無鉛焊接技術(shù)論文

無鉛焊接技術(shù)論文

　　因?yàn)榄h(huán)境保護(hù)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(shí)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(jìn)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(xiàn)標(biāo)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(shí)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(fèi)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(shí)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(shí)踐但可以指導(dǎo)實(shí)踐，只有深刻領(lǐng)會“焊接溫度”、“焊接時(shí)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(gè)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(diǎn)達(dá)到這個(gè)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(diǎn)達(dá)到這個(gè)溫度會造成元件損壞;回流焊接溫度區(qū);虛線為焊錫熔點(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)會使元件損壞，溫度控制偏低時(shí)會出現(xiàn)冷焊。因?yàn)闊o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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)行手工無鉛焊接，要掌握焊接時(shí)的三個(gè)重要溫度參數(shù)：

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

　　(2)最適合的焊接溫度。要形成有效的合金焊點(diǎn)，焊接溫度要比焊料的熔點(diǎn)高出40℃，焊接時(shí)保持這個(gè)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(shí)焊點(diǎn)的機(jī)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(jìn)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(yán)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(diǎn)。

　　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(diǎn);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(diǎn)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(shí)應(yīng)將電烙鐵呈45度方向接觸焊點(diǎn)。

　　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(gè)操作步驟(也稱五步法)，如圖3所示。

　　(1)準(zhǔn)備施焊：首先將電烙鐵加熱到工作溫度，準(zhǔn)備焊錫絲。然后將烙鐵頭和焊錫絲接近焊盤，準(zhǔn)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(diǎn)成型后，迅速移開焊錫絲;

　　(5)移開烙鐵：移開電烙鐵，待焊點(diǎn)冷卻成型。

　　在焊點(diǎn)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(diǎn)，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(zhǔn)備施焊中，所要焊接的焊盤仍處于室溫，僅是烙鐵頭達(dá)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?yàn)殡娎予F頭存儲熱能量的供應(yīng)是非控制的，所以此時(shí)烙鐵頭溫度有所下降，如圖5所示。當(dāng)焊盤溫度達(dá)到設(shè)定要求時(shí)，焊料熔化，同時(shí)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(diǎn)，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(diǎn)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(diǎn)所需的焊接溫度。美軍標(biāo)(MIL-STD/IPC Rule of Thumb)規(guī)定焊接溫度為焊料熔點(diǎn)加上40℃，例如無鉛焊料Sn60Pb40(熔點(diǎn)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(diǎn)所需的時(shí)間稱為“焊接時(shí)間”，該時(shí)間美軍標(biāo)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(diǎn)，應(yīng)注意此時(shí)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(diǎn)需要的熱量的有效傳遞和控制，電烙鐵操作的五個(gè)步驟中，第二加熱焊件和第三步熔化焊料是焊點(diǎn)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(gè)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(shí)助焊劑開始活化，此時(shí)進(jìn)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(dá)到焊接溫度時(shí)，就進(jìn)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(diǎn)，在這期間，電烙鐵中的加熱體要能及時(shí)補(bǔ)充熱量，才能保證形成優(yōu)良的焊點(diǎn)。除很小的焊點(diǎn)情況外，形成可靠焊點(diǎn)的能量是加熱體的補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)熱是否及時(shí)。

　　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(shí)踐但可以指導(dǎo)實(shí)踐，只有深刻領(lǐng)會“焊接溫度”、“焊接時(shí)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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