- 無鉛焊錫與傳統(tǒng)有鉛焊錫的區(qū)別
- 對無鉛替代物提出的要求
- 如何選擇無鉛焊接時的焊接溫度
- 常規(guī)焊點建議使用溫度選擇在350℃左右
- 無鉛焊接采用高頻渦流發(fā)熱原理
1.為什么要推行無鉛制程?
A.鉛的特性及對人體的危害：鉛（lead Pb），灰白色金屬，熔點為 327.5℃，加熱至 400--500℃時即有大量鉛蒸氣逸出，并在空氣中迅速氧化成氧化亞鉛而凝集為煙塵并四處逸散。在工業(yè)中與鉛接觸的行業(yè)主要有鉛礦開采，鉛燒繩索和精練、蓄電池制造、電子產品的焊接和電子元件的噴鉛作業(yè)等等。在以上接觸中鉛及其化合物主要通過呼吸產和消化道入侵人體造成鉛中毒，對人體健康構成危害。美國環(huán)保署研究發(fā)現(xiàn)，鉛及其化合物是 17 種嚴重危害人類壽命和自然環(huán)境的化學物質之一。通常的職業(yè)性鉛中毒都是慢性中毒，其對人體的神經系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和血液系統(tǒng)都將造成干擾和傷害，其臨訂癥狀表現(xiàn)為頭昏頭痛、乏力、記憶力下降、惡心、煩躁、食欲不振、腹部脹痛、貧血、精神障礙等。
B.電子產品無鉛化的趨勢：隨著人類對自身健康意識的提高和全球范圍內環(huán)保意識的增強，為了盡可能減少鉛等重金屬對環(huán)境的污染和對人類的的侵害，歐美國家在 2006 年 7 月 1 日起全面實行電子產品無鉛化，中國也同樣在2006 年7月1日起要求投放市場的國家重點監(jiān)管目錄內的電子住處產品不能含有鉛的成分。因此電子焊接中所使用的焊料（焊錫絲、焊膏等）將逐步摒棄傳統(tǒng)的錫鉛合金而采用幾乎純凈的錫。當然不含任何雜質的錫是不存在的，目前國際上對無鉛的標準尚無明確統(tǒng)一的定義，國際標準組織（ISO）提案：電子裝聯(lián)用焊料中鉛的含量應低于 0.1WT%，不過在無鉛焊料中通常會根據(jù)不同的產品要求，在錫料中參和一些銅和銀等其他金屬物質來增強錫絲的活性焊點的電氣連接性能。
2.無鉛焊錫與傳統(tǒng)有鉛焊錫的區(qū)別以及我們對無鉛替代物提出的要求？
無鉛焊錫內不含鉛，且溶點比傳統(tǒng)(63%錫+37%鉛)焊錫高。無鉛焊錫溶點范圍約從 217℃到226℃。我們對無鉛替代物提出的要求:
1、價格：許多廠商都要求價格不能高于傳統(tǒng)的焊料(63Sn/37Pb),但目前，無鉛替代物的成品(焊錫絲，焊膏及錫條)都比傳統(tǒng)的焊料(63Sn/37Pb)高35%。
2、溶點：大多數(shù)廠家要求固相溫度最小為 150℃，以滿足電子設備的工作要求。液相溫度則視具體應用而定。手工焊用焊錫絲：液相溫度應低于烙鐵工作溫度 345℃。
3、導電導熱性好。
4、較小的固液共存范圍：大多專家建議此溫度范圍控制在 10℃之內，以便形成良好的焊點，如果合金凝固范圍太寬，則有可能發(fā)生焊點開裂，使電子產品過早損壞。
5、低毒性：合金成份必須無毒。
6、具有良好的潤濕性。
7、良好的物理特性（強度、拉伸、疲勞）：合金必須能夠提供 Sn63/Pb37 所能達到的強度和可靠性，而且不會在通孔器件上出現(xiàn)突起的角焊縫。
