无铅焊接的趋势以及要求--转载

1.为什么要推行无铅制程? 

A.铅的特性 及对人体的危害：铅（lead Pb），灰白色金属，熔点为 327.5℃，加热至 400--500℃时即有大量铅蒸气逸出，并在空气 中迅速氧化成氧化亚铅而凝集为烟尘并四处逸散。在工业中与铅接触的行业主要有铅矿开采，铅烧绳索和精练、蓄电池 制造、电子产品的焊接和电子元件的喷铅作业等等。在以上接触中铅及其化合物主要通过呼吸产和消化道入侵人体造成 铅中毒，对人体健康构成危害。美国环保署研究发现，铅及其化合物是 17 种严重危害人类寿命和自然环境的化学物质之 一。通常的职业性铅中毒都是慢性中毒，其对人体的神经系统、消化系统和血液系统都将造成干扰和伤害，其临订症状 表现为头昏头痛、乏力、记忆力下降、恶心、烦躁、食欲不振、腹部胀痛、贫血、精神障碍等。 

B.电子产品无铅化的趋势：随着人类对自身健康意识的提高和全球范围内环保意识的增强，为了尽可能减少铅等重金属 对环境的污染和对人类的的侵害，欧美国家在 2006 年 7 月 1 日起全面实行电子产品无铅化，中国也同样在 2006 年 7 月 1 日起要求投放市场的国家重点监管目录内的电子住处产品不能含有铅的成分。因此电子焊接中所使用的焊料（焊锡丝、 焊膏等）将逐步摒弃传统的锡铅合金而采用几乎纯净的锡。当然不含任何杂质的锡是不存在的，目前国际上对无铅的标 准尚无明确统一的定义，国际标准组织（ISO）提案：电子装联用焊料中铅的含量应低于 0.1WT%，不过在无铅焊料中通 常会根据不同的产品要求，在锡料中参和一些铜和银等其他金属物质来增强锡丝的活性焊点的电气连接性能。 

2.无铅焊锡与传统有铅焊锡有何差别? 

无铅焊锡内不含铅，且溶点比传统(63%锡+37%铅)焊锡高。 

常用的无铅焊锡:

 " Sn-Ag (锡+银, 96-98%锡)

 " Sn-Cu (锡+铜, 96%锡) 

" Sn-Ag-Cu (锡+银+铜, 93-96%锡) 

" Sn-Ag-Bi (锡+银+铋, 90.5-94%锡)

 " Sn-Ag-Bi-Cu (锡+银+铋+铜, 90-94%锡) 

63/37 有铅焊锡溶点为 183℃，凝固点同样为 183℃。注:此焊锡不会出现胶态[从液态冷却到固态(或相反)的温度点相同]。 60/40 有铅焊锡溶点为 191℃，凝固点为 183℃。注:此焊锡有 8℃范围形成胶态[从液态冷却到固态(或相反)所需的温度范 围]。 无铅焊锡溶点范围从 217℃到 226℃。 

二.对无铅替代物有哪些要求？

1、价格：许多厂商都要求价格不能高于传统的焊料(63Sn/37Pb),但目前，无铅替代物的成品(焊 锡丝，焊膏及锡条)都比传统的焊料(63Sn/37Pb)高 35%。 

2、溶点：大多数厂家要求固相温度最小为 150℃，以满足电子设备的工作要求。液相温度则视具 体应用而定。手工焊用焊锡丝：液相温度应低于烙铁工作温度 345℃。 

3、导电导热性好。 

4、较小的固液共存范围：大多专家建议此温度范围控制在 10℃之内，以便形成良好的焊点，如 果合金凝固范围太宽，则有可能发生焊点开裂，使电子产品过早损坏。 

5、低毒性：合金成份必须无毒。 

6、具有良好的润湿性。 

7、良好的物理特性（强度、拉伸、疲劳）：合金必须能够提供 Sn63/Pb37 所能达到的强度和可靠 性，而且不会在通孔器件上出现突起的角焊缝。 快克锡焊 术业专攻 常州快克锡焊股份有限公司 第 2 页 共 13 页

8、生产的可重复性，焊点的一致性：由于电子装配工艺是一种大批量制造工艺，要求 其重复性和一致性要保持较高的水平，如果某些 合金成份不能在大批量条件下重复制造，或者其 熔点在批量生产时由于成份的改变而发生较大的 变化，便不能予以考虑。 

9、焊点外观：焊点外观应与锡/铅焊料的外观应接近。 

10、与铅的兼容性：由于短期内不会立刻全面转型为无铅系统，所以铅可能仍会用于 PCB 焊盘和元 件的端子上，焊料中如掺如铅，可能会使焊料合金的熔点降的很低，强度大大 降低。 

