电子产品工艺第3版教学课件作者李水樊会灵08第15～16学时3.1焊接的基本知识3.2无铅焊料3.3无铅助焊剂课件幻灯片
3.1 焊接的分类和焊锡原理 3.2 无铅焊料 3.3无铅助焊剂,第3章 电子产品焊接工艺（）,教学目标,1掌握锡焊焊接机理 ； 2掌握无铅焊料特点、其与铅锡焊料的不同点及其引发的问题； 3. 了解无铅助焊剂在当今焊接领域中的应用。,3.1.1 焊接的分类与锡焊特征,在电子产品制造过程中，使用最普遍、最 有代表性的是锡焊方法。 锡焊是将焊件和熔点比焊件低的焊料共同 加热到锡焊温度，在焊件不熔化的情况下，焊 料熔化并浸润焊接面，依靠二者原子的扩散形 成焊件的连接。,3.1 焊接的分类和焊锡原理,现代焊接技术的主要类型,表1,表2,表3,锡焊主要特征有以下三点： 焊料熔点低于焊件； 焊接时将焊料与焊件共同加热到锡焊温度，焊料熔化而焊件不熔化； 焊接的形成依靠熔化状态的焊料浸润焊接面，由毛细作用使焊料进入焊件的间隙，形成一个合金层，从而实现焊件的结合。 除了含有大量铬、铝等元素的一些合金材料不宜采用锡焊焊接外，其它金属材料大都可以采用锡焊焊接。,3.1.2 锡焊原理 从微观角度来分析锡焊过程的物理、化 学变化， 锡焊是通过“润湿”、“扩散”、 “冶金结合”三个过程来完成的。,1. 合金层的生成,焊接的物理基础是“浸润”，浸润也叫“润湿”。液体在与固体的接触面上摊开，充分铺展接触，就叫做浸润。浸润过程是形成良好焊点的先决条件。,锡焊的过程，就是通过加热，让铅锡焊料在焊接面上熔化、流动、浸润，使铅锡原子渗透到铜母材（导线、焊盘）的表面内，并在两者的接触面上形成Cu6-Sn5的脆性合金层。,2. 浸润与浸润角,如何判别润湿? 一般是用附着在母材表面的焊料与母材的接触角来判别。 在焊接过程中，焊料和母材接触所形成的夹角叫做浸润角 。,不浸润焊点,3 .锡焊必须具备的条件, 焊件必须具有良好的可焊性,可焊性是指在适当温度下，被焊金属材料与焊锡能形成良好结合的合金的性能。, 焊件表面必须保持清洁, 要使用合适的助焊剂,助焊剂的作用是辅助热传导、去除氧化物、降低表面张力、防止再氧化。 通常采用以松香为主的助焊剂。,免清洗助焊剂,松香, 合适的焊接时间, 焊件要加热到适当的温度,适当的温度使锡、铅原子获得足够的能量渗透到被焊金属表面的晶格中而形成合金。,焊接时间是指在焊接全过程中，进行物理和化学变化所需要的时间。 一般23s，不超过5s。,2019/6/8,17,3.2 无 铅 焊 料 Lead-free Solder,无铅焊料合金及助焊剂 Lead-free Solder Alloy & Flux,3.2 无铅焊料,3.2.1铅及其化合物带来的污染 众所周知铅及它的化合物是有毒物质，人类如长期接触会给生活环境和安全带来较大的危害。其中铅对儿童的危害更大，会影响其智商和正常发育。 电子产品报废以后，PCB板焊料中的铅易溶于含 氧的水中。污染水源，破坏环境。可溶解性使它在人 体内累积，损害神经、导致呆滞、高血压、贫血、生 殖功能障碍等疾病；浓度过大，可能致癌。珍惜生命， 时代要求无铅的产品。,3.2.2无铅焊接工艺的提出,日本首先研制出无铅焊料 ，立法规定有铅焊接的终止期限为2003年年底，从2004年开始将不允许含铅电子产品进口； 欧盟也决定在2006年在电子产品中限制使用包括铅在内的有害物质。06年7月1日正式实施。 我国07年2月28日也出台了管理办法，但未指明无铅实施的具体时间。,3.2.3无铅焊料的研究与推广, 对无铅焊料的理想化技术要求如下：,·无毒性 ·性能好 ·兼容性好 ·材料成本低,无铅锡丝, 最有可能替代铅锡焊料的无毒合金是以锡（Sn）为主，添加银（Ag）、锌（Zn）、铜（Cu）、锑（Sb）、铋（Bi）、铟（In）等金属元素。,无铅焊料的可能选择方案：,Sn-Ag 系焊料 Sn-Cu 系焊料 Sn-Zn 系焊料 Sn-Bi 系焊料,一、Sn-Ag系无铅焊料 存在问题：熔点偏高。如Sn一3.5%Ag共晶的熔点是221，通常依靠添加微量元素Bi、in、Cu和Zn等来降低熔点。 锡/银/铜系统中最佳合金成分95.4%Sn/3.1%Ag/1.5%Cu 优点：具有优良的机械性能、拉伸强度，蠕变特性及耐热老化比Sn-Pb共晶焊料稍差，但不存在延展性随时间加长而劣化的问题。 缺点：熔点偏高，比Sn-Pb高30-40，润湿性差，成本高。用于波峰焊接中。,二、Sn-Cu系无铅焊料 SnCu系合金中的合金化合物比较复杂，在共晶点处可以看作Sn- Cu6Sn5的二元合金，熔点为227。 