无铅焊接培训教材

质检二部2005.12产生背景-WEEE及RoHS指令介绍无铅焊接-定义-要求-焊料的选择-注意事项-技术特点环境污染-当今世界环境的主要问题全球气候变化•臭氧层的破坏和消耗酸雨•土地沙漠化水资源危机•森林被破坏生物多样性锐减•海洋资源的破坏和污染持久性的有机污染物的污染欧盟之WEEE及RoHS产生欧盟于2003年1月27日正式公布了:1)《报废电子电气设备指令》(WEEE-2002/96/EC）2)《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》（RoHS-2002/95/EC）关键词:欧盟,WEEE,RoHSRoHSDirectiveRestrictionoftheuseofcertainHazardousSubstancesinelectricalandelectronicequipment.RoHS指令要求于2006年7月1日起，禁止在欧盟市场销售含有铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯及多溴二苯醚六种有害物质的电子电气设备。预防原则：在判断有害存在可能性结论前，进行禁止或防止WEEEDirectiveWasteofElectricalandElectronicEquipment.WEEE指令要求于2005年8月13日之后，所有进入到欧盟的十大类电子电气设备在报废时需由生产者交纳一定的垃圾处理费用。污染者承担原则:污染环境的是产品制造者,所以环境处理责任应由制造者承担.废弃电子电气设备指令WEEEDirective2002/96/ECWEEE及RoHS中所规定的电气及电子设备产品如下(Page1):1)大型家用电器(LargeHouseholdAppliances)2)小型家用电器(SmallHouseholdAppliances)3)信息技术及远程通迅设备(ITandTelecommunicationEquipment)4)消费性设备(ConsumerEquipment)5)照明设备（白炙灯泡和家用荧光灯除外）(LightingEquipment)6)电子电气工具（大型固定工业用途工具除外）(ElectricalAndElectronicsTools)7)玩具、休闲及运动设备(Toys,LeisureandsportsEquipments)WEEE及RoHS中所规定的电器及电子设备产品如下(Page2):8)医疗器材（植入部件或污染处除外）(MedicalEquipmentSystem)9)监视与控制设施(MonitoringAndControlInstruments)10)自动售货机(AutomaticDispensers)Remark:1）最大工作电压不超过1000Va.c或1500Vd.c，通过电流、电磁场、发电机变压器工作的设备或测量这种电流的设备；2）包括产品的所有元件、配件及消耗材料—94个产品品目(有豁免类)；3）ROHS中不包含红色字体部份的二类产品。4)不包括与成员国重要的安全利益相关的设备,武器,军需品和战争物质.WEEEDirective---标记所有WEEE！！！2005年8月13日以后投放市场的电子电气设备：应注明:•产品的名称或商标•新的标记标明:它是在这一日起以后投放市场的产品.•大叉有轮垃圾箱标志如果产品的大小和功能不适于加贴上述标志时可印在•包装•说明书•保证卡RoHSDirective---要求概要指令公布2003年2月13日2006年7月1日开始，限制的有毒物质：重金属:–Lead铅（Pb);–Cadmium镉(Cd);–Mercury汞(Hg);–Chromium(VI)六价铬(Cr6+)某些溴化阻燃剂：–Polybrominatedbiphenyls(PBB’s);多溴联苯–Polybrominateddiphenylethers(PBDE’s).