无铅焊接技术论文

无铅焊接技术论文

因为环境保护的责任和市场竞争的需要 ,无铅焊接技术的应用是必然趋势。下面是为大家精心推荐的无铅焊接技术论文，希望能够对您有所帮助。

无铅手工焊接工艺分析

摘要：目前电子产品生产已经基本实现无铅化，手工焊接是最基础的焊接方法，而电烙铁是手工无铅焊接的主要工具。从无铅与有铅焊料工艺窗口的比较、手工焊接工具的选择、电烙铁的操作方法、手工焊接温度曲线及其热能量传导方面对手工焊接工艺进行分析，探讨如何提高手工焊接的工艺水平。

关键词：无铅手工焊接焊接工艺分析

：TG441 ：A ：1007-3973(xx)001-060-03

尽管随着贴片技术与波峰焊技术的普遍使用，电子制造对手工的焊接使用慢慢减少，但是在产品试制、科学研究、学校实训和产品维修过程中手工焊接仍然需要。手工焊接是自动焊接的基础，也是电子工程人员必须掌握的基本技能。xx年以前我国基本都是有铅的焊接，欧盟从xx 年7月1日起在消费类电子产品中禁用铅，我国

也从xx年3月1日起对电子产品推行无铅化，现在已经基本实现无铅化了。电烙铁是手工无铅焊接的主要工具，理论实践但可以指导实践，只有深刻领会“焊接温度”、“焊接时间”的含意，通过理论的指导再加上勤奋的练习才能把电烙铁使用好。

1 有铅与无铅焊料工艺窗口比较

无铅焊料种类繁多，不同国家有不同的指定材料，SAC305是我国常用的无铅焊料，即Sn-3.0Ag-0.5Cu(Sn-Ag-Cu系)。焊料对整个工艺的可操作性、可靠性等方面起着决定性的作用，无铅焊料与有铅焊料Sn63Pb37相比有不同特性。图1中分别是锡铅焊料与无铅焊料的手工焊接工艺窗口。

PCB损坏温度区，温度为300℃左右，焊点达到这个温度会造成PCB焊盘损坏;元器件损坏温度区，温度为260℃左右，焊点达到这个温度会造成元件损坏;回流焊接温度区;虚线为焊锡熔点温度;助焊剂活化区，为该区域的下半部分。

从图1可知，Pb-Sn焊料的回流焊接温度为215℃ -230℃，无铅回流焊接温度为245℃ -255℃左右。若以元器件损坏温度为260℃为顶线，焊料的回流焊接温度为底线，则两线之间的温度差称为“焊接工艺窗口”。Pb-Sn焊料的工艺窗口为40℃左右;无铅焊料

(SAC305)的工艺窗口仅为20℃左右，显然无铅焊料工艺窗口比有铅焊料工艺窗口要窄许多，实际上，工艺窗口的缩小比理论值大。

焊料的工艺窗口直接影响了焊接时工艺控制的难易程度，工艺窗口宽的焊料，在温度控制偏高时也不会使元件损坏;而工艺窗口窄的焊料，在温度控制偏高时会使元件损坏，温度控制偏低时会出现冷焊。因为无铅焊料工艺窗口比有铅焊料工艺窗口要窄许多，所以无铅焊接时工艺控制要难很多，无铅焊接过程中容易造成元件及PCB 焊盘的损伤。此外，无铅焊料的表面张力大、流动性差，焊料的润湿性比有铅焊料差，焊接过程中易出现拉尖、短路、气孔等缺陷。

2 手工焊接工具的选择

工艺窗口的缩小给工艺人员带来很大的挑战，同时焊接温度的提高也对焊接工艺提出了更高的要求。手工焊接的主要工具是电烙铁，“工欲善其事，必先利其器”，要提高无铅手工焊接的工艺水平，必须要有合适的电烙铁。电烙铁要功率大、温控精度高、回温速率快，同时要注意烙铁头的配匹性以及烙铁头镀层质量。理想无铅手工焊接温度曲线如图2所示。

进行手工无铅焊接，要掌握焊接时的三个重要温度参数：

(1)无铅焊料的熔点温度。焊料熔点提高了40℃，烙铁头温度也要相应提高，而且不同的焊料有不同的熔点。如：锡-银(Sn-Ag)熔点约为217℃，锡-铜(Sn-Cu)熔点约为227℃。