8、生產的可重復性，焊點的一致性：由于電子裝配工藝是一種大批量制造工藝，要求其重復性和一致性要保持較高的水平，如果某些合金成份不能在大批量條件下重復造，或者其熔點在批量生產時由于成份的改變而發(fā)生較大的變化，便不能予以考慮。
9、焊點外觀：焊點外觀應與錫/鉛焊料的外觀應接近。
10、與鉛的兼容性：由于短期內不會立刻全面轉型為無鉛，所以鉛可能仍會用于 PCB 焊盤和元件的端子上，焊料中如摻如鉛，可能會使焊料合金的熔點降的很低，強度大大降低。
3.在更換無鉛焊料以后為什么普通常規(guī)焊臺無法滿足焊接工藝要求? 2、溶點：大多數(shù)廠家要求固相溫度最小為 150℃，以滿足電子設備的工作要求。液相溫度則視具體應用而定。手工焊用焊錫絲：液相溫度應低于烙鐵工作溫度 345℃。
3、導電導熱性好。
4、較小的固液共存范圍：大多專家建議此溫度范圍控制在 10℃之內，以便形成良好的焊點，如果合金凝固范圍太寬，則有可能發(fā)生焊點開裂，使電子產品過早損壞。
5、低毒性：合金成份必須無毒。
6、具有良好的潤濕性。
7、良好的物理特性（強度、拉伸、疲勞）：合金必須能夠提供 Sn63/Pb37 所能達到的強度和可靠性，而且不會在通孔器件上出現(xiàn)突起的角焊縫。
8、生產的可重復性，焊點的一致性：由于電子裝配工藝是一種大批量制造工藝，要求其重復性和一致性要保持較高的水平，如果某些合金成份不能在大批量條件下重復造，或者其熔點在批量生產時由于成份的改變而發(fā)生較大的變化，便不能予以考慮。
9、焊點外觀：焊點外觀應與錫/鉛焊料的外觀應接近。
10、與鉛的兼容性：由于短期內不會立刻全面轉型為無鉛，所以鉛可能仍會用于 PCB 焊盤和元件的端子上，焊料中如摻如鉛，可能會使焊料合金的熔點降的很低，強度大大降低。
大多數(shù)的無鉛焊料合金的熔點都較傳統(tǒng)錫鉛焊料高。業(yè)界有少部分溶點低的合金，但由于其中采用如銦之類的昂貴金屬而成本高。熔點高自然需要更高的溫度來處理，這就帶來了需要較高的焊接溫度。不過熔點只是決定焊接溫度的一個因素。例從錫鉛（Sn37Pb）的 183℃到 SAC305 的 217℃卻是提高了 34℃！這就使工藝窗口明顯的縮小。使工藝的設置、調整和控制都更加困難。市面上的普通控溫電烙鐵，雖然標示可以設置到 400度或更高，但實際上其熱容量和回溫能力，在較冷的焊點情況下多不足以處理無鉛高溫焊接。在焊接時，熔點高出 34℃左右的無鉛錫絲耗熱能力相對較大，如果用普通的控溫焊臺在不提高溫度的條件下焊接（特別是焊點較大面積時），往往會因為熱能補充不及而造成錫點毛刺，虛焊和焊接速度過慢等現(xiàn)象；因此為了達到合適的焊接效果勢必要求相應提高烙鐵的焊接溫度，但提高焊接設置溫度的同時會帶來諸多負面影響，如：
A. 無鉛錫絲相對于有鉛焊絲來說更易氧化,而高溫又起催化作用，氧化速度隨溫度的升高成指數(shù)增加，因此在極高的溫度下焊接極易造成機械接觸式虛焊(焊料沒有在被焊工件間形成金屬間熔融合金層)和焊點灰白不光亮；
B. 理想狀態(tài)的烙鐵是不用閑置較高的溫度,消除能量的儲存，把從電源取得的能量瞬間直接加于焊接處，這樣既能最大限度的避免能量的損耗又能實現(xiàn)良好的焊接，但普通烙鐵因為加熱速度慢的原因不能實現(xiàn)，只能通過提高閑置溫度的途徑來儲存足夠的熱能以達到焊接負載所需的溫度，而較高的溫度會對嬌嫩的元器件產生很大的熱沖擊,使電路性能和整機性能受到直接或間接的影響。
