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無(wú)鉛焊接技術(shù)論文

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無(wú)鉛焊接技術(shù)論文

  因?yàn)榄h(huán)境保護(hù)的責(zé)任和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要 ,無(wú)鉛焊接技術(shù)的應(yīng)用是必然趨勢(shì)。下面是小編為大家精心推薦的無(wú)鉛焊接技術(shù)論文,希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>

  無(wú)鉛焊接技術(shù)論文篇一

  無(wú)鉛手工焊接工藝分析

  摘 要:目前電子產(chǎn)品生產(chǎn)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛化,手工焊接是最基礎(chǔ)的焊接方法,而電烙鐵是手工無(wú)鉛焊接的主要工具。從無(wú)鉛與有鉛焊料工藝窗口的比較、手工焊接工具的選擇、電烙鐵的操作方法、手工焊接溫度曲線及其熱能量傳導(dǎo)方面對(duì)手工焊接工藝進(jìn)行分析,探討如何提高手工焊接的工藝水平。

  關(guān)鍵詞:無(wú)鉛手工焊接 焊接工藝 分析

  中圖分類號(hào):TG441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-3973(2013)001-060-03

  盡管隨著貼片技術(shù)與波峰焊技術(shù)的普遍使用,電子制造對(duì)手工的焊接使用慢慢減少,但是在產(chǎn)品試制、科學(xué)研究、學(xué)校實(shí)訓(xùn)和產(chǎn)品維修過(guò)程中手工焊接仍然需要。手工焊接是自動(dòng)焊接的基礎(chǔ),也是電子工程人員必須掌握的基本技能。2005年以前我國(guó)基本都是有鉛的焊接,歐盟從2006 年7月1日起在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中禁用鉛,我國(guó)也從2007年3月1日起對(duì)電子產(chǎn)品推行無(wú)鉛化,現(xiàn)在已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛化了。電烙鐵是手工無(wú)鉛焊接的主要工具,理論來(lái)源于實(shí)踐但可以指導(dǎo)實(shí)踐,只有深刻領(lǐng)會(huì)“焊接溫度”、“焊接時(shí)間”的含意,通過(guò)理論的指導(dǎo)再加上勤奮的練習(xí)才能把電烙鐵使用好。

  1 有鉛與無(wú)鉛焊料工藝窗口比較

  無(wú)鉛焊料種類繁多,不同國(guó)家有不同的指定材料,SAC305是我國(guó)常用的無(wú)鉛焊料,即Sn-3.0Ag-0.5Cu(Sn-Ag-Cu系)。焊料對(duì)整個(gè)工藝的可操作性、可靠性等方面起著決定性的作用,無(wú)鉛焊料與有鉛焊料Sn63Pb37相比有不同特性。圖1中分別是錫鉛焊料與無(wú)鉛焊料的手工焊接工藝窗口。

  PCB損壞溫度區(qū),溫度為300℃左右,焊點(diǎn)達(dá)到這個(gè)溫度會(huì)造成PCB焊盤(pán)損壞;元器件損壞溫度區(qū),溫度為260℃左右,焊點(diǎn)達(dá)到這個(gè)溫度會(huì)造成元件損壞;回流焊接溫度區(qū);虛線為焊錫熔點(diǎn)溫度;助焊劑活化區(qū),為該區(qū)域的下半部分。

  從圖1可知,Pb-Sn焊料的回流焊接溫度為215℃ -230℃,無(wú)鉛回流焊接溫度為245℃ -255℃左右。若以元器件損壞溫度為260℃為頂線,焊料的回流焊接溫度為底線,則兩線之間的溫度差稱為“焊接工藝窗口”。Pb-Sn焊料的工藝窗口為40℃左右;無(wú)鉛焊料(SAC305)的工藝窗口僅為20℃左右,顯然無(wú)鉛焊料工藝窗口比有鉛焊料工藝窗口要窄許多,實(shí)際上,工藝窗口的縮小比理論值大。

  焊料的工藝窗口直接影響了焊接時(shí)工藝控制的難易程度,工藝窗口寬的焊料,在溫度控制偏高時(shí)也不會(huì)使元件損壞;而工藝窗口窄的焊料,在溫度控制偏高時(shí)會(huì)使元件損壞,溫度控制偏低時(shí)會(huì)出現(xiàn)冷焊。因?yàn)闊o(wú)鉛焊料工藝窗口比有鉛焊料工藝窗口要窄許多,所以無(wú)鉛焊接時(shí)工藝控制要難很多,無(wú)鉛焊接過(guò)程中容易造成元件及PCB焊盤(pán)的損傷。此外,無(wú)鉛焊料的表面張力大、流動(dòng)性差,焊料的潤(rùn)濕性比有鉛焊料差,焊接過(guò)程中易出現(xiàn)拉尖、短路、氣孔等缺陷。

