无铅焊接技术与无锡焊接技术
焊接技术与锡焊
三． 锡焊工具与材料
分类及结构
直热式烙铁 所示为典型烙铁结构，主要由以下几部分组成。 图2．9所示为典型烙铁结构，主要由以下几部分组成。
图2．9 典型烙铁结构示意图 ．
三． 锡焊工具与材料
直热式烙铁组成
(1)发热元件，其中能量转换部分是发热元件，俗称烙 发热元件，其中能量转换部分是发热元件，俗称烙 发热元件 铁芯子。 铁芯子。内热式与外热式主要区别在于外热式的发 热元件 在传热体的外部，而内热式的发热元件在传热体的内部， 在传热体的外部，而内热式的发热元件在传热体的内部，也 就是烙铁芯在内部发热。 就是烙铁芯在内部发热。 (2)烙铁头，作为热量存储和传递的烙铁头，一般用紫 烙铁头， 烙铁头 作为热量存储和传递的烙铁头， 铜制成。 铜制成。 (3)手柄，一般用木料或胶木制成，设计不良的手柄， 手柄， 手柄 一般用木料或胶木制成，设计不良的手柄， 温升过高会影响操作。 温升过高会影响操作。 (4)接线柱，这是发热元件同电源线的连接处。 接线柱， 接线柱 这是发热元件同电源线的连接处。
三． 锡焊工具与材料
铅锡合金 铅与锡熔形成合金后，具有一系列铅和锡不具备的优点： 铅与锡熔形成合金后，具有一系列铅和锡不具备的优点： （１）熔点低； 熔点低； （２）机械强度高； 机械强度高； （３）表面张力小； 表面张力小； （４）抗氧化性好． 抗氧化性好．
锡焊工具与材料
2． 焊剂 ．
助焊剂阻焊剂的作用与要求 助焊剂(松香）作用： 助焊剂(松香）作用： (1)帮助焊接 (1)帮助焊接 . (2)防止氧化 (2)防止氧化 . (3)减小表面张力 减小表面张力. (3)减小表面张力. 阻焊剂（绿油）作用: 阻焊剂（绿油）作用:
一．焊接技术与锡焊
焊接是金属加工的基本方法之一。 焊接是金属加工的基本方法之一。 通常分为熔焊、压焊和钎焊三大类。 通常分为熔焊、压焊和钎焊三大类。 锡焊， 锡焊，就是将铅锡焊料熔入焊件的缝隙 使其连接的一种焊接方法，特征： 使其连接的一种焊接方法，特征： (1)焊料熔点低干焊件 焊料熔点低干焊件。 (1)焊料熔点低干焊件。 (2)焊接时将焊件与焊料共同加热到焊接 (2)焊接时将焊件与焊料共同加热到焊接 温度，焊料熔化而焊件不熔化。 温度，焊料熔化而焊件不熔化。 (3)连接的形式是由熔化的焊料润湿焊件 (3)连接的形式是由熔化的焊料润湿焊件 的焊接面产生冶金、 的焊接面产生冶金、化学反应形成结合层而 实现的。 实现的。
无铅焊接--工艺介绍
无铅焊接工艺技术1．无铅焊接技术的发展趋势在传统的电子产品焊接工艺中，普遍都是使用含铅焊料，以至于大量的铅毒存在于我们日常使用的电子产品中。
由于铅及其化合物属剧毒物质，容易污染地下水及土壤，给人类的生存环境带来严重危害，特别是对儿童的脑发育。
随着电子工业的快速发展，被废弃的电器制品将逐年增多，电子工业中电路板焊接使用的焊料几乎都含有铅。
其污染地下水和土壤，成为环境问题，近年来已引起人们的特别关注，特别是在发达国家。
（1）欧洲议会决议：欧洲电子工业计划在2004年1月全面禁止含铅焊料的使用，在公元2004年欧美将全力导入无铅锡膏的制程。
（2）日本ＮＥＣ、SONY、松下、富士通、东芝等大型电子厂家在公元2000年已开始导入无铅锡膏的制程。
（3）在中国，由于很多电子厂家是做欧美及日本的OEM订单，越来越多地被他们的客户要求使用无铅焊料。
（4）同时更多的公司在申请ISO14000认证时，都被要求使用对环境无害的原料和技术。
（5）在环境保护这个大前提下，法规和市场因素将起着更直接的作用。
中国在加入WTO以后，也必将响应、加强世界环保条约。
因此，出于对环保的考虑，铅在21世纪将被严格限用。
未来的市场发展趋势是使用含铅焊料的电子产品将无法进入国际市场。