3.进行无铅焊接时会碰到什么困难？

i. 高温焊接会破坏一些电子组件，包括塑料连接器、继电器、发光二极管、电解电容及多层陶瓷电容 

ii. 高温会使电路板弯曲，导致多层陶瓷电容损毁(常见损坏情况) iii. 高温焊接会对组件造成热冲击 

iv. 高温会使塑料组件溶解或变形 

v. 高温焊接会加速氧化，影响焊锡的扩散性及润湿性 

vi. 有需要使用活性较高(腐蚀性强)的助焊剂 

vii. 要提供较多热量及焊接较长时间才可以达到理想的焊接效果 viii. 容易产生锡桥及虚焊，且不易修正 

ix. 容易产生锡球及助焊剂飞散 

x. 缩短焊咀寿命 

xi. 焊点颜色会较暗淡 

xii. 操作人员会感到不适应，忧虑是否需要改变焊接模式 

4.操作人员需要提供特别培训吗？

提供特别培训给操作人员是不必要的，但要帮助操作人员去适应、减少忧虑及改善焊接效果.在他们进行无铅焊接之前， 必须要清楚了解以下几项事情: " 

进行无铅焊接时，焊咀必须要经常保持清洁，原因是相比起 63/37 或 60/40 之传统焊锡，无铅焊锡是不能够容忍杂质污 染的。

 " 操作人员必须愿意接受焊接模式的改变，他们需要经常清洁焊咀，而且要知道焊接时间会较使用 63/37 或 60/40 焊锡为 长。

虽然无铅焊锡的溶点较高，但这并不代表必须要使用较高的温度来进行焊接。 

" 保持以往传统焊锡所使用的温度来焊接 

" 严格控制焊咀温度 

" 使用高热回复性的焊台 

" 使用大功率的焊台 

" 配合焊点大小的同时，应尽量选择较大的焊咀进行焊接，因焊咀越大设定温度可以越低，热量流失越少 

5.在更换无铅焊料以后为什么普通常规焊台无法满足焊接工艺要求? 

答: 大多数的无铅焊料合金的熔点都较传统锡铅焊料。业界有少部分溶点低的合金，但由于其中采用如铟之类的昂贵金 属而成本高。熔点高自然需要更高的温度来处理，这就带来了需要较高的焊接温度。不过熔点只是决定焊接温度的一个 因素。例从锡铅（Sn37Pb）的 183℃到 SAC305 的 217℃却是提高了 34℃！这就使工艺窗口明显的缩小。使工艺的设 置、调整和控制都更加困难。市面上的普通控温电烙铁，虽然标示可以设置到 400 度或更高，但实际上其热容量和回温 能力，在较冷的焊点情况下多不足以处理无铅高温焊接。在焊接时，熔点高出 34℃左右的无铅锡丝耗热能力相对较大， 如果用普通的控温焊台在不提高温度的条件下焊接（特别是焊点较大面积时），往往会因为热能补充不及而造成锡点毛刺， 虚焊和焊接速度过慢等现象；因此为了达到合适的焊接效果势必要求相应提高烙铁的焊接温度，但提高焊接设置温度的 同时会带来诸多负面影响，如： 

A.无铅锡丝相对于有铅焊丝来说更易氧化,而高温又起催化作用，氧化速度随温度的升高成指数增加，因此在极 高的温度下焊接极易造成机械接触式虚焊(焊料没有在被焊工件间形成金属间熔融合金层)和焊点灰白不光亮；

B. 理想状态的烙铁是不用闲置较高的温度,消除能量的储存，把从电源取得的能量瞬间直接加于焊接处，这样既 能最大限度的避免能量的损耗又能实现良好的焊接，但普通烙铁因为加热速度慢的原因不能实现，只能通过提 高闲置温度的途径来储存足够的热能以达到焊接负载所需的温度，而较高的温度会对娇嫩的元器件产生很大的 热冲击,使电路性能和整机性能受到直接或间接的影响。 

C. 一般电子工厂，特别是光电产品工厂对焊接温度的设置都会有严格的控制，在能够满足焊接条件的前提下温度 设置越低越好，因此较高的焊接温度满足不了工厂制定的焊接工艺要求。 

6.由于无铅焊锡的溶点较高，我们是否有必要提高焊台的焊接温度呢？

不一定需要的。提高焊接温度有可能会造成焊接困难，因为高温会加速氧化，影响溶锡的扩散性及润湿性。虽然使用某 些助焊剂可以有效改善焊接效果，但是会对环境造成一定的污染，我们还是应该偏向保护环境，使用"免清洗"助焊剂的。 最好的解决方法是使用回温极快的焊台来进行无铅焊接。这样可以避免大幅提高焊接温度的需要。 

7.无铅制程后对焊台提出的更高要求? 

