第一篇：無鉛焊接技術(shù)

無鉛焊接技術(shù)

無鉛焊接技術(shù)

無鉛化已成為電子制造錫焊技術(shù)不可逆轉(zhuǎn)的潮流。

一、鉛的危害

鉛會(huì)對(duì)人體的中樞神經(jīng)造成危害，1㎡的鉛產(chǎn)品，只有0.05mg對(duì)人體有影響，如果人吃進(jìn)鉛，有10%不能排出，如果是從空氣吸入人體，有30%不能排出，歐洲工業(yè)組織（WEEE）要求2006年7月1日全球電子產(chǎn)品實(shí)行無鉛（即推出ROHS標(biāo)準(zhǔn)之一）無鉛的規(guī)定要求產(chǎn)品的每一部份不論大小都不能超過0.1%含量的鉛。

二、無鉛焊料

1、滿足條件：①從電子焊接工藝出發(fā)，為了不破壞元器件的基本持性，所用鉛焊料的熔點(diǎn)為183℃，否則將超過電子元器件的耐熱溫度（240℃）②其次從可焊性的觀點(diǎn)出發(fā)，必須與電子元件及PCB板的鍍層有良好的潤濕性。

③具耐熱疲勞性能。

2、分類：SN—Ag系列

SN—Ag-Cu系列

SN—AB系列

三、有鉛焊接與無鉛焊接的工藝區(qū)別：

1、無鉛工藝“吃銅現(xiàn)像”會(huì)更歷害。由于鉛焊料：SN含量增大，所以加劇了焊料與鍍層（銅、鎳、鋅）等的反應(yīng)（擴(kuò)散現(xiàn)像）。溫度越高，反應(yīng)越激烈。

2、無鉛焊接，更容易出現(xiàn)以下二種不良現(xiàn)像。

①裂縫：冷卻過快等原因造成的。

②啞光：冷卻過慢等原因造成的。

3、無鉛焊料表面張力比有鉛要大

4、無鉛工藝要求PCB板可焊性要比有鉛工藝要好，單面板與通孔板的共同問題是可焊性低，熔點(diǎn)高，潤濕性差，表面張力大，焊接時(shí)容易發(fā)生橋接、拉尖。

5、無鉛焊接更容易在產(chǎn)生錫珠現(xiàn)像?？刂拼爽F(xiàn)象采用一些措施：

①采用活性大的助焊劑

②PCB板要求綠油對(duì)錫珠反應(yīng)不敏感

③提升預(yù)加熱溫度，加長預(yù)加熱時(shí)間

④設(shè)置適當(dāng)爐溫

四、手焊無鉛工藝

用普通烙鐵焊接的話，由于烙鐵頭“吃銅現(xiàn)象”嚴(yán)重，易腐蝕，筆者強(qiáng)烈建議使用 無鉛電焊臺(tái)工作，或最起碼應(yīng)使用長壽命無鉛烙鐵頭，由于溫度越高“吃銅現(xiàn)象”越嚴(yán)重，所使用電焊臺(tái)亦不可一味地提高溫度。更多詳細(xì)分析及資料請(qǐng)查閱：電烙鐵焊接技術(shù)

手工浸焊工藝

波峰焊操作工藝

回流焊操作工藝

SMT操作工藝

第二篇：無鉛技術(shù)系列文章七：無鉛焊接的質(zhì)量和可靠性

無鉛技術(shù)系列文章七：無鉛焊接的質(zhì)量和可靠性

薛競成 撰寫

前言：

傳統(tǒng)的鉛使用在焊料中帶來很多的好處，良好的可靠性就是其中重要的一項(xiàng)。例如在常用來評(píng)估焊點(diǎn)可靠性的抗拉強(qiáng)度，抗橫切強(qiáng)度，以及疲勞壽命等特性，鉛的使用都有很好的表現(xiàn)。在我們準(zhǔn)備拋棄鉛后，新的選擇是否能夠具備相同的可靠性，自然也是業(yè)界關(guān)心的主要課題。一般來說，目前大多數(shù)的報(bào)告和宣傳，都認(rèn)為無鉛的多數(shù)替代品，都有和含鉛焊點(diǎn)具備同等或更好的可靠性。不過我們也同樣可以看到一些研究報(bào)告中，得到的是相反的結(jié)果。尤其是在不同PCB焊盤鍍層方面的研究更是如此。對(duì)與那些親自做試驗(yàn)的用戶，我想他們自然相信自己看到的結(jié)果。但對(duì)與那些無能力資源投入試驗(yàn)的大多數(shù)用戶，又該如何做出選擇呢？我們是選擇相信供應(yīng)商，相信研究所，還是相信一些形象領(lǐng)先的企業(yè)？我們這回就來看看無鉛技術(shù)在質(zhì)量方面的狀況。

什么是良好的可靠性？

當(dāng)我們談?wù)摽煽啃詴r(shí)，必須要有以下的元素才算完整。

1． 使用環(huán)境條件（溫度、濕度、室內(nèi)、室外等）；

2． 使用方式（例如長時(shí)間通電，或頻繁開關(guān)通電，每天通電次數(shù)等等特性）； 3． 壽命期限（例如壽命期5年）；

4． 壽命期限內(nèi)的故障率（例如5年的累積故障率為5%）。而決定產(chǎn)品壽命的，也有好幾方面的因素。包括： 1． DFR（可靠性設(shè)計(jì)，和DFM息息相關(guān)）； 2． 加工和返修能力；

3． 原料和產(chǎn)品的庫存、包裝等處理； 4． 正確的使用（環(huán)境和方式）。

了解以上各項(xiàng)，有助于我們更清楚的研究和分析焊點(diǎn)的可靠性。也有助于我們判斷其他人的研究結(jié)果是否適合于我們采用。

由于以上提到的許多項(xiàng)，例如壽命期限、DFR、加工和返修能力等等，他人和我的企業(yè)情況都不同，所以他人所謂的?可靠?或?不可靠?未必適用于我。而他人所做的可靠性試驗(yàn)，其考慮條件和相應(yīng)的試驗(yàn)過程，也未必完全符合我。這是在參考其他研究報(bào)告時(shí)用戶所必須注意的。