  2 手工焊接工具的選擇

  工藝窗口的縮小給工藝人員帶來(lái)很大的挑戰(zhàn),同時(shí)焊接溫度的提高也對(duì)焊接工藝提出了更高的要求。手工焊接的主要工具是電烙鐵,“工欲善其事,必先利其器”,要提高無(wú)鉛手工焊接的工藝水平,必須要有合適的電烙鐵。電烙鐵要功率大、溫控精度高、回溫速率快,同時(shí)要注意烙鐵頭的配匹性以及烙鐵頭鍍層質(zhì)量。理想無(wú)鉛手工焊接溫度曲線如圖2所示。

  進(jìn)行手工無(wú)鉛焊接,要掌握焊接時(shí)的三個(gè)重要溫度參數(shù):

  (1)無(wú)鉛焊料的熔點(diǎn)溫度。焊料熔點(diǎn)提高了40℃,烙鐵頭溫度也要相應(yīng)提高,而且不同的焊料有不同的熔點(diǎn)。如:錫-銀(Sn-Ag)熔點(diǎn)約為217℃,錫-銅(Sn-Cu)熔點(diǎn)約為227℃。

  (2)最適合的焊接溫度。要形成有效的合金焊點(diǎn),焊接溫度要比焊料的熔點(diǎn)高出40℃,焊接時(shí)保持這個(gè)溫度3-5秒,其接合面才能生成1-3min厚度的金屬化合物層,此時(shí)焊點(diǎn)的機(jī)械、電氣性能最好。

  (3)電烙鐵加熱設(shè)定溫度。無(wú)鉛焊料的焊接,烙鐵的設(shè)定溫度應(yīng)采用低端溫度。溫度的設(shè)定要根據(jù)被焊元件的耐熱性、焊接部位吸收熱量成度等因素進(jìn)行設(shè)定。

  3 電烙鐵的操作方法

  手工烙鐵無(wú)鉛焊接與有鉛焊接的工藝過(guò)程是相同的,電烙鐵操作者應(yīng)該嚴(yán)格要求自已,培養(yǎng)良好的操作習(xí)慣,做到正確的焊接姿勢(shì),熟練掌握焊接的基本操作步驟和手工焊接的基本要領(lǐng)。

  3.1焊接的姿勢(shì)

  電子產(chǎn)品手工焊接的姿勢(shì)一般采用坐姿,工作臺(tái)和坐椅的高度要合適,操作者的頭部與電烙鐵之間相對(duì)位置應(yīng)保持30~50cm,一手拿烙鐵,一手拿焊錫絲,注視焊接點(diǎn)。

  3.2握電烙鐵的方法

  通常電烙鐵的操作方法有三種:反握法、正握法和筆握法,反握法適合于較大功率的電烙鐵(>75W),用于焊接大焊點(diǎn);正握法適用于中功率電烙鐵及帶彎頭電烙鐵的操作;筆握法適用于小功率的電烙鐵,主要用于電子產(chǎn)品的手工焊接。

  3.3電烙鐵接觸焊點(diǎn)的方向

  電子產(chǎn)品的手工焊接一般使用筆握法焊接,焊接時(shí)應(yīng)將電烙鐵呈45度方向接觸焊點(diǎn)。

  3.4手工焊接操作的基本步驟

  通常手工焊接操作過(guò)程可分為五個(gè)操作步驟(也稱五步法),如圖3所示。

  (1)準(zhǔn)備施焊:首先將電烙鐵加熱到工作溫度,準(zhǔn)備焊錫絲。然后將烙鐵頭和焊錫絲接近焊盤(pán),準(zhǔn)備焊接;

  (2)加熱焊件:將烙鐵頭移到焊盤(pán)和焊件,使其均勻預(yù)熱,不要施加壓力或隨意移動(dòng)電烙鐵;

  (3)熔化焊料:將焊錫絲送到烙鐵頭與焊盤(pán)接觸部位,使之熔化;

  (4)移開(kāi)焊料:待焊點(diǎn)成型后,迅速移開(kāi)焊錫絲;

  (5)移開(kāi)烙鐵:移開(kāi)電烙鐵,待焊點(diǎn)冷卻成型。

  在焊點(diǎn)較小的情況下,也可采用三步法完成焊接,即將五步法中的(2)、(3)步合并,(4)、(5)步合并。

  4 手工焊接溫度曲線及其熱能量傳導(dǎo)

  4.1手工焊接溫度曲線   手工焊接要形成可靠焊點(diǎn),降低產(chǎn)品廢品率,提高生產(chǎn)效率。這與焊接過(guò)程的控制有緊密聯(lián)系,在上述五步操作法中,每一步的溫度曲線如下:

  第一步準(zhǔn)備施焊中,所要焊接的焊盤(pán)仍處于室溫,僅是烙鐵頭達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度,焊盤(pán)溫度狀態(tài)如圖4所示。

