如何保证无铅波峰焊接质量

2008/6/27/16:32

如何保证无铅波峰焊接质量

根据欧盟的RoHS指令（欧洲议会和欧盟理事会关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质的指令法案），要求自2006年7月1日起在欧盟市场上禁止销售含有铅等6种有害物质的电子电气设备，称之为“绿色制造”的无铅化工艺已是不可逆转的发展潮流。

目前，中国的很多电子产品的制造商都在积极进行从有铅焊接向无铅焊接转换的大量试验工作。实践经验表明，要提高无铅波峰焊接的质量应从设备、材料、工艺等多方面加以考虑。

无铅波峰焊接的成本因素

波峰焊接中广泛采用的无铅焊料合金是SnAgCu焊料，它与传统的SnPb焊料相比，焊料的熔点和焊接温度要高得多，见表1。

表1无铅焊料与有铅焊料焊接温度的比较

焊料合金熔点焊接温度

Sn63Pb37183℃240-250℃

Sn96.5Ag3.0Cu0.5217℃250-260℃

无铅焊料中Sn的含量比有铅焊料高很多，因此无铅焊料更容易氧化，产生更多的锡渣（SnO2），大量的锡渣不仅影响无铅波峰焊接的质量，而且产生了大量的浪费。

通常，无铅焊料是有铅焊料成本的3-4倍。假定工厂一天三班产生15-30公斤的无铅焊料锡渣，这个成本可能达到人民币3600-7200元/天，一年就是100-200万人民币。

如何减少今后无铅波峰焊接中的大量昂贵的锡渣呢？其中一个有效的方法就是在波峰焊接技术中引入一个“隧道式全程充氮保护技术”，见图1。即在波峰焊工艺中，包括长长的预热区和波峰焊区都用封闭的隧道保护起来充氮。在含氧浓度很低的环境下进行焊接。

图2表明在隧道式充氮环境下，锡渣的产生率下降了约80％左右，这样一年的节省可最多达到80-160万人民币。

全程充氮技术可提高焊接质量

全程充氮技术不仅降低了运行成本，对焊接质量也有很大的提高。由于无铅波峰焊中液态焊料的表面张力比锡铅焊料大，流动性较差，浸润能力较低，因此在通孔元件的波峰焊中，多层印制电路板的金属化孔中无铅焊料的填充及爬升能力很差，直接影响焊点的强度及可靠性。

大量试验证明，在全程充氮气环境下，可以降低无铅液态焊料的表面张力，提高流动性及浸润能力，因此可提高多层印制板金属化孔中无铅焊料的爬升能力。（图3为金属化孔的金相剖面，试验说明了在全程充氮环境下金属化孔的焊料爬升高度比大气环境下高得多）

同上理由，无铅波峰焊接中相邻焊点之间焊料桥连的缺陷比有铅波峰焊接中要高得多，而在全程充氮环境下焊接，可以大大减少焊点桥连缺陷。见图4、图5。

波峰焊工艺除了用于通孔元件的焊接外，还广泛用于表面贴装元件的焊接。