对于电子组装企业来说，无铅焊接技术的应用已经是摆在面前必须解决的现实问题。
2．无铅焊接技术的工艺特点无铅焊接工艺与传统Sn-Pb合金焊接工艺不同。
如熔点在183℃的Sn/Pb含铅焊料，其完全液化温度在205~215℃之间；一般PCB允许的最高温度在230~240℃。
采用无铅焊接工艺，因所使用的无铅焊料（目前已开发出来的）大多数合金熔点比传统的63Sn37Pb合金高40℃左右，熔点温度在195℃~227℃之间，完全液化温度在240℃~250℃之间，这就意味着回流焊必须在更高的温度下进行；而PCB允许的最高温度必须保持不变，否则会超过PCB的材质许可温度（240℃），使PCB 损坏。
无铅焊接技术
毕业设计（论文）中文摘要毕业设计（论文）外文摘要目录1 引言2 无铅焊接技术的简介及趋势2.1 无铅焊接技术的简介2.2 无铅焊接的发展趋势3 无铅焊料3.1 物理性能3.2 机械性能3.3 润湿性能3.4 可靠性4 无铅焊接的特点及工艺4.1 无铅焊接技术的工艺特点4.2 工艺窗口4.3 鉴于无铅焊料的特性决定了新的无铅焊接工艺4.4 焊接中的工艺应用5 设备的结构及控制要求5.1 回流焊设备5.2 预热方式5.3 锡炉喷口5.4 腐蚀性5.5 氧化5.6 焊后急冷却5.7 助焊剂5.8 控制6 无铅焊接技术中常见质量缺陷分析与解决方法6.1 焊缝成型差6.2 表面气孔6.3 表面夹渣6.4 表面裂纹6.5 虚焊结论致谢参考文献1 绪言在电子产品的生产过程中，无铅化生产已经越来越多地被采用。
熟练掌握无铅焊接技术，对于电子产品质量的提升有着重要的意义。
本文对无铅焊接在生产过程中遇到的一系列问题展开深入研究，讨论无铅焊接对于生产过程中各个环节的要求以及影响，分析问题产生的原因，最后根据所做的工作选择合理的解决方案，以期在无铅焊接技术方面有所成就2 无铅焊接技术的简介及发展趋势2.1 无铅焊接技术的简介铅的特性及对人体的危害：铅（lead Pb），灰白色金属，熔点为327.5℃，加热至400～500℃时即有大量铅蒸气逸出，并在空气中迅速氧化成氧化亚铅而凝集为烟尘并四处逸散。
在工业中与铅接触的行业主要有铅矿开采，铅烧绳索和精练、蓄电池制造、电子产品的焊接和电子元件的喷铅作业等等。
在以上接触中铅及其化合物主要通过呼吸产和消化道入侵人体造成铅中毒，对人体健康构成危害。
美国环保署研究发现，铅及其化合物是17种严重危害人类寿命和自然环境的化学物质之一。
通常的职业性铅中毒都是慢性中毒，其对人体的神经系统、消化系统和血液系统都将造成干扰和伤害，其临订症状表现为头昏头痛、乏力、记忆力下降、恶心、烦躁、食欲不振、腹部胀痛、贫血、精神障碍等。
锡焊机理与SMT无铅焊接技术
表面张力在焊接中的作用
再流焊—分—子当运焊动膏达到熔融温度时，在平衡的表面张 力的作用下，会产生自定位效应（self alignment）。表 面张力使再流焊工艺对贴装精度要求比较宽松，比较容易 实现高度自动化与高速度。同时也正因为“再流动”及 “自定位效应”的特点，再流焊工艺对焊盘设计、元器件 标准化有更严格的要求。如果表面张力不平衡，焊接后会 出现元件位置偏移、吊桥、桥接、等焊接缺陷。
液体能够润湿金属板
液体不能润湿金属板
在熔融焊料中也存在毛细管现象
毛细管现象在焊接中的作用
• 在软钎焊过程中，要获得优质的钎焊接头，需要液 态钎料能够充分流入到两个焊件的缝隙中。
• 例如通孔元件在波峰焊、手工焊时，当间隙适当时， 毛细作用能够促进元件孔的“透锡”。
• 又例如再流焊时，毛细作用能够促进元件焊端底面 与PCB焊盘表面之间液态焊料的流动。
焊缝
内容
一. 概述 二. 锡焊机理 三. 焊点强度和连接可靠性分析 四. 关于无铅焊接机理 五. 锡基焊料特性
一. 概述 熔焊
熔焊 焊接种类 压焊
钎焊
压焊