您的無鉛焊接可靠性好嗎？

因此，在給自己的無鉛可靠性水平下定義前，您必須先對(duì)以下的問題有明確的答案。§ 您企業(yè)的質(zhì)量責(zé)任有多大？ § 您有明確的質(zhì)量定義嗎？

§ 您企業(yè)自己投入的可靠性研究，以及其過程結(jié)果的科學(xué)性、可信度有多高？ § 您是否選擇和管理好您的供應(yīng)商？ § 您是否掌握和管理好DFM/DFR工作？ § 您是否掌握好您的無鉛工藝？

只有當(dāng)您對(duì)以上各項(xiàng)都有足夠的掌握后，您才能夠評(píng)估自己的無鉛可靠性水平。更重要的，是您才能確保您的無鉛可靠性能夠提升和有所保證。

舉個(gè)例子說，很多試驗(yàn)都報(bào)告說無鉛技術(shù)容易出現(xiàn)?氣孔?故障。從常見無鉛合金的特性上來看，無鉛是較容易出現(xiàn)?氣孔?。但合金特性不是唯一的因素。對(duì)?氣孔?問題來說，更重要的因素是焊劑配方（也就是錫膏種類）、爐子性能、工藝設(shè)置/調(diào)制能力、DFM和器件焊端材料等。如果用戶不掌握這些知識(shí)，則可能隨意的作了一些試驗(yàn)后見到?氣孔?多，就說?氣孔?在無鉛中是個(gè)問題。而實(shí)際上，氣孔在無鉛中，是可能比那些不懂得處理技術(shù)整合的用戶，在有鉛技術(shù)中控制得更好的。

可靠性并非是三言兩語可以說清楚的。而是一門需要很多定義、規(guī)范、認(rèn)證、數(shù)據(jù)支持等等工作的科學(xué)。

可靠性的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)：

當(dāng)我們?cè)u(píng)估無鉛焊點(diǎn)時(shí)，其可靠性的合格標(biāo)準(zhǔn)是什么？由于無鉛技術(shù)是用來取代有鉛技術(shù)的，一個(gè)很自然合理的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，就是和傳統(tǒng)的錫鉛焊點(diǎn)進(jìn)行比較。所以我們一般要求新的替代品，應(yīng)該具有和錫鉛焊點(diǎn)?同等?的可靠性，或最少很接近。所以在一般的無鉛焊點(diǎn)可靠性分析中，我們都是和相同設(shè)計(jì)、工藝下的錫鉛焊點(diǎn)效果進(jìn)行比較。而一般使用Sn37Pb為基準(zhǔn)的較多。也有一部分使用SnPbAg為比較基準(zhǔn)的。

經(jīng)過了一段時(shí)間的發(fā)展，目前由于較多同業(yè)偏向看好SAC為無鉛焊料的主流，所以不少其他無鉛合金的研究上也使用SAC作為比較對(duì)象的。

無鉛技術(shù)的可靠性情況：

經(jīng)過了約15年的開發(fā)研究，我們到底對(duì)無鉛技術(shù)的可靠性把握多少？可靠性不同與生產(chǎn)直通率，它需要一定的使用時(shí)間來給于人們較高的信心。這也就是說，必須有較長使用時(shí)間和足夠使用量的情況下才能有較可靠的結(jié)論。

在一項(xiàng)非正式的統(tǒng)計(jì)中，我們對(duì)業(yè)界認(rèn)為無鉛是否可靠得出以下的結(jié)果： § 94%的報(bào)告說?可靠?

§ 100%的供應(yīng)商說他們有?可靠?的材料和方案 § 87%的研究院報(bào)告說?還需要進(jìn)一步研究?

而事實(shí)上，我們只有約4%的制造商有不超過5年的實(shí)際大量使用經(jīng)驗(yàn)。這對(duì)于一些使用壽命要求較長的電子產(chǎn)品絕對(duì)是不夠的。我們目前靠的主要是試驗(yàn)分析結(jié)果。而由于這些試驗(yàn)做法仍然存在著不少問題（請(qǐng)看下一節(jié)的解說），我們可以說，目前的可靠性狀況，還存在著：

§ 不夠完整 § 不夠精確

§ 不夠適用的風(fēng)險(xiǎn)

所以當(dāng)用戶在處理這問題時(shí)，一個(gè)關(guān)鍵就是先前我提到的“您企業(yè)的質(zhì)量責(zé)任有多大？”。這是決定你對(duì)無鉛可靠性的認(rèn)同態(tài)度的主要因素。責(zé)任越大，您就應(yīng)該越不放心，越覺得無鉛還是未必可靠。

到底目前業(yè)界是如何看法的呢？就一般業(yè)界較認(rèn)同的看法來說，目前我們偏向于相信以下的狀況。

對(duì)于使用環(huán)境較?溫和?的產(chǎn)品，例如室內(nèi)使用的家用電器、通訊設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等等（注一），我們都認(rèn)為無鉛技術(shù)可以滿足要求。這類應(yīng)用中，較多無鉛技術(shù)研究中發(fā)現(xiàn)無鉛焊點(diǎn)具有和含鉛技術(shù)相同或更好的可靠性。但在較?惡劣?環(huán)境下使用的產(chǎn)品，例如航空設(shè)備、汽車電子、軍用品等等（注二），業(yè)界則還不放心。研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)無鉛有時(shí)不如含鉛技術(shù)。圖一的研究報(bào)告就顯示了某些無鉛材料的這種特性，SAC可靠性和SnPb比較上，能力會(huì)因?yàn)樗惺軕?yīng)力或應(yīng)變程度而有所不同。

