论新一代焊接铅趋势

2018-09-11 22:57:00
陆启蒙
原创
2177

无铅焊由无铅焊料、无铅焊接工具、无铅焊接环境三部分组成,而这三部分中的每一项对于无铅焊接的成功与否都是至关重要的。

一. 无铅焊料:

与传统的含铅焊料相比,无铅焊料的原理就是由一些合金混合物来替代原有的铅,其特点就是这种合金的熔融温度要略高于含铅焊料。

以Sn/Ag合金为例,其熔融温度为221摄氏度,高于含铅焊料的熔融温度183摄氏度,而另一些无铅焊料Sn/Ag/Cu熔点为218摄氏度、Sn/Ag/Cu/Sb熔点为217摄氏度。

二. 无铅焊接工具:

无铅焊接工具与以往含铅焊接相比,生产设备方面不会有太多的改变,而对于返修工艺来说,将面临更大的挑战。

如前段无铅焊料中,已提及无铅焊料的原理就是由一些合金混合物来替代原有的铅,而这些合金材料的成分中Cu的使用最多。Cu是易氧化物,其氧化物CuO2与Cu相比硬度降低,就如同氧化铁(铁锈)。一旦无铅焊料中的Cu在焊接过程中焊接时间过长,就容易造成被氧化,最终会成为产品质量的缺陷。

由此可以得出结论,焊接过程越短,焊接质量就越为可靠!

在目前市场上有多款面向于无铅焊接领域的烙铁,对此做出了一个实验(如下表):

 

电铬铁

类型

闲置温度

由头置温度达到全部焊接负载要求温度所需的时间

Mctcal SP200

智能型

330℃

150秒

PACF ST20

传统型

330℃

204秒

Weller EC2002

传统型

330℃

245秒

Hakko 926ESD

传统型

330℃

316秒

以下是2个试验条件和结果:

1. 4种烙铁头的温度都设在329Co,每个烙铁头连续完成10个焊点,每个焊点的温度达到同样的温度232Co时,完成下一个焊点。

当10个焊点都完成后,记录每种烙铁所用的全部时间如下:

METCAL——150秒 PACE——204秒

WELLER——245秒 HAKKO——316秒

该试验表明,METCAL烙铁所用时间最短,说明其功率输出效率高,比HAKKO的速度快一倍以上。

2.如果使这4种烙铁都保持同样的焊接速度,即使每一个烙铁所用时间都保持在150秒,其它烙铁就必须升高烙铁头的温度,而METCAL烙铁仍维持329Co的温度不变:

METCAL——150 秒——329 Co PACE——150 秒——349 Co

WELLER——150 秒——380 Co HAKKO——150 秒——409 Co

我们可以得出结论,Metcal SP200的升温速度比其它至少快25%,而比Hakko926ESD则要快一倍以上。无铅焊接虽然对焊接工具提出了更高的要求,但经实验我们发现部分无铅烙铁已经能满足现有无铅焊料的要求,使用Metcal烙铁更能有效的防止焊接过程中氧化现象的产生,确保了无铅焊接的可靠性。

三. 无铅焊接环境:

无铅焊接环境是指在无铅焊接过程中,对无铅焊接成功与否造成决定性因素的一些周围环境。较为典型的例子,就是在无铅回流焊、无铅波峰焊、无铅芯片级返修过程中是否有氮气保护。

在前段无铅焊接工具一节中提到的金属物的氧化现象的产生,正是由于在焊接过程中有氧气的存在,而氮气保护正能避免该现象的发生,从而保证无铅焊料在焊接过程中,焊接质量的可靠性。

目前无铅回流焊、无铅波峰焊的技术已经相对成熟,品牌之间的竞争已经从技术上转向为价格与服务方面,究其原因,就是众多无铅回流焊、无铅波峰焊的生产企业对氮气保护技术上的一致性认可。

而在无铅芯片级返修中,由于BGA芯片在近期被逐渐普及开来,由于其封装特点的特殊性,故在BGA返修技术上一直区分为两种:热风式和红外式。

热风式BGA返修工作站特点是质量可靠、焊接过程可控,红外式BGA返修工作站特点是速度快。
而在热风式BGA返修工作站中,有些产品正是提供了氮气保护这一功能,符合无铅焊接环境的基础要求。而红外式BGA返修工作站由于无铅焊时没有氮气保护,加速了芯片氧化。

INTEL公司在研发新一代计算机CPU过程中,也采用了无铅 焊接工艺,并提倡了热风式返修系统。由美国OK国际集团提供热风式返修设备与INTEL公司共同研发新一代计算机CPU。(如图)

论新一代焊接铅趋势

当今世界越来越关注铅带来的环境和健康危害。尽管电子行业铅的用量只占世界总铅量中极其微小的一部分,但我们所关注的是大部分的电子垃圾最后都是掩埋在地下,污染地球和水资源。

今天已有许多公司,特别是日本的一些消费类电子产品制造商,正在大量生产无铅产品,并且成效卓著。另外,国际上不同的实验室和生产线,已经进行了大量关于产量,抗力强度和使用寿命的无铅实验。也许这些测试会出乎意料地证明:在正确的工艺操作下,无铅焊点比普通的含铅焊点更牢固,有更长期的可靠性。


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什么样的轮子只转不走?(答案:风车的轮子)
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