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手工焊接—从有铅到无铅
binchen1120 发表于 2008/11/15 20:15:25 846 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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自从电子管问世以来，为了保证元器件间形成可靠的连接，以制造出满足人们需要的电子产品，烙铁就成为了最重要和不可或缺的工具。
随着晶体管和IC的发明，以及封装技术的不断进步，THT和SMT相继问世，波峰焊接和回流焊接设备也取代烙铁，成为了完成元器件间互联的主要手段。但是，到目前为止，烙铁仍然在生 产和科研，如返工/返修等领域发挥着不可替代的作用。
RoHS法规的实施，给电子制造业界带来了一系列技术和管理上的挑战；同样，手工焊接技术也必须克服各种困难，完成向无铅的转换。对于手工焊接来说，在实现这种转换的过程中将会面临哪些问题？都有哪些相关知识需要掌握呢？
焊点形成简介
焊接的目的是形成一个可靠的连接点,该连接点必 须具备一定的机械强度和保持连续的导电通路特性。根据MIL-STD和IPC焊接标准规定，主要是要求形成焊接点的条件要在高于焊料溶点温度40℃ 的条件下, 持续对被焊点加热2-5 秒之内形成可靠的连接点。
可靠连接点的形成是在热容量对被焊物的作用下, 通过 助焊剂和焊膏之间的化学反应, 焊料向金属表面润湿，焊料与金属互相渗透(扩散)而在被焊接物体表面之间形成一个金属化合物的合金层。因此, 焊接的过程是焊锡是通过润湿、扩散和冶金结合这三个物理和化学过程来完成的。
手工焊接焊点的形成过程
手工焊接的焊点形成过程：
· 通过烙铁头对焊接点上面的焊锡丝和焊接点同时加热
· 随着焊点温度升高, 在达到焊锡丝熔点之前, 助焊剂完 成活化作用
· 焊接的润湿过程开始, 该过程是指已经熔化了的焊料借 助物体表面张力沿被焊接金属表面细微的凹凸和结晶 的间隙向四周漫流，从而在被焊物表面形成附着层， 使焊料与被焊接金属的原子相互接近，达到原子引力 起作用的距离
· 在焊接点温度达到高于焊锡丝溶点40℃后，保持该温 度2-5秒, 伴随着润湿的进行，焊料与被焊接金属原子 间的相互扩散现象开始发生。原子活动剧烈程度随温 度升高成正比, 焊料同被焊金属的原子相互越过接触面 进入对方的晶格点阵，原子的移动速度与数量决定于 加热的温度与时间
· 焊接是冶金结合：由于原子的相互扩散，在2种金属之 间形成了一个中间层——金属化合物，获得良好的焊 点
· 将烙铁头离开被焊接物体
无铅手工焊接
有铅到无铅焊接的转变带来了焊接工艺上的诸多改变（详见下表）：
由于无铅焊接对于焊料熔点的提高, 基于大部分传统加热方式烙铁的烙铁头闲置温度的大幅度提高，而元器件本身和PCB的耐温条件没有改变这样一个事实, 目前手工无铅焊接在质量和成本等方面面临极大的挑战,需要更加严格的工艺要求。
无铅焊接需要更多的热容量(Thermal Energy) 来形成可靠焊点：
·烙铁头温度的提高 (对于所有使用传统加热方式的烙铁而言)
·提高能量消耗
·降低烙铁头使用寿命
·提高PCB的损坏机率
·提高元器件损坏机率
·增加焊料用量
那么，如何实现有效地将热容量传递给被焊物呢？
·使用正确几何形状的烙铁头
·选择热传导效率高的烙铁确保能够在不大幅度提高烙铁头闲置温度条件下能够有效传递热能量给被焊物体
·正确使用助焊剂
无铅焊料的选择
·熔点
熔点的高低决定了有关的工艺条件。虽然中低熔点的无铅焊料熔点比较低，但是目前因为润湿性比较差，焊接强度不理想，不耐高温，价格高等原因，大多数厂家选用的是高熔点无铅焊料。客户在使用无铅焊接物料时，首先需要了解的是熔点，这与客户的后续使用有最直接的关系。
·可焊接特性
无铅焊料的可焊接特性都不如有铅焊料。但是相对而言，无铅焊料的可焊接特性还是有好差之分，客户需要区别。
·可靠性
有的无铅焊料在高温下面可靠性比较差， 但是在200℃以下可靠性比较好，所以客户在选择无铅焊料时，应该考虑这一因素。一般的家用电器等产品，200℃以下的温度就可以了，但是对于很多需要进行返工的产品，必须经受200℃以上的高温。
·价格
与无铅焊料的成分与制造过程有关。含银或者含Bi等贵重元素的价格都较高,含银的比例越高，价格越高。如上面介绍的Sn/Ag/Cu，Sn/Ag，Sn/Ag/Bi类价格是普通有铅焊锡的2.5倍，Sn/Cu 类是普通有铅焊锡的1.5倍。
·是否为专利产品
有的无铅焊料虽然价格高一点，但是已经注册了专利，电子生产厂家以后不会遇到法律问题，所以欧美日本 等电子生产厂家愿意选用此类焊料。