多溴联苯醚最高限量指标仍在确定中，但很可能是：镉：0.01%（100ppm);铅、汞、六价铬，多溴联苯，多溴联苯醚：0.1%(1000ppm).Pb铅主要存在形式：包装材料、焊锡、电镀、树脂安定剂、塑胶材料（含橡胶）的安定剂、添加剂、橡胶配合剂、颜料、染料、涂料、油墨、着色剂、润滑剂、光学材料、铅蓄电池、X线遮断材料、电子陶瓷部品、各种合金材料等。铅之危害：影响中枢神经系统及肾臓Pb铅中毒事件浙江长兴县有“蓄电池之乡”之称，当地生产的蓄电池在市场的占有率约为60%,当地有大大小小100多家蓄电池企业。工业污水未经处理直接排放,结果当地的环保部门当地的水域进行检测，结果表明，铅超标13倍。一个村庄共有40名儿童,其中30人超标.严重情度：损害神经系统、导致肺癌、可能导致胎儿畸形。铅-允许应用(豁免)•玻璃:–阴极射线管–电子元件–荧光管•高温融化的焊料中的铅（即：锡铅焊料合金中铅含量超过85%）:–用于服务器、存储器和存储系统的焊料中的铅（豁免准予至2010年）；–用于交换、信号和传输，以及电信网络管理的网络基础设施设备中焊料中的铅•合金:–钢(最高0.35%的铅)–铝(最高0.4%的铅)–铜(最高4%的铅)•电子陶瓷元件.如压电陶瓷.无铅化电子组装的一个基本概念就是在软铅焊过程中，无论是手工烙铁焊、浸焊、波峰焊还是回流焊，所采用的焊料是无铅焊料（Pb-Freesolder）。无铅焊料并不意味着焊料中100%不含有铅。因为世界上不存在100%纯度的金属，任何一种纯金属都含有或多或少的杂质—无铅焊料就转化为无铅焊料中铅含量的上限值的问题。一般要求焊料中铅含量应小于或等于1000ppm。传统的Sn-Pb焊料:纯Sn的熔点是232℃，纯Pb的熔点是327℃,那么不同比例混合后其熔点是不同的,电子行业最广泛的是Sn63-Pb37&Sn60-Pb40其熔点是183℃-190℃现代的焊料:Sn-CuSn-AgSn-Ag-Cu合金是常用的无铅焊料，其熔点均为220℃左右，比传统的Sn63-Pb37（183℃）高出约40℃无铅焊料必然对设备、电子元器件和印刷电路板热性能提出更高的要求润湿性(外观)弱于传统的Sn-Pb焊料力学性能比较:性能Sn-0.7CuSn-3.5AgSn63-Pb37密度(g/cm3)7.37.58.4电导率uΩ•cm12.314.5硬度HB1517拉伸强度5840接头剪切强度20℃21.52723100℃18.51714蠕变强度20℃8.613.73.3100℃2.15.01.01.熔点：熔点应尽量接近传统的锡铅焊料，这样设备及工艺参数就不需做太多变化；2.电气性能：应该具有足够低阻值；3.力学性能：电子产品在使用过程中须不断的开机，因此焊料能经受不断的发热和冷却（即热疲劳性能优良）；4.润湿铺展性能：良好的润湿铺展性能是形成良好焊点的前提条件；焊锡丝放在焊盘上烙铁头接触焊盘手工烙铁焊时烙铁头温度应该是焊料熔点温度再加上150℃手工烙铁焊正确顺序：利用焊盘温度熔化焊料连接？：不能将焊料直接接触烙铁头，防止造成飞溅烫伤工人•电铬铁的温度一般要求是高于焊料熔点温度；•建议使用恒温铬铁，这样保证足够的焊接温度；•无铅锡丝具有高腐蚀性，对铬铁头的腐蚀相对严重，建议使用质地优良的电铬铁；•电铬铁必须具有很好的回温性能手工烙铁的温度要求1.一般电子元器件焊接温度的要求:无铅手工铬铁应选用50W电烙铁,其铬铁头的温度在370℃-400℃左右；2.接地柱焊接温度的要求:无铅手工铬铁应选用80W电烙铁,其铬铁头的温度在450℃-500℃左右；3.锡封件焊接温度的要求:无铅手工铬铁应选用180W电烙铁,其铬铁头的温度在550℃-600℃左右；•不要使用太高温度进行焊接；•不要长期在高电压条件下使用烙铁；•使用浸湿后又挤干的海绵清洁烙铁头；•尽可能选用线径较大的焊锡丝;•经常在烙铁头表面涂上一层焊锡；•把烙铁头放在支架上；•及时清理表面氧化物；选择正确的烙铁头尺寸和形状是非常重要的；浸锡主要用于线材、电子元器件引脚上锡•无铅浸焊时锡炉温度一般应设定为260~280℃，当然也可根据工艺要求的不同而设定。