无铅焊接培训教材

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1、质检二部质检二部2005.122005.121n n产生背景产生背景产生背景产生背景 -WEEEWEEEWEEEWEEE及及及及RoHSRoHSRoHSRoHS指令介绍指令介绍指令介绍指令介绍n n无铅焊接无铅焊接无铅焊接无铅焊接-定义定义定义定义-要求要求要求要求-焊料的选择焊料的选择焊料的选择焊料的选择 -注意事项注意事项注意事项注意事项 -技术特点技术特点技术特点技术特点2环境污染-当今世界环境的主要问题n全球气候变化 臭氧层的破坏和消耗n酸雨 土地沙漠化n水资源危机 森林被破坏n生物多样性锐减 海洋资源的破坏和污染n持久性的有机污染物的污染3欧盟之WEEE及RoHS产生欧盟于欧盟于20

2、032003年年1 1月月2727日正式公布了日正式公布了:1)1)报废电子电气设备指令报废电子电气设备指令(WEEE-2002/96/ECWEEE-2002/96/ECWEEE-2002/96/ECWEEE-2002/96/EC）2)2)关于在电子电气设备中禁止使用某些有害关于在电子电气设备中禁止使用某些有害 物质指令物质指令（RoHS-2002/95/ECRoHS-2002/95/ECRoHS-2002/95/ECRoHS-2002/95/EC）关键词关键词关键词关键词:欧盟欧盟,WEEE,WEEE,RoHSRoHS4RoHS DirectiveR R R Restriction estr

3、iction o o o of the use of certain f the use of certain H H H Hazardous azardous S S S Substances in electrical and electronic ubstances in electrical and electronic equipment.equipment.RoHSRoHS指令要求于指令要求于2006200620062006年年年年7 7 7 7月月月月1 1 1 1日日日日起，禁止在欧盟市场起，禁止在欧盟市场销售含有铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯及多溴二销售含有铅、汞、镉、六价铬、

4、多溴联苯及多溴二苯醚六种有害物质的电子电气设备。苯醚六种有害物质的电子电气设备。预防原则：预防原则：预防原则：预防原则：在判断有害存在可能性结论前，进行禁止或防止5WEEE DirectiveW W W Waste of aste of E E E Electrical and lectrical and E E E Electronic lectronic E E E Equipment.quipment.WEEEWEEE指令要求于指令要求于2005200520052005年年年年8 8 8 8月月月月13131313日日日日之后，所有进入到之后，所有进入到欧盟的十大类电子电气设备在报废时需

5、由生产者交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。纳一定的垃圾处理费用。污染者承担原则污染者承担原则污染者承担原则污染者承担原则: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.6废弃电子电气设备指令废弃电子电气设备指令WEEE DirectiveWEEE Directive2002/96/EC2002/96/EC7WEEE WEEE WEEE WEEE 及及及及 RoHS RoHS RoHS RoHS中中中中所规定的电气及电子设备产品如下所规定的电气及电子设备产品如下所规定的电气及电子设备产品如下所规定的电气及电子设备产品如下(Page 1):(Page 1

6、):(Page 1):(Page 1):1)1)大型家用电器(Large Household Appliances)2)小型家用电器(Small Household Appliances)3)信息技术及远程通迅设备4)(IT and Telecommunication Equipment)4)消费性设备(Consumer Equipment)5)照明设备（白炙灯泡和家用荧光灯除外）6)(Lighting Equipment)6)电子电气工具（大型固定工业用途工具除外）7)(Electrical And Electronics Tools)7)玩具、休闲及运动设备8)(Toys,Leisure

7、and sports Equipments)8WEEE WEEE WEEE WEEE 及及及及 RoHS RoHS RoHS RoHS中中中中所规定的电器及电子设备产品如下所规定的电器及电子设备产品如下所规定的电器及电子设备产品如下所规定的电器及电子设备产品如下(Page 2):(Page 2):(Page 2):(Page 2):8)医疗器材（植入部件或污染处除外）(Medical Equipment System)9)监视与控制设施(Monitoring And Control Instruments)10)自动售货机(Automatic Dispensers)Remark:1）最大工作电

8、压不超过1000 V a.c 或1500 V d.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.9WEEE Directive-WEEE Directive-标记标记所有所有WEEE WEEE ！2005200520052005年年年年8 8 8 8月月月月13131313日日日日以后投放市场的电子电气设备：以后投放市场的电子电气设备：应注明应注明:产品的名称或商标产品的名称或商标 新的标记标明新

9、的标记标明:它是在这一日起以后投放市它是在这一日起以后投放市场的产品场的产品.大叉有轮垃圾箱标志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如果产品的大小和功能不适于加贴上述标志时如果产品的大小和功能不适于加贴上述标志时如果产品的大小和功能不适于加贴上述标志时可印在可印在可印在可印在 包装包装 说明书说明书 保证卡保证卡10RoHS Directive-RoHS Directive-要求概要要求概要指令公布指令公布20032003年年2 2月月1313日日20062006年年7 7月月1 1日开始，限制的有毒物质：日开始，限制的有毒物质：重金属重金属:Lead Lead 铅（铅