C. 一般電子工廠，特別是光電產品工廠對焊接溫度的設置都會有嚴格的控制，在能夠滿足焊接條件的前提下溫度設置越低越好，因此較高的焊接溫度滿足不了工廠制定的焊接工藝要求。
B. 理想狀態(tài)的烙鐵是不用閑置較高的溫度,消除能量的儲存，把從電源取得的能量瞬間直接加于焊接處，這樣既能最大限度的避免能量的損耗又能實現(xiàn)良好的焊接，但普通烙鐵因為加熱速度慢的原因不能實現(xiàn)，只能通過提高閑置溫度的途徑來儲存足夠的熱能以達到焊接負載所需的溫度，而較高的溫度會對嬌嫩的元器件產生很大的熱沖擊,使電路性能和整機性能受到直接或間接的影響。
C. 一般電子工廠，特別是光電產品工廠對焊接溫度的設置都會有嚴格的控制，在能夠滿足焊接條件的前提下溫度設置越低越好，因此較高的焊接溫度滿足不了工廠制定的焊接工藝要求。
4.由于無鉛焊錫的溶點較高，我們是否有必要提高焊臺的焊接溫度呢?
不一定需要的。最好的解決方法是使用回溫極快的焊臺來進行無鉛焊接。這樣可以避免大幅提高焊接溫度的需要。因為高溫會加速氧化，提高焊接溫度有可能會造成焊接困難，影響溶錫的擴散性及潤濕性。雖然使用某些助焊劑可以有效改善焊接效果，但是會對環(huán)境造成一定的污染，我們盡量使用環(huán)保的"免清洗"助焊劑。
5.在導入無鉛制程后以前的控溫焊臺還能繼續(xù)用嗎?
我們不能一概而論,有些情況下還是可以使用,如;客戶本來就僅僅把元器件焊好就可以且溫度高低對被焊元器件沒有太大影響.大多情況不建議繼續(xù)使用,因為由于無鉛焊料熔點的提升,以前的常規(guī)焊臺勢必通過提高焊接溫度來工作.而恰恰目前大多嬌嫩的元器件根本無法承受過高溫度的熱沖擊!若現(xiàn)在繼續(xù)用來做無鉛,勢必帶來更多焊接上的問題!
備注：
A. 需要保持以往傳統(tǒng)焊錫所使用的溫度去焊接
B. 需要嚴格控制焊咀溫度
C. 需要使用高熱回復性的大功率的焊臺
D. 配合焊點大小的同時，應盡量選擇較大的焊咀進行焊接，因焊咀越大設定溫度可以越低，熱量流失越少
6.無鉛制程后對焊臺提出的更高要求?
1． 產生的熱量更多，導熱能力更強
2． 回溫速度更快。
3． 控溫更準確。
4． 耗材使用成本更低廉。
無鉛烙鐵與普通控溫焊臺的性能比較
A. 摒棄了傳統(tǒng)控溫烙鐵所采用的電阻式陶瓷發(fā)熱體的概念，即采用高頻渦流發(fā)熱原理（感應加熱原理）。為取得一定的溫度來進行焊接，必然要選擇相應的加熱方式，有傳導、對流、輻射等，傳統(tǒng)的控溫烙鐵采用傳導的方式，即陶瓷發(fā)熱體產生一定的熱能通過接觸傳導給烙鐵頭并儲能使其達到滿足焊接的溫度；無鉛烙鐵則是通過在特制的感應線圈上施加 400KHz的高頻交變電源，使其產生一個交變磁場，這個磁場使插入其中的磁性棒——烙鐵頭產生渦流，同時由于趨膚效應烙鐵頭急速發(fā)熱，因此無鉛烙鐵的真正發(fā)熱體的烙鐵頭，與普通控溫電焊臺相比其省略了熱傳導過程，消除了看似必然的溫度分布梯度，因此發(fā)熱更顯迅速。
B. 溫度感應器前置，焊接過程中烙鐵頭直接作用于焊接部位，焊嘴溫度如何直接影響焊接品質是否良好，因此反映并控制烙鐵頭尖部的真正溫度是至關重要的。普通控溫電烙鐵的傳感器通常距離焊嘴頭部有 20mm 左右的距離，其反映的溫度非烙鐵頭嘴部實際溫度；而無鉛烙鐵的傳感器能伸至于烙鐵頭的頭部，敏感的反映頭部溫度，即焊接點的實際溫度，從而使熱能的補償和關斷更靈敏。