•影响无铅浸锡质量的主要问题：1.助焊料挥发，使焊后表面残留物增加；因此要严格控制助焊剂的比重。2.焊料更易氧化（SN比PB更易氧化，无铅焊料产生的锡渣是有铅焊料的2.4倍）；3.铜的溶解，会产生化合物CU6SN5，其熔点在500℃以上，以固态形式存在造成传热不良，将严重影响焊接质量。由于Cu-Sn合金密度较高会沉于炉底，一般每月要对炉底残渣打捞一次。波峰焊工艺四步骤：1.向印刷电路板的焊面涂覆助焊剂，主要有发泡和喷雾两种方式；2.预热。主要有两个目的：一是使PCB及元器件缓慢升温，以避免直接接触高温波峰焊带来的热冲击；二是蒸发液体助焊剂，避免在接触高温波峰焊时造成炸锡、气孔等问题；预热温度在85~120℃之间。3.焊接，经过2~5秒260~270℃的高温焊接；4.冷却。熔化态的焊料凝固形成焊点。几种典型的波峰焊缺陷：1.针孔/气孔类缺陷：主要原因：PCB内有潮气或PCB及元件脚沾染有机物；解决方法：焊接前在120℃条件下烘干PCB2小时左右或对沾有有机物的元器件进行清洗.2.锡珠类缺陷:主要原因：由于表面张力作用焊料滴落锡槽使焊液飞溅，从而使一些小的焊料颗粒附着在PCB上，主要集中在通孔或贴片焊盘附近。解决方法：改善PCB表面的阻焊膜，使锡珠与阻焊膜之间不能形成良好的附着；也可增加PCB表面的粗糙度，从而减小锡珠与PCB表面的接触面积，以便锡珠回落到锡槽中去。其它方法还包括调整助焊剂配方、增加助焊剂涂覆量、降低焊接温度等。3.焊点拉尖缺陷：主要原因：⑴助焊剂活性不足或助焊剂涂覆量不够；⑵元器件可焊性不好；⑶元器件引脚受热不足解决方法：可针对具体原因适当调整。4.各种表面残余物：白色：有残余松香、助焊剂未及时更换、清洗基板的溶剂水分过高绿色：一般由腐蚀造成（助焊剂活性太强或卤素含量过高、松香含量过高）黑色：一般出现在焊点的底部或顶端（不正确使用助焊剂和清洗剂）几种典型的波峰焊缺陷：SMT工艺包括三个阶段：印刷锡膏、贴片和回流焊焊锡膏简介：⒈锡膏的一个重要特性是其粘度具有流变特性，即在剪切作用下粘度减小以利于印刷，而印刷之后粘度恢复，从而在回流焊之前起到固定电子元器件的作用。２．锡膏焊料合金粉末主要有三个性能参数：粒度/粉末颗粒直径、球形度和含氧量注：粉末颗粒长宽比应小于1.5，含氧量应小于1500ppm。焊锡膏使用权规则：1.锡膏要放在冰箱内在3~10℃条件下进行冷藏保存；2.锡膏从冰箱取出要在室温下放置4小时以上,以使自然回升至室温；3.开封后要对锡膏沿同一方向搅拌均匀，手工搅拌一般为2~3分钟。无铅回流焊的技术难点--工艺窗口很窄回流焊的峰值温度一般不超过245℃，有铅焊料的熔点为183℃，其工艺窗口有62℃左右；而无铅焊料的熔点为221℃，其工艺窗口仅有24℃左右。对无铅回流焊设备的要求：1.要有均匀的温度分布2.尽可能小的△T3.温度曲线的良好再现性4.足够的润湿时间J-STD-020BIEC60068-2-582CDJEITARec-ommending预热温度150~200℃/60~180S150~180℃/60~120S150~180℃/90~120S温度保持217℃/60~150S230℃/25±5S220℃/30~60S峰值温度250+0/-5℃/20~40S250℃/10±1S240~250℃/10S标准温区不良现象不良原因不完全印刷网板没清洗干净，残余锡膏堵塞网孔印刷错位网板与PCB未对准确，锡膏印刷后至少要有80%的焊盘覆盖率。锡膏残余印刷不良的PCB未清洗干净，有残余锡膏印刷成型不良分离过程中网板或PCB发生移动冷坍塌锡膏配方失当，常温下粘度过低不良现象不良原因图片墓碑现象元件两端出现非同步润湿、两端焊点大小不一致等焊料未熔化温度曲线设定不当，峰值温度不够、回流焊时间不足锡球/锡珠锡膏印刷过多、锡膏印刷精确度欠缺、预热阶段助焊剂蒸发过于激烈桥连/短路锡膏印刷过多、锡膏印刷精确度欠缺、锡膏发生冷坍塌或热坍塌。针孔/气泡助焊剂中的溶剂未能完全蒸发，需要对温度曲线作妯调整。导致焊剥离的主要原因有：