钎焊
超声压焊 金丝球焊 激光焊
电子装配的核心——连接技术：焊接技术
焊接技术的重要性 ——焊点是元器件与印制电路 板电气连接和机械连接的连接点。焊点的结构和强 度就决定了电子产品的性能和可靠性。
• 液态焊料在粗糙的金属表面也存在毛细管现象，有 利于液态焊料沿着粗糙凹凸不平的金属表面铺展、 浸润，因此毛细管现象有利于焊接的 。
毛细作用—液体在毛细管中上升高度的表达式
2σ H = ——
ρgR
式中：
• H—毛细管中液柱的高度 • σ—液体（焊料）的表面张力 • ρ—液体（焊料）的密度 • g —重力加速度 • R —毛细管半径
无铅焊锡制程简介
汽车产业
汽车产业也是无铅焊锡的重要应用领域之一，主要涉及汽 车零部件的制造和组装，如发动机控制模块、传感器、执 行器等。无铅焊锡在汽车产业中的应用有助于提高汽车的 安全性和可靠性。
汽车产业对无铅焊锡的要求较高，需要具备优良的耐热性 、耐腐蚀性和机械性能，以确保在复杂和严苛的汽车环境 中能够保持稳定的连接性能。
五金制造
五金制造是无铅焊锡应用的另一个重 要领域，涉及建筑、家具、工具等多 个行业。无铅焊锡在五金制造中主要 用于连接金属部件，如门窗、家具的 组装和固定等。
五金制造对无铅焊锡的要求相对较低， 但也需要具备良好的焊接性能和耐腐 蚀性，以确保连接的稳定性和长期使 用。
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着重要影响。
表面处理
表面处理是对焊锡片进行清洁、涂层 、镀层等处理，以提高其焊接性能和 防氧化性能的过程。
表面处理是无铅焊锡制程中的最后一 道工序，其质量直接关系到焊锡片在 实际应用中的焊接效果。
03 无铅焊锡的应用领域
电子产业
电子产业是应用无铅焊锡的主要领域之一，包括消费电子产 品、通讯设备、计算机硬件和各种电子元器件等。无铅焊锡 在电子产业中广泛应用于电路板焊接、连接器制造和表面贴 装技术等领域。
无铅焊锡制程简介
目录
CONTENTS
• 无铅焊锡的定义与特性 • 无铅焊锡制程 • 无铅焊锡的应用领域 • 无铅焊锡的市场趋势与挑战 • 无铅焊锡的未来展望
01 无铅焊锡的定义与特性
无铅焊锡的定义
01
无铅焊锡是指不含有铅等有毒物 质的焊锡合金，主要用于电子组 装和焊接工艺中。
无铅焊接及
三.导入无铅产品的目的
• 欧盟于2002年推出的ROHS（Restriction Of
Hazardous Substances)指令来限制电子电器产品 中有害物质的使用． ROHS指令规定：从 2006/07/01开始所有销售于欧盟市场的电子电器设 备中铅（Pb),汞(Hg)，镉(Cd)，六价铬(Cr6+)，聚 溴联苯(PBB)，聚溴联苯醚(PBDE)六种有害物质的 含量必须符合要求。同时一些国际大客户也纷纷倡导 绿色产品，并综合各个国家的法律制定了自己的产品 环保规格，为适应国际环保趋势的发展和客户及消费 者对产品的环保要求，各生产厂家纷纷开始导入无铅 制程．
要求缓慢升温，使整个PCB温度均匀，减小PCB及大小元器件 温度不均，因此要求焊接设备升温、预热区长度要加长。 b . 150~217℃/50~70sec快速升温区（助焊剂浸润区）。 有铅焊接从150℃升到183℃，升温33℃，
. 可允许在30~60 sec之间完成，其升温速率为 •
•
0.55~1℃/sec；而无铅焊接从150℃升到217℃，升温 67℃，只允许在50~70sec之间完成，其升温速率为 0.96~1.34℃/sec，要求升温速率比有铅高30%左右， 另外由于无铅比有铅的熔点高34℃，温度越高升温越困 难， 如果升温速率提不上去，长时间处在高温下会使焊 膏中助焊剂提前结束活化反应，严重时会使PCB焊盘，元 件引脚和焊膏中的焊料合金在高温下重新氧化而造成焊接 不良，因此要求助焊剂浸润区有更高的升温斜率。 c 回流区峰值温度235℃与FR-4基材PCB的极限温度 （240 0C ）差（工艺窗口）仅为5 ℃。如果PCB表面温 度是均匀的， 那么实际工艺允许有5 ℃的误差。