美國新澤西州一家研究所EPSI機(jī)構(gòu)曾對(duì)無鉛和有鉛技術(shù)的研究程度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。其得出的結(jié)果是無鉛的研究資料只有有鉛的10%，而實(shí)際經(jīng)驗(yàn)只有有鉛技術(shù)的24%（注三）。這也向業(yè)界提供了一個(gè)信息：我們可能還做得不夠！

可靠性研究面對(duì)的問題：

上面我提到目前無鉛技術(shù)的可靠性仍然具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。這風(fēng)險(xiǎn)來自什么地方，或是什么原因造成會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)呢？以下是一些主要的原因。

1． 目前使用來判斷可靠性（壽命）的常用做法是通過熱循環(huán)的加速老化試驗(yàn)方法，通過加溫減溫來給焊點(diǎn)制造應(yīng)力而使其最終斷裂，并記錄其壽命（一般是熱循環(huán)次數(shù)），制圖和進(jìn)行比較來評(píng)估。而事實(shí)上，在應(yīng)用中我們的條件是和試驗(yàn)中有所不同的。例如溫度變化的不規(guī)律性、較大的蠕變混合模式等等，這都不是試驗(yàn)中有照顧到的。而目前我們還缺乏一套能夠從試驗(yàn)室內(nèi)的單純模擬，按實(shí)際使用情況推算出實(shí)際壽命的方法。所以試驗(yàn)室內(nèi)的結(jié)果，和實(shí)際應(yīng)用中有可能出現(xiàn)較大的差別。而這種差別，在無鉛新材料上我們甚至沒有理論上的預(yù)計(jì)和判斷，對(duì)其變化關(guān)系幾乎是完全不懂；

2． 由于對(duì)某些理論還沒有掌握，在試驗(yàn)中我們可能做出一些錯(cuò)誤的模擬試驗(yàn)設(shè)置，結(jié)果當(dāng)然就得出一些錯(cuò)誤的信息。比如在金屬須Whisker的認(rèn)證試驗(yàn)中，有些試驗(yàn)采用了高溫高濕老化的方法，這做法雖然能夠通過加快原子遷移促使焊點(diǎn)的金屬須增長加快，但事實(shí)上也同時(shí)會(huì)對(duì)焊點(diǎn)或材料產(chǎn)生煅燒退火的效應(yīng)，從而減少金屬須增長的幾率。但在實(shí)際使用中，金屬遷移會(huì)在室溫下出現(xiàn)，煅燒退火的效果卻不會(huì)在室溫下形成，所以我們得到的試驗(yàn)結(jié)果可能偏好而造成錯(cuò)誤的判斷；

3． 如果我們研究多數(shù)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在試驗(yàn)中人們很容易忽略了SMT故障形成的復(fù)雜因果關(guān)系（或許是為了簡化試驗(yàn)而有意忽略），而只用過于簡單的幾項(xiàng)變數(shù)控制來進(jìn)行試驗(yàn)和分析。例如有一個(gè)實(shí)際例子中，某試驗(yàn)在對(duì)不同PCB焊盤保護(hù)材料進(jìn)行比較時(shí)，采用了眾多OSP中的一種，而后認(rèn)定OSP的能力不能接受，表現(xiàn)和他們建議的純錫差別很大。事實(shí)上OSP不只種類多，還和其他材料一樣受到供應(yīng)商加工和質(zhì)量控制能力的重大影響。但這些先決條件都沒有在試驗(yàn)前進(jìn)行分析控制，而作出了可能具備誤導(dǎo)性的結(jié)論。圖二可以讓我們更清楚看出這類問題。我們假設(shè)用戶選擇的試驗(yàn)條件（材料配搭、工藝參數(shù)等）是圖中的#1的話，那他得出的結(jié)論是OSP和ENIG不良，ENEG不穩(wěn)定，ImAg最好而應(yīng)該被推薦。但他如果采用了試驗(yàn)條件#2，他則認(rèn)為所有不同的PCB處理都沒有什么不同的表現(xiàn)。這是截然不同的兩種結(jié)論！

而最重要的，是用戶的實(shí)際情況是什么？用戶的材料、設(shè)計(jì)、工藝、設(shè)備、加工廠能力等等的技術(shù)整合結(jié)果，是處于條件中的#1？#2？還是其他的點(diǎn)上？這在SMT技術(shù)中是個(gè)不容易的工作，需要對(duì)各種工藝、設(shè)計(jì)、材料、設(shè)備等等都有很好掌握的人員才能處理得合理。在工作中我見過有不少的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，是考慮不周的。這也說明了為什么很多報(bào)告，其結(jié)果不能吻合。

4． 熱循環(huán)疲勞失效試驗(yàn)是研究可靠性中最主要的方法之一。為了縮短試驗(yàn)時(shí)間，一般都采用高應(yīng)力，高應(yīng)變的試驗(yàn)做法。但業(yè)界也發(fā)現(xiàn)，很多焊料的特性表現(xiàn)，在低應(yīng)力、低應(yīng)變的情況下顯得不穩(wěn)定和出現(xiàn)不同的結(jié)論。而實(shí)際應(yīng)用上，焊點(diǎn)所面對(duì)的是大范圍的應(yīng)力和應(yīng)變。但很少試驗(yàn)是在低應(yīng)力、低應(yīng)變下進(jìn)行的。而這方面的?高?與?低?標(biāo)準(zhǔn)，以及他們和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、應(yīng)用等上的關(guān)系等等知識(shí)資料也很缺乏；