(2)最适合的焊接温度。要形成有效的合金焊点，焊接温度要比焊料的熔点高出40℃，焊接时保持这个温度3-5秒，其接合面才能生成1-3min厚度的金属化合物层，此时焊点的机械、电气性能最好。

(3)电烙铁加热设定温度。无铅焊料的焊接，烙铁的设定温度应采用低端温度。温度的设定要根据被焊元件的耐热性、焊接部位吸收热量成度等因素进行设定。

3 电烙铁的操作方法

手工烙铁无铅焊接与有铅焊接的工艺过程是相同的，电烙铁操作者应该严格要求自已，培养良好的操作习惯，做到正确的焊接姿势，熟练掌握焊接的基本操作步骤和手工焊接的基本要领。

3.1焊接的姿势

电子产品手工焊接的姿势一般采用坐姿，工作台和坐椅的高度要合适，操作者的头部与电烙铁之间相对位置应保持30～50cm，一手拿烙铁，一手拿焊锡丝，注视焊接点。

3.2握电烙铁的方法

通常电烙铁的操作方法有三种：反握法、正握法和笔握法，反握法适合于较大功率的电烙铁(>75W)，用于焊接大焊点;正握法适用于中功率电烙铁及带弯头电烙铁的操作;笔握法适用于小功率的电烙铁，主要用于电子产品的手工焊接。

3.3电烙铁接触焊点的方向

电子产品的手工焊接一般使用笔握法焊接，焊接时应将电烙铁呈45度方向接触焊点。

3.4手工焊接操作的基本步骤

通常手工焊接操作过程可分为五个操作步骤(也称五步法)，如图3所示。

(1)准备施焊：首先将电烙铁加热到工作温度，准备焊锡丝。然后将烙铁头和焊锡丝接近焊盘，准备焊接;

(2)加热焊件：将烙铁头移到焊盘和焊件，使其均匀预热，不要施加压力或随意移动电烙铁;

(3)熔化焊料：将焊锡丝送到烙铁头与焊盘接触部位，使之熔化;

(4)移开焊料：待焊点成型后，迅速移开焊锡丝;

(5)移开烙铁：移开电烙铁，待焊点冷却成型。

在焊点较小的情况下，也可采用三步法完成焊接，即将五步法中的(2)、(3)步合并，(4)、(5)步合并。

4 手工焊接温度曲线及其热能量传导

4.1手工焊接温度曲线手工焊接要形成可靠焊点，降低产品废品率，提高生产效率。这与焊接过程的控制有紧密联系，在上述五步操作法中，每一步的温度曲线如下：

第一步准备施焊中，所要焊接的焊盘仍处于室温，仅是烙铁头达到预设的温度，焊盘温度状态如图4所示。

第二步加热焊件和三步熔化焊料的操作过程中，加热的烙铁头接触焊盘和焊锡丝，烙铁头上存储的热能量传递给焊盘、被焊物的管脚和焊锡，焊锡和焊盘温度快速上升，因为电烙铁头存储热能量的供应是非控制的，所以此时烙铁头温度有所下降，如图5所示。当焊盘温度达到设定要求时，焊料熔化，同时焊剂也快速熔化，焊剂中的活化剂快速地去除元件引脚及焊盘上的氧化层，焊料迅速在铜层上铺展润湿，并形成有效的焊点，如图6所示。

在焊接过程中，烙铁头与被焊工件相互接触，形成锡焊点所需的温度称为“焊接温度”，切记，电烙铁显示的温度(旋钮刻度)，不等于能形成焊点所需的焊接温度。美军标(MIL-STD/IPC Rule of Thumb)规定焊接温度为焊料熔点加上40℃，例如无铅焊料

Sn60Pb40(熔点为183℃)，其焊接温度为223℃。

烙铁头与被焊工件相互接触，形成锡焊点所需的时间称为“焊接时间”，该时间美军标规定在3～5秒之间为宜。

第四步移开焊料和第五步移开烙铁的操作中，应先移开锡丝后再移开烙铁头。否则会出现拉尖现象，如图7所示。