C. 基于以上A、B兩點，無鉛烙鐵不但適用于無鉛焊接，同樣也適用于大焊點焊接、快速連續(xù)焊接和規(guī)定低溫焊接。不需閑置很高的溫度，當感應烙鐵頭溫度有所下降的瞬間，90W 功率的加熱動力使熱能即刻噴薄而出，完成良好的焊接，不會因冷焊而造成連接不牢等現(xiàn)象。
D. 一般控溫電焊臺如936型，多數(shù)情況下發(fā)熱芯都不是自然損壞，而是在發(fā)熱體固定不夠理想的狀態(tài)下由人為因素造成。無鉛烙鐵則采用特殊的卡口式固定方式使發(fā)熱體（感應線圈）與手柄握把科學地固定成一體，從而避免了因為扭動烙鐵頭或發(fā)熱體而造成引絲折斷或電路短路現(xiàn)象。
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實用的功能
A. 烙鐵頭與發(fā)熱體（感應線圈）采用分體設計方案，完全避免了其中之一損壞就必須一并更換的資源浪費，相對于其他品牌大大節(jié)省使用成本，使工廠的生產成本更具競爭力。
B. 密碼管理溫度 合適的溫度是焊接品質得到保證的關鍵，產線管理者可以根據(jù)工藝要求用三位數(shù)密碼控制烙鐵溫度，使一般操作者不能隨意濫調溫度而對產品品質造成影響。
C. 自動休眠及斷電功能 烙鐵頭的優(yōu)劣某種程度上也反映了烙鐵的好壞，如果一臺烙鐵在高溫下長時間不使用，其烙鐵頭在沒有焊錫保護的情況下極易氧化，從而使可焊性下降，并且會大大縮短它的使用壽命。無鉛烙鐵會在超過 20 分鐘左右不使用本焊臺的情況下自動降溫到 200℃，當再次使用時自動快速回溫至所設定的溫度；如果超過60分鐘左右不使用烙鐵則自動切斷電源，這樣在保護烙鐵頭的同時也減小了能源的浪費和安全事故的可能性。
D. 結構牢固，外形美觀 外殼采用一次性鑄鋁，不會因為保護不周而象其他塑料外殼一樣容易造成燙壞或劃痕，同時也具有良好的散熱性能，相對提高了焊臺的線路性能的穩(wěn)定。
Weller，Hakko, Metcal等主要焊臺生產廠家的解決方案
A． Hakko的解決方案：（代表產品：Hakko931; Hakko938; Hakko951）
1. 提高焊臺的功率：從 60W 提高到 75W 甚至100W
2 提高焊筆的導熱性能：改變焊筆的結構，將烙鐵頭與發(fā)熱體做成整體。
由于烙鐵頭與發(fā)熱體整體化，使用戶使用成本出現(xiàn)巨大提高。
B． Metcal的解決方案：（代表產品：MX500; SP200）
提高焊筆的導熱性能：改變焊筆的結構，將烙鐵頭與發(fā)熱體做成整體。
由于烙鐵頭與發(fā)熱體整體化，亦使用戶使用成本出現(xiàn)巨大提高。
C． Weller 的解決方案：（代表產品：WS81； WSD81）
提高焊臺的功率：從50W 提高到80W
提高焊筆的導熱性能：改變導熱材質。由一般合金改為貴金屬，提高導熱性能。
7.無鉛焊接時該如何選擇焊接溫度？該如何選擇烙鐵頭形狀？
對于無鉛焊接溫度的選擇，應該考慮到 PCB 板的厚度、焊盤的大小、器件以及周圍是否有較大散熱面積，常規(guī)焊點建議使用溫度選擇在350℃左右，在滿足要求的情況下烙鐵頭的大小盡可能的選大的，因焊咀越大，熱容量越大，設定溫度可以較低，熱量流失越少。這樣的話焊接速度也會相對提高，保證焊接質量。
關于烙鐵頭的相應選擇推薦一張圖供大家參考
8.應用無鉛焊接后，焊咀壽命會大幅縮短! 如何對烙鐵頭進行的正確維護及延長壽命?