5． 可靠性特性的針對(duì)性相當(dāng)強(qiáng)。比如類似“使用在BGA的可靠性好”這樣的評(píng)語，事實(shí)上是不夠精確的。我們發(fā)現(xiàn)，BGA的大小，BGA的焊端（Bump）數(shù)量也都影響可靠性結(jié)果。例如一份報(bào)告中發(fā)現(xiàn)，9個(gè)焊端的CSP，其可靠性就比24個(gè)焊端的小了1.5倍！而我們并沒有資源對(duì)所有的不同組合（器件封裝、焊料、PCB、工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)等）進(jìn)行試驗(yàn)分析。這就是說，我們不免有一部分（還不知道有多大的一部分？）情況完全沒有把握到； 6． 保護(hù)各自利益影響信息的真實(shí)性。我們不難發(fā)現(xiàn)，業(yè)界的供應(yīng)商們所發(fā)表的資料，都是說?無鉛可行?。而一些研究院或用戶的報(bào)告，則總是在結(jié)尾上提到?還需要研究認(rèn)證！?。這在一定程度上也是受到本身利益的影響而過濾了某些信息。當(dāng)然，其壞處是誤導(dǎo)一些經(jīng)驗(yàn)不足，資源不足的用戶。

基于以上的原因。我認(rèn)為我們?cè)诮佑|無鉛信息資料的同時(shí)，必須對(duì)各個(gè)資料的背景、細(xì)節(jié)等進(jìn)行相當(dāng)程度的分析判斷。并要求收集眾多的信息進(jìn)行比較。而最有用的，是擁有自己本身的認(rèn)證開發(fā)能力。以往有鉛時(shí)代的?抄用?做法，在進(jìn)入無鉛后會(huì)可能給您帶來問題。如此說來，是否所有的用戶都必須大量的投入可靠性研究？這也未必。我們還得來看看風(fēng)險(xiǎn)。

可靠性風(fēng)險(xiǎn)有多大：

知道了存在的重重問題，知道了我們聽說或見到的?可靠?無鉛技術(shù)未必真的可靠后，那我們是否會(huì)問：“使用無鉛的風(fēng)險(xiǎn)有多大？”

我沒有見到業(yè)界有對(duì)這問題進(jìn)行分析預(yù)計(jì)的?；蛟S這時(shí)候沒有人愿意這么做。商家肯定不愿意，研究院也因?yàn)樵诖_保質(zhì)量上有很大的困難而不愿意。不過按我的經(jīng)驗(yàn)和看法來判斷的話，我覺得風(fēng)險(xiǎn)還是偏小的，風(fēng)險(xiǎn)的隨機(jī)性也十分強(qiáng)。而且我個(gè)人覺得這風(fēng)險(xiǎn)問題無法得到很好的解決，至少在三五年內(nèi)不會(huì)。我所以這么說，基于以下的幾個(gè)觀點(diǎn)。

1． 許多試驗(yàn)，雖然把握的不好，但結(jié)果很少出現(xiàn)足以提出報(bào)警的大問題。例如以下圖三中的比較。左右兩份研究的結(jié)論剛好是相反，這說明在整個(gè)過程中我們并沒有對(duì)所有關(guān)鍵因素把握和控制到位。但即使結(jié)果不一樣，測試出來的數(shù)據(jù)卻顯示他們都很好的滿足實(shí)際回流焊接中的需要。

2． 單一材料的特性分析，目前的業(yè)界能力是足夠的。所以那些無法事先得到較足夠認(rèn)證的，是個(gè)配搭問題。這配搭包括材料間、材料和工藝間的配搭。也就是說，并非每個(gè)用戶都有同樣遇到問題的幾率。而是有較高的隨機(jī)性的。這問題其實(shí)在有鉛時(shí)代已經(jīng)是常見的。我們不是常遇到某些批量出問題，或常聽到供應(yīng)商說：“我的其他客戶沒有這種問題！”的嗎？就拿上圖三的例子來說（假設(shè)兩個(gè)試驗(yàn)是可靠的，而差異是材料供應(yīng)商的差別），那使用左圖中的材料在回流焊接中的客戶，未必能發(fā)現(xiàn)其能力差。但如果是使用在波峰焊接中，則就可能是個(gè)問題了！這里的風(fēng)險(xiǎn)是需要左圖的供應(yīng)商，加上波峰焊接工藝才會(huì)出現(xiàn)的。所以不是每個(gè)用戶都會(huì)遭遇到。

3． 無鉛對(duì)與那些高質(zhì)量要求的行業(yè)來說，由于豁免條例等等，目前的壓力還不太大。例如航天、軍用產(chǎn)品行業(yè)中，無鉛環(huán)保并不是個(gè)必須品。也就是說無鉛是否可靠并不是他們急于解決的問題。雖然這些行業(yè)可能受到供應(yīng)市場的轉(zhuǎn)變而受到一些影響，但這些行業(yè)對(duì)成本本身不敏感，而SMT中的有鉛或無鉛更是其成本中微不足道的一小部分。所以估計(jì)這方面的用戶，雖然關(guān)注無鉛的發(fā)展，但短期內(nèi)也不會(huì)做出很嚴(yán)厲的要求。

4． 一些影響可能較大的，也就是對(duì)質(zhì)量要求高，而成本上也有一些壓力的，比如電信和汽車電子等。所遇到的情況是一方面可以利用豁免條例來延緩這方面的沖擊；另一方面，即使法規(guī)上要求必須采用無鉛，其競爭情況是一致的。加上目前大多數(shù)行業(yè)并沒有一套很好的市場可靠性監(jiān)控方法，而可靠性必須長時(shí)間來認(rèn)證等等，所以當(dāng)法規(guī)壓力大于用戶壓力時(shí)（不只是用戶沒有對(duì)可靠性做出嚴(yán)格可行的要求。有些用戶還可能對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)毫不知情，對(duì)遵從法規(guī)的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對(duì)可靠性方面的要求），這方面的無鉛化還是會(huì)在?可靠性被懷疑?的情況下推進(jìn)的。而在工作量和難度的壓力下，不可能有太多的企業(yè)主動(dòng)的去處理這方面的研究問題。

