進技術(shù),而不是簡單的“不清洗”。簡言之免清洗焊接技術(shù)就是不清洗而達到清洗的效果。
傳統(tǒng)清洗工藝一直采用CFC氟氯烴產(chǎn)品、三氯乙烷等作為清洗劑,用于裝配印制電路板的焊接后清洗,以清除印制電路板表面殘留導電物質(zhì)或其他污染物,保證產(chǎn)品使用的長期可靠性。但是,CFC等清洗劑中含有ODS臭氧耗竭原物質(zhì),破壞生態(tài)環(huán)境,嚴重威脅人類的安全。采用先進工藝技術(shù)替代原有清洗工藝勢在必行。
從制造角度和工藝流程管理來說,免清洗焊接技術(shù)具有縮短生產(chǎn)周期、降低廢料產(chǎn)生、削減原料消耗、減少設(shè)備保養(yǎng)頻度的特點,在很大程度上節(jié)約了生產(chǎn)成本。
免清洗技術(shù)的關(guān)鍵是使用免清洗助焊劑。要求免清洗助焊劑不含任何鹵化物等有害成分、固體含量低、助焊性能和電氣性能好、焊接作業(yè)后殘留量極少、且無腐蝕性。目前已有多種免清洗助焊劑商品。
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