1．产生的热量更多，导热能力更强 

2． 回温速度更快。

3． 控温更准确。 

4． 耗材使用成本更低廉。 

8．无铅焊接时该如何选择焊接温度？该如何选择烙铁头形状？

对于无铅焊接温度的选择，应该考虑到 PCB 板的厚度、焊盘的大小、器件以及周围是否有较大散热 面积，常规焊点建议各位使用温度选择在 350℃左右，在满足要求的情况下烙铁头的大小尽可能的选大 的，因焊嘴越大，热容量越大，设定温度可以较低，热量流失越少。这样的话焊接速度也会相对提高， 保证焊接质量。 

关于烙铁头的相应选择推荐各位一张图供大家参考： 

 

 

9.应用无铅焊接后，为何焊咀寿命会大幅缩短？

现今市场上大多数无铅焊锡的含锡比例都是很高的，所以我们必须要注意他们对焊咀造成的侵蚀影响。 

 

一般焊咀结构，内部主要由铜制成，外面会镀上铁(镀铁层)，而镀铁层前端会镀上锡(镀锡层)，后端则会镀上抗氧化的铬。 由于锡和铁同样属于高活动性的金属，所以他们很容易会结合成混合金属，特别是在高温的状态下。而且在焊接时所使 用的助焊剂(特别是高活性的)亦是加速他们产生混合金属反应的催化剂。

 

图中表示当使用 63/37 传统焊锡时是近乎不会产生混合金属的，但当使用 锡+3.7 银+0.7 铜 的无铅焊锡时便会产生 15 微米厚度的混合金属了(图 2)。 

混合金属的产生速度会因应不同的焊接温度而改变。温度越高，产生速度越快，特别在 400℃或以上的情况下更为明显。 

 

进行焊接时，锡跟铁会不断产生混合反应，而由于所产生的混合金属会从焊咀镀层表面剥落，因此焊咀镀层会逐渐被侵 蚀掉，继而锡会很快速地侵蚀焊咀内的铜，最后会在很短时间内造成焊咀穿洞(图 4)。 

 

不同成份的焊锡会对焊咀有不一样的侵蚀速度。图 5 表示 锡+0.7 铜 对焊咀的侵蚀速度最快，然后是 锡+3.5 银+0.75 铜， 锡+2 银+0.75 铜+3 铋，而最后是 锡+37 铅。 

相比起传统的共晶焊锡(63/37 焊锡)，在 400℃的焊接温度下，无铅焊锡 锡+3.5 银+0.7 铜 对焊咀的侵蚀速度要快 3 倍， 而 锡+0.7 铜更加要快 4 倍。 除了侵蚀以外，无铅焊接还会加速焊咀氧化。 

10.如何对烙铁头进行的正确维护及延长寿命？

烙铁头在首次使用时应先将温度调至 250℃,然后清洁焊嘴,再加上一层新锡作保护.进行焊接工作时,先清洁焊嘴上的旧锡, 再进行焊接,之后放回烙铁架,再次焊接时重复以上动作. 烙铁头的基材是由传热较好的铜材构成,表面电镀了铁\锡等物质,由于烙铁头工作在高温状态氧化迅速,因此在铜管内另 加了一个钢管减缓氧化速度.在正常使用中应及时清理钢管中的氧化物,具体办法是每天(或隔几天)工作完成后取下烙铁 头,头部朝上底部朝下轻轻敲击倒出氧化物.这样便可完全防止烙铁头烧结在发热芯上。清洁海绵不宜太多水份,应将多余水份挤去.这样才可以使焊咀得到良好的清洁效果.使用非湿润的清洁海绵,会使焊咀受损 而导致不上锡。 

尽量使用低温焊接，如果焊咀温度超过 470 度，它的氧化速度是 380 度的两倍。 

切不可将烙铁头在清洁海绵上擦干净后放回烙铁架,并经常保持焊咀上锡，防止氧化,长时间不使用要关闭电源。 

焊接时，烙铁头上上锡位置尽量避免一直在同处上锡，以免局部腐蚀影响整支烙铁头的使用。 

焊接时，请勿施压过大，否则会使焊咀受损变形。 

11.为什么焊咀表面不能上锡? 

因以下情形导致焊咀产生锡和铁的金属间化合物且氧化迅速焊咀不上锡 

A.焊咀长时间暴露于高温状态 

B.在闲置时没有上新锡保护 

C.在干燥或不干净的海绵或布上擦洗烙铁头 

D. 焊咀上是否沾满碳化助焊剂 (碳化物及助焊剂残渣是否黏附着镀铁层) E.不良镀层或焊料或焊接表面不干净 

12.如何恢复一个不上锡的烙铁头? 

可用以下方法进行操作: 

A.将焊台温度降至 280 度左右,把烙铁头放在潮湿的海绵上反复擦拭且不间断的上新锡保护,重复上面动作只至烙铁头 光亮上锡为止 

B..用 80#聚亚安酯研磨泡沫块或 100#金刚砂纸除去烙铁头镀锡面上的污垢和氧化物. 

C.日常合理的维护保养也可有效地阻止烙铁头不上锡. 备注:如果焊咀沾满碳化助焊剂，焊咀便不能够溶锡把足够的热量传送到焊点上，因为焊咀是必须要透过溶锡作为媒 介传送热量的。此外，焊咀镀铁层会因为溶锡不足而外露氧化，再加上锡和铁的金属间化合物氧化，焊咀便会迅速被 损耗。在高温情况下更容易产生此现象，所以应尽量降低焊咀温度。 

标签：无铅,--,烙铁头,焊接,焊咀,焊锡,温度
来源： https://www.cnblogs.com/BlogBrian/p/14156536.html