無鉛的焊接問題：

無鉛焊接的質(zhì)量問題，有許多模式是和錫鉛技術(shù)中一樣的。因?yàn)槠鶈栴}，我在本文中就不多加解釋。我們只看看無鉛技術(shù)中較特有的問題。這些問題，一般都是因?yàn)槿齻€(gè)因素所造成：1。高溫焊接環(huán)境；2。錫Sn的特性；以及3。替代鉛的其他金屬或合金特性。

我們先來看看高溫帶來的問題。首先受到影響的，是器件封裝的耐熱問題。在無鉛技術(shù)的推薦焊接溫度上（245 – 255℃），溫度比起以往SnPb的最高約235℃高出了20度。這對(duì)以往器件只保證承受240℃來說，肯定是存在損壞風(fēng)險(xiǎn)的。而像BGA一類器件的使用，其本身封裝在焊接中的溫度就高過焊點(diǎn)溫度。加上其?較冷?熱特性的焊點(diǎn)，當(dāng)滿足BGA的焊接條件時(shí)，容易使到同一PCBA上的其他小熱容量器件的溫度高出許多，這又進(jìn)一步加強(qiáng)了熱損壞的風(fēng)險(xiǎn)。所以業(yè)界一些機(jī)構(gòu)如IPC等建議所有定為無鉛合格的器件，必須要能承受的起數(shù)次通過峰值溫度高達(dá)260℃的最低要求（注四）。不過這里要提醒的，是這是器件供應(yīng)商用來測試的標(biāo)準(zhǔn)。和實(shí)際應(yīng)用中有一定的不同。由于實(shí)際PCBA上存在熱容量及對(duì)流條件的不同，我們是可能很難同時(shí)滿足焊點(diǎn)的焊接溫度需求以及封裝的耐熱需求的。就如以上提到的BGA例子，當(dāng)BGA底部的中間焊點(diǎn)達(dá)到255℃時(shí)，BGA的封裝是很可能超過260℃的。對(duì)于較厚的BGA封裝，標(biāo)準(zhǔn)中還允許其保證在較低的溫度（如245，250℃，注四）。這在實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)問題。

高溫度帶來的問題，還有以下各種故障：

§ PCB變形和變色 § PCB分層 § PCB通孔斷裂

§ 器件吸潮破壞（例如爆米花效應(yīng)）§ 焊劑殘留物清除困難

§ 氧化程度提高以及連帶的故障（如氣孔、收錫等）§ 立碑

§ 焊點(diǎn)共面性問題（虛焊或開焊）§ 焊點(diǎn)殘留的內(nèi)應(yīng)力 以上的各種故障，其處理方法和有鉛技術(shù)并沒有太大的不同。主要是程度上要做得更到位，并對(duì)技術(shù)整合管理的要求更高。

除了高溫問題，無鉛還帶來了以下已經(jīng)為業(yè)界發(fā)現(xiàn)的特有問題。

焊點(diǎn)的剝離（Lifted Pad）：

這類故障現(xiàn)象多出現(xiàn)在通孔波峰焊接工藝中，但也在回流工藝中出現(xiàn)過。現(xiàn)象是焊點(diǎn)和焊盤之間出現(xiàn)斷層而剝離（圖四）。這現(xiàn)象的主要原因是無鉛合金的溫度膨脹系數(shù)和基板之間出現(xiàn)很大差別，導(dǎo)致在焊點(diǎn)固化的時(shí)候在剝離部份有太大的應(yīng)力而使他們分開。一些焊料合金的非共晶性也是造成這種現(xiàn)象的原因之一。所以處理這問題主要有兩個(gè)主要做法，一是選擇適當(dāng)?shù)暮噶虾辖?，另一是控制冷卻的速度，使焊點(diǎn)盡快固化形成較強(qiáng)的結(jié)合力。除了這方法外，我們還可以通過設(shè)計(jì)來減少應(yīng)力的幅度，也就是將通孔的銅環(huán)面積減小。日本有一個(gè)流行的做法，是使用SMD焊盤設(shè)計(jì)。也就是通過綠油阻焊層來限制銅環(huán)的面積。但這種做法有兩個(gè)不理想的地方。一是較輕微的剝離不容易看出；二是SMD焊盤在綠油和焊盤界面的焊點(diǎn)形成，從壽命的角度上來看是屬于不理想的（注五）。

有些剝離現(xiàn)象出現(xiàn)在焊點(diǎn)上（圖五），稱為裂痕或撕裂（Tearing）。這問題如果在波峰通孔焊點(diǎn)上出現(xiàn)，在業(yè)界有些供應(yīng)商認(rèn)為是可以接受的。主要因?yàn)橥椎馁|(zhì)量關(guān)鍵部位不在這地方。但如果出現(xiàn)在回流焊點(diǎn)上，應(yīng)該算是質(zhì)量隱憂問題，除非程度十分?。愃破鸢櫦y）。

鉛污染問題：

由于鉛的加入對(duì)錫的特性影響很大，當(dāng)我們把鉛除去后，在焊接過程中如果有鉛的出現(xiàn)，將會(huì)對(duì)焊點(diǎn)的特性和質(zhì)量造成影響。很不幸的是不良的影響。這現(xiàn)象我們稱之為?鉛污染?。而由于從有鉛到無鉛的切換并非瞬時(shí)間的，所以在過渡期間我們很可能會(huì)同時(shí)存在有鉛和無鉛的材料（尤其是器件焊端材料）。所以我們必須了解和掌握鉛對(duì)無鉛焊點(diǎn)的影響。鉛的出現(xiàn)或鉛污染可能對(duì)焊點(diǎn)造成以下的兩種影響： 1． 熔點(diǎn)溫度的降低（程度看鉛的含量而定）； 2． 焊點(diǎn)壽命的損失（這方面十分敏感）；

至于在焊接性和工藝性上則影響不多。因?yàn)橐话沣U的成分不會(huì)很多，不足以在工藝上造成影響。

鉛對(duì)熔點(diǎn)溫度的影響相當(dāng)敏感，例如對(duì)常用的Sn3.5Ag焊料來說，1%的鉛的出現(xiàn)就能使其熔點(diǎn)從221℃下降到179℃；而在目前建議給波峰焊接使用的Sn0.7Cu來說，1%的鉛也使其熔點(diǎn)從227℃下降到183℃。