  第二步加熱焊件和三步熔化焊料的操作過(guò)程中,加熱的烙鐵頭接觸焊盤(pán)和焊錫絲,烙鐵頭上存儲(chǔ)的熱能量傳遞給焊盤(pán)、被焊物的管腳和焊錫,焊錫和焊盤(pán)溫度快速上升,因?yàn)殡娎予F頭存儲(chǔ)熱能量的供應(yīng)是非控制的,所以此時(shí)烙鐵頭溫度有所下降,如圖5所示。當(dāng)焊盤(pán)溫度達(dá)到設(shè)定要求時(shí),焊料熔化,同時(shí)焊劑也快速熔化,焊劑中的活化劑快速地去除元件引腳及焊盤(pán)上的氧化層,焊料迅速在銅層上鋪展?jié)櫇?,并形成有效的焊點(diǎn),如圖6所示。

  在焊接過(guò)程中,烙鐵頭與被焊工件相互接觸,形成錫焊點(diǎn)所需的溫度稱為“焊接溫度”,切記,電烙鐵顯示的溫度(旋鈕刻度),不等于能形成焊點(diǎn)所需的焊接溫度。美軍標(biāo)(MIL-STD/IPC Rule of Thumb)規(guī)定焊接溫度為焊料熔點(diǎn)加上40℃,例如無(wú)鉛焊料Sn60Pb40(熔點(diǎn)為183℃),其焊接溫度為223℃。

  烙鐵頭與被焊工件相互接觸,形成錫焊點(diǎn)所需的時(shí)間稱為“焊接時(shí)間”,該時(shí)間美軍標(biāo)規(guī)定在3~5秒之間為宜。

  第四步移開(kāi)焊料和第五步移開(kāi)烙鐵的操作中,應(yīng)先移開(kāi)錫絲后再移開(kāi)烙鐵頭。否則會(huì)出現(xiàn)拉尖現(xiàn)象,如圖7所示。

  第五步后是焊盤(pán)的冷卻并形成有效的焊點(diǎn),應(yīng)注意此時(shí)焊料末完全冷卻,被焊工件不宜震動(dòng)否則會(huì)出現(xiàn)擾焊故障,如圖8所示。

  將上述步驟中焊盤(pán)上溫度變化采用溫度記錄儀測(cè)量,可得到如下連續(xù)的溫度曲線圖形,即為手工烙鐵焊接溫度曲線,如圖9所示。

  4.2手工焊接的熱能量傳導(dǎo)

  從“熱能”角度來(lái)說(shuō),影響電子焊接成功的最重要因素是對(duì)焊點(diǎn)需要的熱量的有效傳遞和控制,電烙鐵操作的五個(gè)步驟中,第二加熱焊件和第三步熔化焊料是焊點(diǎn)形成的過(guò)程,也是手工焊接的最為關(guān)鍵的一步。

  焊接過(guò)程是熱能量從熱源向被焊物的熱能量傳送過(guò)程,在這個(gè)過(guò)程中,加熱的烙鐵頭接觸焊盤(pán)和焊錫,烙鐵頭上存儲(chǔ)的熱能量傳遞給焊盤(pán),被焊物的管腳和焊錫使其升溫,當(dāng)焊錫絲熔化時(shí)助焊劑開(kāi)始活化,此時(shí)進(jìn)人“助焊劑活化區(qū)”(如圖9所示),活化劑能夠去除被焊物上的氧化層,保證形成良好的焊接潤(rùn)濕,在這期間,電烙鐵不能溫度過(guò)高,否則會(huì)使加速助焊劑的分解,影響焊接的效果。

  隨著電烙鐵熱能的繼續(xù)傳遞,溫度達(dá)到焊接溫度時(shí),就進(jìn)入“回流焊接區(qū)”(如圖9所示),焊錫在被焊物表面流動(dòng),填充間隙形成焊點(diǎn),在這期間,電烙鐵中的加熱體要能及時(shí)補(bǔ)充熱量,才能保證形成優(yōu)良的焊點(diǎn)。除很小的焊點(diǎn)情況外,形成可靠焊點(diǎn)的能量是加熱體的補(bǔ)償能量,當(dāng)烙鐵接觸初期,烙鐵頭溫度是下降的,當(dāng)溫度降到一定值,電熱芯開(kāi)始加熱補(bǔ)充熱能,合并后的熱能提供焊料回流焊接的需要。不同品牌烙鐵質(zhì)量的區(qū)別就在于第二次補(bǔ)熱是否及時(shí)。

  5結(jié)束語(yǔ)

  無(wú)鉛手工焊接對(duì)焊接的工藝提出了更高的要求。電烙鐵是手工無(wú)鉛焊接的主要工具,如何提高手工焊接的質(zhì)量?理論來(lái)源于實(shí)踐但可以指導(dǎo)實(shí)踐,只有深刻領(lǐng)會(huì)“焊接溫度”、“焊接時(shí)間”的含意,通過(guò)理論的指導(dǎo)再加上勤奮的練習(xí)才能把電烙鐵使用好,從而提高手工焊接的工藝水平。

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