• 假若PCB表面有温度误差Δt ＞5 ℃ ，那么PCB某处已超过FR-4基材
无铅焊接技术
无铅焊接技术第一篇：无铅焊接技术无铅焊接技术无铅焊接技术无铅化已成为电子制造锡焊技术不可逆转的潮流。
一、铅的危害铅会对人体的中枢神经造成危害，1㎡的铅产品，只有0.05mg对人体有影响，如果人吃进铅，有10%不能排出，如果是从空气吸入人体，有30%不能排出，欧洲工业组织（WEEE）要求2006年7月1日全球电子产品实行无铅（即推出ROHS标准之一）无铅的规定要求产品的每一部份不论大小都不能超过0.1%含量的铅。
二、无铅焊料1、满足条件：①从电子焊接工艺出发，为了不破坏元器件的基本持性，所用铅焊料的熔点为183℃，否则将超过电子元器件的耐热温度（240℃）②其次从可焊性的观点出发，必须与电子元件及PCB板的镀层有良好的润湿性。
③具耐热疲劳性能。
2、分类：SN—Ag系列SN—Ag-Cu系列SN—AB系列三、有铅焊接与无铅焊接的工艺区别：1、无铅工艺“吃铜现像”会更历害。
由于铅焊料：SN含量增大，所以加剧了焊料与镀层（铜、镍、锌）等的反应（扩散现像）。
温度越高，反应越激烈。
2、无铅焊接，更容易出现以下二种不良现像。
①裂缝：冷却过快等原因造成的。
②哑光：冷却过慢等原因造成的。
3、无铅焊料表面张力比有铅要大4、无铅工艺要求PCB板可焊性要比有铅工艺要好，单面板与通孔板的共同问题是可焊性低，熔点高，润湿性差，表面张力大，焊接时容易发生桥接、拉尖。
5、无铅焊接更容易在产生锡珠现像。
控制此现象采用一些措施：①采用活性大的助焊剂②PCB板要求绿油对锡珠反应不敏感③提升预加热温度，加长预加热时间④设置适当炉温四、手焊无铅工艺用普通烙铁焊接的话，由于烙铁头“吃铜现象”严重，易腐蚀，笔者强烈建议使用无铅电焊台工作，或最起码应使用长寿命无铅烙铁头，由于温度越高“吃铜现象”越严重，所使用电焊台亦不可一味地提高温度。
更多详细分析及资料请查阅：电烙铁焊接技术手工浸焊工艺波峰焊操作工艺回流焊操作工艺SMT操作工艺第二篇：无铅技术系列文章七：无铅焊接的质量和可靠性无铅技术系列文章七：无铅焊接的质量和可靠性薛竞成撰写前言：传统的铅使用在焊料中带来很多的好处，良好的可靠性就是其中重要的一项。
无铅焊接技术
无铅焊接技术以下为研究与试验过程中遇到的一些问题与解决对策:一．无铅焊接技术应用于波峰、选择焊接过程（包括微波峰）问题：由于无铅焊接用的焊料主要成分为锡（TIN），其熔点较高，因此，需要更高的处理温度，在制程中会出现氧化物增加的现象。
由于无铅焊料须在很高的温度下工作，熔融的无铅焊料会对多数由不锈钢材料制成的部件（如锡锅、泵腔及扇叶、喷口、锡槽等）造成腐蚀和磨蚀。
而且从这些元件的不锈钢材料中浸析出的微粒会增加熔锡中铁的成分，污染焊料。
损坏的泵腔■焊料针状物对策：第一步：SEHO公司采用一种耐高温性能极强的新材料,并加以特殊合金涂层，应用于锡锅、泵腔及扇叶、喷口、锡槽等部件后，可有效地抵抗腐蚀和磨蚀作用对部件的损害。
■遭受损的扇叶■锡槽对于现有的波峰设备用户，SEHO可提供为相关部件增加合金镀层的服务。
第二步：检查各发热区的热源能否产生充足的热能，必要时需更换更高效率或更大功率的热源，以保证其能胜任无铅焊接较短时间加温至较高温度的工艺需要。
根据设备型号，也可考虑扩展加热区长度。
降低传送带速度虽然可以达到上述目的，但会在很大程度上影响产量。
第三步：采用活化温度更高的助焊剂。
如果使用水基助焊剂，则需要在机器前端安装独立的助焊剂雾化装置，以避免雾化后的助焊剂喷到设备部件上造成腐蚀。