目前發(fā)現(xiàn)對(duì)鉛污染最敏感的是含有Bi的合金。當(dāng)Pb和Bi在一起出現(xiàn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熔點(diǎn)只有96℃的IMC，大大降低焊點(diǎn)的壽命。業(yè)界曾作過一些試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)含0.5%的鉛（注六）會(huì)使Sn3.5Ag3Bi焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度下降原來的60%；而其疲勞壽命也下降了32%左右（注七）。鉛對(duì)不含Bi的焊點(diǎn)也有很大的破壞。例如在Sn1.5Ag3.1Cu合金中，0.5%的鉛會(huì)使壽命減少到?jīng)]有污染的43%左右。不過關(guān)鍵是，其他不含Bi的合金壽命一般比SnPb高出一定的程度。所以即使在受到鉛污染的破壞后，其壽命仍然合格，即相當(dāng)或過于SnPb焊點(diǎn)。比如Sn1.5Ag3.1Cu焊點(diǎn)在0.5%鉛污染的情況下，其疲勞壽命仍然有SnPb焊點(diǎn)的2倍。所以一般認(rèn)為，只要不含Bi，鉛污染的問題不會(huì)太嚴(yán)重。但這里我做個(gè)提醒，未必所有可用的無鉛合金都已經(jīng)過認(rèn)證。所以用戶必須確保本身采用的焊料合金對(duì)鉛污染的敏感性。和您的供應(yīng)商探討這問題是重要的。

‘克氏空孔’（Kirkendall Voids，注八）：

這是一種固態(tài)金屬界面間金屬原子移動(dòng)造成的空孔現(xiàn)象。由美國克肯多先生于1939年發(fā)現(xiàn)并以其姓氏命名。在無鉛技術(shù)中，由于一般焊料的Sn含量比傳統(tǒng)的Sn37Pb高很多，而Sn和其他金屬如Au，Ag和Cu等很容易出現(xiàn)這種克氏空孔現(xiàn)象（圖六）。所以在無鉛中算是一種較新的故障模式。

圖六顯示在銅焊盤和錫焊點(diǎn)之間存在Cu6Sn5的IMC層。而在Cu和Cu6Sn5的界面，由于Cu進(jìn)入Sn的速度快，會(huì)造成一些無法填補(bǔ)的空孔（圖中黑色部份）。這就是克氏空孔了。

克氏空孔的形成速度和溫度有很大的關(guān)系，溫度越高增長越快。這是因?yàn)楦邷卦黾恿嗽踊顒?dòng)能量的關(guān)系。所以要預(yù)防克氏空孔的危害，必須在材料和溫度上著手。一般Au，Ag和Cu是最容易和Sn間出現(xiàn)克氏空孔的。用戶必須在這方面給于小心處理。例如用于高溫的焊點(diǎn)（注九），其界面材料選擇就應(yīng)該避開使用Au，Ag或Cu直接和高Sn含量的焊點(diǎn)接觸。比如使用Ni層隔離等方法。而在工藝中，例如使用Ni/Au鍍層的，就必須確保其鍍層厚度和工藝參數(shù)（焊接溫度和時(shí)間）配合，使Au能夠完全的溶蝕并和Ni間形成IMC。這問題容易出現(xiàn)在較冷的BGA底部。

OSP鍍層由于在焊點(diǎn)形成后Cu和高Sn含量的焊點(diǎn)直接接觸，所以對(duì)與高溫應(yīng)用并不是很理想。

金屬須（Whisker）問題：

在含鉛技術(shù)中，金屬須（圖六）的問題并不被大多數(shù)人重視。因?yàn)榇蠹s>3%的鉛能夠很好的阻止金屬須的生長。但其實(shí)金屬須問題在含鉛技術(shù)中已經(jīng)存在。在航天和軍用設(shè)備上已經(jīng)有遭受其危害的事例。如今當(dāng)我們?cè)跓o鉛技術(shù)中將鉛去除后，絕大多數(shù)的合金都屬于高Sn含量，甚至有100%Sn在器件和PCB焊盤鍍層上的應(yīng)用被看好的。Sn是一種較容易出現(xiàn)金屬須的金屬。所以金屬須問題在無鉛技術(shù)中就成了個(gè)較熱門的話題和研究對(duì)象了。

金屬須并不需要環(huán)境條件來助長。目前業(yè)界對(duì)其原理還沒有下定論，但一般較相信是因?yàn)閮?nèi)層Sn的應(yīng)力所引起的。金屬須沒有固定的形狀（圖七），針形的一般可長到數(shù)十微米或更長（曾發(fā)現(xiàn)近10mm的）。也沒有明確的生長時(shí)間，有數(shù)天到數(shù)年的巨大變化范圍。

業(yè)界目前在金屬須課題上面對(duì)的問題，是還沒有人真正了解其機(jī)理和控制方法。雖然經(jīng)過多年的研究，人們已經(jīng)整理出好些有用的經(jīng)驗(yàn)，但卻還不能確定該如何預(yù)防或控制金屬須。比如亞光錫（Matte Sn）的使用，雖然是目前被推薦的主要方法之一，但業(yè)界也曾發(fā)現(xiàn)過在亞光錫上出現(xiàn)的金屬須。這說明這技術(shù)還不是絕對(duì)可靠的。由于了解的不到位，目前業(yè)界也沒有一套被認(rèn)可試驗(yàn)的方法。這也增加了對(duì)其研究的困難。

通過各方的研究以及業(yè)界的經(jīng)驗(yàn)，整理出較被認(rèn)可的論點(diǎn)可以總結(jié)如下： 在影響金屬須生長的因素方面有：

§ 金屬種類和合金成分 § 金屬鍍層的厚度 § 鍍層表層的微晶結(jié)構(gòu)