一般焊咀結構，內部主要由銅制成，外面會鍍上鐵(鍍鐵層)，而鍍鐵層前端會鍍上錫(鍍錫層)，后端則會鍍上抗氧化的鉻。由于錫和鐵同樣屬于高活動性的金屬，所以他們很容易會結合成混合金屬，特別是在高溫的狀態(tài)下。而且在焊接時所使用的助焊劑(特別是高活性的)亦是加速他們產生混合金屬反應的催化劑。
烙鐵頭在首次使用時應先將溫度調至250℃,然后清潔焊嘴，再加上一層新錫作保護，進行焊接工作時,先清潔焊嘴上的舊錫，再進行焊接,之后放回烙鐵架,再次焊接時重復以上動作。
烙鐵頭的基材是由傳熱較好的銅材構成,表面電鍍了鐵\錫等物質,由于烙鐵頭工作在高溫狀態(tài)氧化迅速,因此在銅管內另加了一個鋼管減緩氧化速度.在正常使用中應及時清理鋼管中的氧化物,具體辦法是每天(或隔幾天)工作完成后取下烙鐵頭，頭部朝上底部朝下輕輕敲擊倒出氧化物。這樣便可完全防止烙鐵頭燒結在發(fā)熱芯上。
清潔海綿不宜太多水份,應將多余水份擠去。這樣才可以使焊咀得到良好的清潔效果。使用非濕潤的清潔海綿，會使焊咀受損而導致不上錫。
盡量使用低溫焊接，如果焊咀溫度超過470 度，它的氧化速度是380度的兩倍。
切不可將烙鐵頭在清潔海綿上擦干凈后放回烙鐵架,并經常保持焊咀上錫，防止氧化,長時間不使用要關閉電源。
焊接時，烙鐵頭上上錫位置盡量避免一直在同處上錫，以免局部腐蝕影響整支烙鐵頭的使用。
焊接時，請勿施壓過大，否則會使焊咀受損變形。
9.為什么焊咀表面不能上錫?
因以下情形導致焊咀產生錫和鐵的金屬間化合物且氧化迅速焊咀不上錫
A.焊咀長時間暴露于高溫狀態(tài)
B.在閑置時沒有上新錫保護或沒有關閉焊臺電源
C.在干燥或不干凈的海綿或布上擦洗烙鐵頭
D.焊咀上是否沾滿碳化助焊劑 (碳化物及助焊劑殘渣是否黏附著鍍鐵層)
E.不良鍍層或焊料或焊接表面不干凈
10.如何恢復一個不上錫的烙鐵頭?
可用以下方法進行操作：
A.將焊臺溫度降至 280度左右,把烙鐵頭放在潮濕的海綿上反復擦拭且不間斷的上新錫保護,重復上面動作只至烙鐵頭光亮上錫為止。
B.用80#聚亞安酯研磨泡沫塊或 100#金剛砂紙除去烙鐵頭鍍錫面上的污垢和氧化物。
C.日常合理的維護保養(yǎng)也可有效地阻止烙鐵頭不上錫。
備注：如果焊咀沾滿碳化助焊劑，焊咀便不能夠溶錫把足夠的熱量傳送到焊點上，因為焊咀是必須要透過溶錫作為媒介傳送熱量的。此外，焊咀鍍鐵層會因為溶錫不足而外露氧化，再加上錫和鐵的金屬間化合物氧化，焊咀便會迅速被損耗。在高溫情況下更容易產生此現(xiàn)象，所以應盡量降低焊咀溫度。