第四步：SEHO推荐，在氮气环境下进行无铅焊接过程。
氮气除了可以非常有效地减少氧化物产生之外，还有另外一个重要的特性，即氮气的热传导能力远远大于空气。
这就意味着，你可以用较低的温度设定获得满意的焊接效果。
第五步：针对不同厂家的助焊剂提供的不同参数设定，建立其对应的温度曲线记录。
■ZVEI建议的温度曲线：活化温度：160℃(+30℃/-10℃)峰值温度：260℃检查锡波与PCB的接触长度，优化波峰接触时间，检验喷锡的流体动力性能，使之适用于无铅焊接的工艺。
必要时应更换喷口。
SEHO设计制造了多种喷嘴供客户选择。
并为现有客户提供针对每台设备的优化方案。
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电子产品工艺（第3版）项目4 电子产品装联
由于在电子产品制造中采用铅锡合金作为印制电路 板和电子元器件引脚的表面镀层和焊接材料，电子产品 增长所带来的铅污染也在增长。欧洲工业组织（WEEE） 要求2006年7月1日全球电子产品实行无铅（即推出 ROHS标准之一），无铅的规定要求产品的每一部份不 论大小都不能超过0.1%含量的铅。
电子产品工艺（第3版）项目4 电子产品装联
（3）绕接操作 绕接操作，应该先选择适当的绕头及绕套，准备 好导线并剥去一定长度的绝缘皮。将导线插入导线孔， 并把导线弯曲嵌在绕线凹槽后，即可将绕枪对准接线 柱，开动绕线驱动机构（电动或手动），绕头旋转， 将导线紧密绕接在接线柱上。
电子产品工艺（第3版）项目4 电子产品装联
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③无铅焊接设备。要适应无铅焊接的高温，原锡铅 焊料的再流焊设备要改变温区设置，预热区必须加长或 更换新的加热元件；波峰焊设备的焊料槽、焊料喷嘴和 传输导轨的爪钩材料要能够承受高温。
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（2）无铅焊接与有铅焊接的工艺区别： ①无铅工艺“吃铜现象”会更历害。 ②无铅焊接，更容易出现以下二种不良现象：裂缝、 哑光。 ③无铅焊料表面张力比有铅要大。 ④无铅工艺要求PCB板可焊性要比有铅工艺要好， 单面板与通孔板的共同问题是可焊性低，熔点高，润湿 性差，表面张力大，焊接时容易发生桥接、拉尖。 ⑤无铅焊接更容易在产生锡珠现像。
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（2）绕接的特点 ①可靠性高、寿命长、没有虚假焊。 ②接触电阻比锡焊小，可达到10-3以下。 ③抗振能力比锡焊大。
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④不使用焊料和焊剂，因而不存在腐蚀、不道德 有害气体。
⑤不需要加热，可避免烫坏导线绝缘层。 ⑥节约焊料和焊剂等材料，降低生产成本。 ⑦工艺性好，操作技术容易掌握。
④成本低。所选用的材料价格便宜且来子产品装联
（3）无铅焊料的种类及性能 无铅焊料通常是以锡(Sn)为主体，添加银(Ag)、锌 (Zn)、铜(Cu)、锑(Sb)、铋(Bi)、铟(In)等金属，通过合 金化来改善焊料的性能，提高可焊性。
电子产品工艺（第3版）项目4 电子产品装联
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（2）对无铅焊料的要求 ①无毒性。对无铅焊料应该无毒或毒性极低。 ②性能好。导电率、导热率、润湿性、机械强度和 抗老化性等性能，至少应该相当于当前使用的锡铅焊料。