问题：1、高温保持性能和热疲劳等可靠性比Sn-Ag系合金差。 解决方法：1、添加0.1的Ag，可使塑性提高50。 2、添加Ni具有减少焊锡渣量的效果，已经逐渐稳定地用作波峰焊生产使用的焊锡。,二、Sn-Cu系无铅焊料 优点：该合金价格低、熔点高，主要用在重视经济性的单面基板波峰焊。 缺点：润湿性不太好，用在封装双面基板，通孔的充填性差。,三、Sn-Zn系无铅焊料 Sn-Zn共晶焊锡的熔点与Sn-Pb共晶焊锡最接近，Sn一9%Zn共晶焊料的共晶点为198.5。 优点：Sn-Zn系焊料的金属特性，Sn-Zn系焊料与Sn-Ag系相比毒性小，成本也低。延展性初期值偏低，长时间变化显示出与Sn-Pb共晶焊料具有相同值，可以作成线材。蠕变特性与Sn-Pb共晶比变形缓慢，达到断裂的时间长，表现出良好的蠕变性.,Sn-Zn系无铅焊料 缺点：Sn-Zn系无铅焊料合金中的Zn元素离子化倾向相当大，抗氧化能力差，易形成稳定的氧化物，焊料的润湿性不好。再有，在配制的焊膏中，Zn元素与助焊剂中的活性剂等成分易发生反应，使焊膏在短期内出现增粘现象，难以印刷。,四、Sn-Bi系无铅焊料 Sn- Bi系无铅焊料熔点较低，可以作为低温焊料使用，如Sn-57% Bi焊料共晶点是138。Sn-40%Bi焊料熔点138170。 优点：降低了熔点，使其与Sn-Pb共晶焊料接近，蠕变特性好，并增大了合金的拉伸强度。 缺点：延展性差，合金硬而脆，难以加工成线料。,3.2.4无铅焊料引发的新课题, 元器件问题 印制电路板问题 助焊剂问题 焊接设备问题 工艺流程中的问题 废料回收问题,无铅工艺与有铅工艺比较,无铅波峰焊设备,2019/6/8,35,典型无铅焊料合金体系 Typical Lead-free Solders Alloy System,2019/6/8,3.3 无铅焊料助焊剂,一、无铅助焊剂概念 传统助焊剂用在无铅焊料的焊接出现问题： 1、耐高温性能较差，很多在经过较高的预热及较高的炉温时会失去部分活性，造成上锡不好的状况； 2、润湿性能不够，造成焊接不良的状况较多。,2019/6/8,二、目前常见无铅助焊剂的种类 根据无铅助焊剂的用途来分，目前常见的种类大概有以下几种： （一）电子装接用无铅助焊剂 （二）搪锡用助焊剂 （三）线路板预涂层助焊剂 （四）线路板热风整平助焊剂,2019/6/8,根据无铅助焊剂的用途来分，目前常见的种类大概有以下几种： （一）电子装联用无铅助焊剂 无铅助焊剂要求有更高的耐热性能，在经过较高的预热温度后仍有较好的表面活性及活化性能，但焊后的残留需很好的分解，不能造成板面的残留污染。 包括：免清洗无铅助焊剂、低固态无铅助焊剂、松香型无铅助焊剂、水清洗无铅助焊剂及水基无铅助焊剂等。 （二）镀锡用助焊剂 助焊剂适用于线材、变压器、线圈或其他元件管脚镀锡，可分为免清洗型与松香型两种。多数厂家使用免清洗型焊剂。 要求：焊后无残留、对管脚无腐蚀、焊脚光亮、上锡快、易爬升、焊后管脚表面平滑无点状凹凸不平等。,2019/6/8,（三）线路板预涂层助焊剂 要求助焊剂涂布后在整个板面的分布均匀，板面光洁透明、无明显松香树脂涂布痕迹。 （四）线路板热风整平助焊剂 此类助焊剂为双面或多层印制线路板制造工艺专用助焊剂，适用于双面板及多层板的整平喷锡工艺，它能够使锡液流动性能加强，上锡迅速、均匀且镀层极薄，不阻塞线路板贯穿孔，不易产生针孔而能够获得致密锡层。,2019/6/8,三、无铅助焊剂的作用 1去除氧化物 2防止继续氧化 3. 提高焊锡的流动性,2019/6/8,四、无铅助焊剂的组成 通过对助焊剂作用及其工作原理等情况的分析，常用助焊剂的组成可以基本概括为以下几个方面 1. 溶剂：它能够使助焊剂中的各种组成均匀有效的混合在一起； 2. 活化剂： 3. 表面活性剂： 4. 松香（树脂）： 5. 其他添加剂：,2019/6/8,五、无铅助焊剂的要求P79 1. 具有一定的化学活性（保证去除氧化层的能力）； 2. 具有良好的热稳定性； 3. 具有良好的润湿性、对焊料的扩展具有促进作用（保证较好的焊接效果）； 4. 留存于基板的焊剂残渣，对焊后材质无腐蚀性； 5. 需具备良好的清洗性； 6. 各类型助焊剂应基本达到或超过相关国标、行标或其他标准对相关焊剂一些基本参数的规范要求； 7. 焊剂的基本组份应对人体或环境无明显公害，或已知的潜在危害。,2019/6/8,作业,1、当今工厂中使用的无铅焊料的种类，最常用无铅焊料的组成及特点。 2、无铅焊料引发哪些新课题 ？ Have A Break！,