10、（Pb);Pb);Cadmium Cadmium 镉镉(Cd);(Cd);Mercury Mercury 汞汞(Hg);(Hg);Chromium(VI)Chromium(VI)六价铬六价铬(Cr 6+)某些溴化阻燃剂：某些溴化阻燃剂：Polybrominated biphenyls(PBBs);Polybrominated biphenyls(PBBs);多溴联苯多溴联苯 Polybrominated diphenyl ethers(PBDEs).Polybrominated diphenyl ethers(PBDEs).多溴联苯醚多溴联苯醚最高限量指标仍在确定中，但很最高限量指标仍在确定中

11、，但很可能可能是：是：镉：镉：0.01%0.01%（100 ppm);100 ppm);铅、汞、六价铬，多溴联苯，多溴联苯醚：铅、汞、六价铬，多溴联苯，多溴联苯醚：0.1%(1000 ppm).0.1%(1000 ppm).11Pb Pb 铅铅 主要存在形式：主要存在形式：包装材料、焊锡、电镀、树脂安定剂、塑胶材料包装材料、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、（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、染料、涂料、油墨、着色剂、润滑剂、光学材料、铅蓄电池、铅蓄电池、X X线遮断材料、电子陶瓷部品、各种合金线

12、遮断材料、电子陶瓷部品、各种合金材料等。材料等。铅之危害：铅之危害：影响中枢神经系统及肾臓影响中枢神经系统及肾臓12Pb Pb 铅铅中毒事件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、可严重情度：损害神经系统、导致肺癌、可能导致胎儿畸形。能导致胎儿畸形。13铅铅-允许应用允许应用(豁免豁免)玻璃玻璃玻璃玻璃:阴极射线管电子元件荧光管 高温融化的焊料中的铅（即：锡

13、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 合金合金合金合金: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.14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-Free solder）。15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

14、料中铅含量应小于或等于1000ppm。16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 17现代的焊料:Sn-Cu Sn-Ag Sn-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 18n 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n 润湿性(外观)弱于传统的Sn-Pb焊料 n 力学性能比较:19201.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：

15、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；21焊锡丝放在焊盘上焊锡丝放在焊盘上烙铁头接触焊盘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22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

16、的回温性能23手工烙铁的温度要求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；24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；25浸锡主要用于线材、电

17、子元器件引脚上锡浸锡主要用于线材、电子元器件引脚上锡无铅浸焊时锡炉温度一般应设定为260280，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。26波峰焊工艺四步骤：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

18、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85120之间。3.焊接，经过25秒260270的高温焊接；4.冷却。熔化态的焊料凝固形成焊点。27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PCB 2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

19、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。283.焊点拉尖缺陷：主要原因：助焊剂活性不足或助焊剂涂覆量不够；元器件可焊性不好；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）几种典型的几种典型的波峰焊缺陷：波峰焊缺陷：29nSMT工艺包括三个阶段：

20、印刷锡膏、贴片和回流焊n焊锡膏简介：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。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。30n焊锡膏使用权规则：1.锡膏要放在冰箱内在310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23分钟。31n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，

21、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。32n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33标准标准温区温区34不良现象不良现象不良原因不良原因不完全印刷不完全印刷网板没清洗干净，残余锡膏堵塞网网板没清洗干净，残余锡膏堵塞网孔孔印刷错位印刷错位网板与网板与PCB未对准确，锡膏印刷后未对准确，锡膏印刷后至少要有至少要有80%的焊盘覆盖率。的焊盘覆盖率。锡膏残余锡膏残余印刷不良的印刷不良的PCB未清洗干净，有残未清洗干净，有残余锡膏余锡膏印刷成型不良印刷成型不良分离过程中网板或分离过程中网板或PCB发生移

22、动发生移动冷坍塌冷坍塌锡膏配方失当，常温下粘度过低锡膏配方失当，常温下粘度过低353637导致焊剥离的主要原因有：非同步凝固 微观成分偏析 冷却收缩产生的应力焊料中Bi的是形成焊点剥离现象的主要原因，因为Sn-Bi之间存在一个熔点只有138 的共晶相，在焊点凝固过程中，焊料主体在200220内已经凝固，而Sn-Bi共晶相却要等到138 才开始凝固，这是微观成分偏析 造成的非同步凝固。在焊点凝固过程中，PCB上的热量会通过铜箔传递，从而造成与焊盘接触部分焊料与其它焊料不能同步凝固。381.不使用含Bi或In的焊料合金；2.做到完全无铅化。即元器件引脚镀层及PCB表面保护层均做到无铅化；3.增加冷却速率。这也有助于抑制成份偏析；4.开发新型PCB材料与制作工艺，减小热膨胀系数，这也有利于提高焊点耐热疲劳性能。39