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③兼容性好。与现有的焊接设备和工艺兼容，尽可 能在不需要更换设备和改变工艺的条件下对无铅焊料进 行焊接。例如焊接温度应与铅焊料的熔点为183℃相近， 否则将超过电子元器件的耐热温度（240℃）。
（1）压接的特点 ①压接操作简便，不需要熟练的技术， 任何人、任何场合均可进行操作。 ②压接不需要焊料与焊剂，不仅节省焊 接材料，而且接点清洁无污染，省去了焊接 后的清洗工序，也不会产生有害气体。
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③压接的电气接触良好，接触电阻小。 ④温度适应性强，耐高温和低温。 ⑤接点机械强度高。 ⑥应用范围广，压接除用于铜和黄铜外， 还可用于镍、镍合金和铝等多种金属的连接。
2．无铅焊接工艺 （1）无铅焊接主要工艺技术 ①无铅焊接元器件。因为多数无铅焊料的熔点都比 较高，焊接过程的温度比采用锡铅焊料高，这就要求元 器件以及各种结构性材料（比如印制板）能够耐受更高 的焊接温度。
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②无铅焊接助焊剂。锡铅焊料的助焊剂不能帮助无 铅焊料提高润湿性，无铅焊接助焊剂特性应与无铅焊料 的预热温度和焊接温度相匹配，而且满足环境保住的要 求。
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4.2.4无锡焊接技术 无锡焊接是不需要焊料与焊剂可获得可靠连接的 焊接技术，包括压接、绕接、导电胶粘接、激光焊等。 无锡焊接的特点是不需要焊料与焊剂，因而解决了清 洗困难和焊接表面易氧化的问题。另外无锡焊接具有 操作简便、不受场所限制、生产效率高、成本低、清 洁无污染、接触电阻小、可靠性高等优点。
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1．压接 压接是借助控制挤压力和金属位移，使连接器触 脚或端子与导线实现紧密接触（连接）。导线受到挤 压后间隙减小或消失，并产生变形。在压力去除后端 子的变形基本保持，导线之间的紧密接触和变形，破 坏了导线表面的氧化膜，并产生一定程度的金属相互 扩散。
电子产品工艺（第3版）项目4 电子产品装联
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第18讲
无铅焊接技术与无锡焊接技术
电子产品工艺（第3版）项目4 电子产品装联
课前布置任务： 何谓无锡焊接 ？无锡焊接需要焊锡吗？ 无锡焊接有哪些方式？
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4.2.3无铅焊接技术 1、 铅的危害 铅及其化合物是对人体有害的，是多亲和性的重 金属毒物，它主要损伤神经系统、造血系统和消化系 统。如果人吃进铅，有10%不能排出，如果是从空气 吸入人体，有30%不能排出。对儿童的身体发育、神 经行为、语言能力的发展产生负面影响，是引发多种 重症疾病的因素。并且，铅对水、土壤和空气都能产 生污染。
压接的操作过程
电子产品工艺（第3版）项目4 电子产品装联
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2．绕接 绕接是不使用焊料和焊剂而直接将导 线缠绕在接线柱上，形成电气和机械连接 的一连接技术
电子产品工艺（第3版）项目4 电子产品装联
（1）绕接机理 绕接使用专用的绕接器将导线紧密缠绕 在接线柱上，靠导线与接线柱的棱角形成紧 密连接。由于导线以一定的压力同接线柱棱 边相互挤压，产生塑性变形，使两种金属紧 密接触，形成金属之间的相互扩散，从而达 到牢固连接的目的。