§ 鍍層的電鍍工藝（電鍍液配方和電鍍參數(shù)）§ 庫存溫度（發(fā)現(xiàn)在10℃以下增長較快）§ Sn中的碳和有機(jī)物含量 § 機(jī)械應(yīng)力（內(nèi)部和外加）

在處理或預(yù)防方法上，有用的經(jīng)驗(yàn)有： § 使用亞光錫，目前還推出據(jù)說更好的鍛光錫工藝 § 使用較厚的Sn鍍層

§ 對(duì)已經(jīng)電鍍好的Sn面進(jìn)行浸錫加工

§ 在Sn中加入其他金屬（例如Bi，Sb，Cu等）

§ 在Sn的鍍層和基材間加上另外一層不同金屬（比如鎳），改變其IMC界面的金屬遷移特性

§ 電鍍后煅燒退火 § 三防噴涂

§ 減少PCBA安裝時(shí)的機(jī)械力（例如螺絲孔造成的扭曲力等）

以上方法在一定程度上有效，但還不足于給人們完全放心。目前在這課題上的狀況是“風(fēng)險(xiǎn)不算大，但隨機(jī)性強(qiáng)，還需要不斷摸索研究！”

錫瘟問題：

錫瘟是錫在低溫下改變其微晶結(jié)構(gòu)相位所造成的一種現(xiàn)象。錫瘟在形成時(shí)的體積增長約26%，性質(zhì)很脆，稱粉狀，所以對(duì)焊點(diǎn)會(huì)造成可靠性問題。形成時(shí)出現(xiàn)像疙瘩狀的表面（圖八）。錫瘟有一定的延遲生長時(shí)間，可能達(dá)數(shù)年之久。但一旦開始形成就會(huì)快速的蔓延。錫瘟一般在低于13.2℃以下開始形成，約在-30幾度時(shí)形成速度最快。

錫瘟現(xiàn)象曾被發(fā)現(xiàn)在SnCu，SnZn，和SnAg合金中，表示無鉛材料可能具有這方面的風(fēng)險(xiǎn)。Sn中的Al和Zn雜質(zhì)也會(huì)助長錫瘟。在有鉛技術(shù)中，錫瘟不是個(gè)關(guān)注的問題，因?yàn)镻b可以阻止錫瘟的形成。我們也發(fā)現(xiàn)兩種較Pb還能阻止錫瘟的金屬，就是Bi和Sb。少量的（0.2-0.5%）的Bi或Sb能夠預(yù)防錫瘟。所以這是個(gè)推薦的方法。

雖然我們對(duì)錫瘟的現(xiàn)象和原理已經(jīng)有較好的了解。但在SMT無鉛技術(shù)中，錫瘟并不是一個(gè)重點(diǎn)研究的對(duì)象。這可能是由于錫瘟不像金屬須問題，它在電子業(yè)中并沒有具體的破壞事例。在70年代，當(dāng)時(shí)器件的鍍層是以純Sn為主，也就是最敏感的。但也沒有報(bào)告說受到錫瘟問題的破壞。所以，錫瘟的目前狀況，也是屬于一個(gè)有擔(dān)心但非急于解決的問題。

后語：

從電子業(yè)開始談無鉛技術(shù)到現(xiàn)在，已經(jīng)有超過15個(gè)年頭了。但對(duì)無鉛的可靠性研究和把握的角度來評(píng)估的話，我們還只是開始入門。研究、觀察經(jīng)驗(yàn)雖然有一定的量，不過因?yàn)榧夹g(shù)的復(fù)雜和變數(shù)眾多，使我們還不敢斷然說無鉛已經(jīng)是具備高可靠性的技術(shù)了。

雖然如此，這些不確定性并不會(huì)真正影響我們的推進(jìn)以及可能在明年中的較全面采用無鉛技術(shù)。因?yàn)槲覀冊(cè)谛×垦芯亢蛻?yīng)用中，也沒有看到較大的風(fēng)險(xiǎn)。無鉛的目前問題較多出現(xiàn)在表面上，也就是加工工藝上。按一貫的做法，我們業(yè)界也許不會(huì)很深的去注意產(chǎn)品的壽命問題。在確保產(chǎn)品壽命的工作上，我們普遍的問題不只是在監(jiān)督系統(tǒng)上缺乏，知識(shí)和能力也缺乏。另一方面，占電子業(yè)最大一部份的許多消費(fèi)電子類產(chǎn)品，都是走向功能快速更新和低價(jià)格的趨勢，這也驅(qū)使業(yè)界無需，也無能力太關(guān)心產(chǎn)品的壽命。所受到影響的，是為數(shù)較少的一些行業(yè)。而這些行業(yè)目前也因?yàn)榛砻獾葪l件使他們沒有受到太大的壓力。

我們?cè)谫|(zhì)量研究的工作上，不論是方法上、數(shù)量上、或是協(xié)調(diào)上，似乎跟不上無鉛技術(shù)的發(fā)展要求。但除非有越來越多的企業(yè)，真正以質(zhì)量來作為競爭手段（光喊口號(hào)不算?。?，不然在可靠性的研究工作，雖然還會(huì)持續(xù)下去，但估計(jì)不會(huì)有革新的局勢出現(xiàn)。將來的發(fā)展，我想還是個(gè)商務(wù)和技術(shù)之間的平衡問題。而我們從以往人類的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)中，大略也可以想象局勢會(huì)朝那邊走。反正無鉛的推行在電子業(yè)中已經(jīng)鬧了大笑話，人們?yōu)榱似渌康?，也不想承認(rèn)和改變它的發(fā)展。只要大家還有的爭飯吃，我想其他的也不會(huì)太去關(guān)心了。

