無鉛焊接技術(shù)論文

無鉛焊接技術(shù)論文

　　因為環(huán)境保護的責(zé)任和市場競爭的需要 ,無鉛焊接技術(shù)的應(yīng)用是必然趨勢。下面是小編為大家精心推薦的無鉛焊接技術(shù)論文，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>

　　無鉛焊接技術(shù)論文篇一

　　無鉛手工焊接工藝分析

　　摘 要：目前電子產(chǎn)品生產(chǎn)已經(jīng)基本實現(xiàn)無鉛化，手工焊接是最基礎(chǔ)的焊接方法，而電烙鐵是手工無鉛焊接的主要工具。從無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)方面對手工焊接工藝進行分析，探討如何提高手工焊接的工藝水平。

　　關(guān)鍵詞：無鉛手工焊接 焊接工藝 分析

　　中圖分類號：TG441 文獻標識碼：A 文章編號：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)校實訓(xùn)和產(chǎn)品維修過程中手工焊接仍然需要。手工焊接是自動焊接的基礎(chǔ)，也是電子工程人員必須掌握的基本技能。2005年以前我國基本都是有鉛的焊接，歐盟從2006 年7月1日起在消費類電子產(chǎn)品中禁用鉛，我國也從2007年3月1日起對電子產(chǎn)品推行無鉛化，現(xiàn)在已經(jīng)基本實現(xiàn)無鉛化了。電烙鐵是手工無鉛焊接的主要工具，理論來源于實踐但可以指導(dǎo)實踐，只有深刻領(lǐng)會“焊接溫度”、“焊接時間”的含意，通過理論的指導(dǎo)再加上勤奮的練習(xí)才能把電烙鐵使用好。

　　1 有鉛與無鉛焊料工藝窗口比較

　　無鉛焊料種類繁多，不同國家有不同的指定材料，SAC305是我國常用的無鉛焊料，即Sn-3.0Ag-0.5Cu(Sn-Ag-Cu系)。焊料對整個工藝的可操作性、可靠性等方面起著決定性的作用，無鉛焊料與有鉛焊料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，焊點達到這個溫度會造成PCB焊盤損壞;元器件損壞溫度區(qū)，溫度為260℃左右，焊點達到這個溫度會造成元件損壞;回流焊接溫度區(qū);虛線為焊錫熔點溫度;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;無鉛焊料(SAC305)的工藝窗口僅為20℃左右，顯然無鉛焊料工藝窗口比有鉛焊料工藝窗口要窄許多，實際上，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，在溫度控制偏高時也不會使元件損壞;而工藝窗口窄的焊料，在溫度控制偏高時會使元件損壞，溫度控制偏低時會出現(xiàn)冷焊。因為無鉛焊料工藝窗口比有鉛焊料工藝窗口要窄許多，所以無鉛焊接時工藝控制要難很多，無鉛焊接過程中容易造成元件及PCB焊盤的損傷。此外，無鉛焊料的表面張力大、流動性差，焊料的潤濕性比有鉛焊料差，焊接過程中易出現(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很大的挑戰(zhàn)，同時焊接溫度的提高也對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，同時要注意烙鐵頭的配匹性以及烙鐵頭鍍層質(zhì)量。理想無鉛手工焊接溫度曲線如圖2所示。

　　進行手工無鉛焊接，要掌握焊接時的三個重要溫度參數(shù)：

　　(1)無鉛焊料的熔點溫度。焊料熔點提高了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。如：錫-銀(Sn-Ag)熔點約為217℃，錫-銅(Sn-Cu)熔點約為227℃。

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

　　(3)電烙鐵加熱設(shè)定溫度。無鉛焊料的焊接，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行設(shè)定。

　　3 電烙鐵的操作方法

　　手工烙鐵無鉛焊接與有鉛焊接的工藝過程是相同的，電烙鐵操作者應(yīng)該嚴格要求自已，培養(yǎng)良好的操作習(xí)慣，做到正確的焊接姿勢，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

　　電子產(chǎn)品手工焊接的姿勢一般采用坐姿，工作臺和坐椅的高度要合適，操作者的頭部與電烙鐵之間相對位置應(yīng)保持30～50cm，一手拿烙鐵，一手拿焊錫絲，注視焊接點。

　　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;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，焊接時應(yīng)將電烙鐵呈45度方向接觸焊點。

　　3.4手工焊接操作的基本步驟

　　通常手工焊接操作過程可分為五個操作步驟(也稱五步法)，如圖3所示。

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

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

　　(3)熔化焊料：將焊錫絲送到烙鐵頭與焊盤接觸部位，使之熔化;

　　(4)移開焊料：待焊點成型后，迅速移開焊錫絲;

　　(5)移開烙鐵：移開電烙鐵，待焊點冷卻成型。

　　在焊點較小的情況下，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，降低產(chǎn)品廢品率，提高生產(chǎn)效率。這與焊接過程的控制有緊密聯(lián)系，在上述五步操作法中，每一步的溫度曲線如下：

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

　　第二步加熱焊件和三步熔化焊料的操作過程中，加熱的烙鐵頭接觸焊盤和焊錫絲，烙鐵頭上存儲的熱能量傳遞給焊盤、被焊物的管腳和焊錫，焊錫和焊盤溫度快速上升，因為電烙鐵頭存儲熱能量的供應(yīng)是非控制的，所以此時烙鐵頭溫度有所下降，如圖5所示。當(dāng)焊盤溫度達到設(shè)定要求時，焊料熔化，同時焊劑也快速熔化，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，如圖6所示。

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

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

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

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

　　將上述步驟中焊盤上溫度變化采用溫度記錄儀測量，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”角度來說，影響電子焊接成功的最重要因素是對焊點需要的熱量的有效傳遞和控制，電烙鐵操作的五個步驟中，第二加熱焊件和第三步熔化焊料是焊點形成的過程，也是手工焊接的最為關(guān)鍵的一步。

　　焊接過程是熱能量從熱源向被焊物的熱能量傳送過程，在這個過程中，加熱的烙鐵頭接觸焊盤和焊錫，烙鐵頭上存儲的熱能量傳遞給焊盤，被焊物的管腳和焊錫使其升溫，當(dāng)焊錫絲熔化時助焊劑開始活化，此時進人“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濕，在這期間，電烙鐵不能溫度過高，否則會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，溫度達到焊接溫度時，就進入“回流焊接區(qū)”(如圖9所示)，焊錫在被焊物表面流動，填充間隙形成焊點，在這期間，電烙鐵中的加熱體要能及時補充熱量，才能保證形成優(yōu)良的焊點。除很小的焊點情況外，形成可靠焊點的能量是加熱體的補償能量，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，電熱芯開始加熱補充熱能，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)別就在于第二次補熱是否及時。

　　5結(jié)束語

　　無鉛手工焊接對焊接的工藝提出了更高的要求。電烙鐵是手工無鉛焊接的主要工具，如何提高手工焊接的質(zhì)量?理論來源于實踐但可以指導(dǎo)實踐，只有深刻領(lǐng)會“焊接溫度”、“焊接時間”的含意，通過理論的指導(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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