這系列有關(guān)無鉛技術(shù)的文章，我摘要的和讀者們分享了無鉛的發(fā)展、無鉛材料（包括焊料、器件、PCB）、無鉛工藝以及本期的可靠性方面的經(jīng)驗(yàn)。系列文章也接近尾聲了。我將展延一期，和你們分享許多人比對(duì)可靠性更關(guān)心的課題。就是生產(chǎn)工藝在無鉛技術(shù)中優(yōu)化方面的知識(shí)。

技術(shù)兼管理顧問 薛競成

2005年10月

---------注一：這類產(chǎn)品也稱為0℃ / 100℃ 產(chǎn)品。指的是其應(yīng)用溫度和研究范圍。注二：這類產(chǎn)品也稱為-55℃ / 125℃ 產(chǎn)品。

注三：本研究是統(tǒng)計(jì)各個(gè)大也就機(jī)構(gòu)和企業(yè)中，無鉛和有鉛的技術(shù)資料數(shù)量以及統(tǒng)計(jì)實(shí)際工作時(shí)間比例。

注四：IPC/JEDEC標(biāo)準(zhǔn)J-STD-020C中有清楚的限制建議。

注五：SMD焊盤由于其不可潤濕的綠油覆蓋在焊盤上，這部份不容易形成很好焊接面，而在使用中會(huì)由于曲翹等造成的應(yīng)力而開始產(chǎn)生斷裂。不過使用在通孔波峰焊接中，由于焊點(diǎn)的結(jié)構(gòu)上，這部份的應(yīng)力不大，也非關(guān)鍵部份，所以一般認(rèn)為可以接受。注六：0.5%的鉛含量，是一般焊點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中可能從器件焊端鍍層中得到的污染量?？赡芪廴镜某潭?，具分析約是0.2%-0.5%。

注七：SnAgBi焊點(diǎn)的壽命和SnPb相當(dāng)，但一旦出現(xiàn)鉛污染，其壽命就會(huì)大大低于SnPb焊點(diǎn)。

注八：齊氏空孔是美國Ernest Kirkendall先生于1939年發(fā)現(xiàn)的一種物理現(xiàn)象。所以以其命名為Kirkendall空孔。

注九：高溫應(yīng)用的焊點(diǎn)，指那些通過高電流容易發(fā)熱的點(diǎn)。或是器件本身是高功率操作，而通過焊點(diǎn)散熱的設(shè)計(jì)。

第三篇：手工無鉛焊接過程控制分析

手工無鉛焊接過程控制分析

由于很多公司開始面對(duì)無鉛焊接的工藝挑戰(zhàn)，手工焊接以及相關(guān)技術(shù)已經(jīng)被認(rèn)為是制造中的關(guān)鍵因素，需要更過的研究與發(fā)展。

手工焊接一般發(fā)生在生產(chǎn)線的末端，這時(shí)的PCB板已經(jīng)具有很高的內(nèi)在價(jià)值，所以手工焊接的過程控制是否正確對(duì)生產(chǎn)率與成本的高低有重要的影響。焊錫絲 過程控制

現(xiàn)在許多生產(chǎn)商對(duì)衡量手工焊接質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)主要靠檢查烙鐵頭的溫度。隨著無鉛焊接溫度比傳統(tǒng)焊接溫度的提高，焊接熔點(diǎn)的提高，需要一種更為全面的衡量標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。

IPC 要求在一個(gè)固定時(shí)間段，手工焊接根據(jù)經(jīng)驗(yàn)要達(dá)到最佳的焊點(diǎn)連接溫度。它不是強(qiáng)調(diào)絕對(duì)的焊接溫度，而是強(qiáng)調(diào)焊點(diǎn)的熱交換效率。

諸如烙鐵頭的形狀尺寸，焊接時(shí)的功率輸出與焊接的時(shí)間長短都對(duì)焊點(diǎn)的熱交換效率有影響，所以這些因素在檢測，控制與分析無鉛焊接過程時(shí)都應(yīng)該考慮進(jìn)去。

手工焊接過程可以分為以下幾步：

(A)烙鐵頭應(yīng)該清理干凈，上錫，選擇合適的形狀以保持和焊點(diǎn)/焊盤最大的接觸面積。

(B)烙鐵頭與焊點(diǎn)的接觸點(diǎn)的溫度應(yīng)該在焊錫絲熔點(diǎn)以上40℃ 保持2-5秒，在此期間助焊劑產(chǎn)生作用并揮發(fā)，焊錫絲熔化。

(C)焊錫絲熔化以后，開始覆蓋焊點(diǎn)焊盤與通孔。

(D)烙鐵頭離開焊點(diǎn)，熔化的焊錫凝固。

焊接處的溫度

對(duì)任何手工焊接過程，焊接點(diǎn)形成的正確溫度對(duì)于形成優(yōu)質(zhì)的焊點(diǎn)都是至關(guān)重要的，通過檢查焊接點(diǎn)金屬層的厚度與內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)可以清楚地分析出焊接中傳遞給焊點(diǎn)的熱量是否正確。

焊接表面可以反映出焊點(diǎn)焊盤在電路板上形成是否良好。

控制焊點(diǎn)處金屬層厚度對(duì)于形成可靠的連接是很重要的。焊點(diǎn)內(nèi)部金屬形成速率與焊接溫度與焊接時(shí)間有關(guān)。如果烙鐵提供的熱量過大，會(huì)增大焊點(diǎn)金屬層的體積，從而導(dǎo)致焊點(diǎn)產(chǎn)生易脆的缺陷。提供的熱量過小，會(huì)使焊點(diǎn)熔化不足

第四篇：焊接技術(shù)

焊接：指通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達(dá)到結(jié)合的一種方法。通過焊接材料不僅建立了永久聯(lián)系，并且在微觀上建立了組織之間的內(nèi)在聯(lián)系。

熔焊：焊接過程中將焊件街頭加熱至熔化狀態(tài)不加壓完成焊接的方法。壓焊：是在焊接過程中，必須對(duì)焊件施加壓力（加熱或不加熱），完成焊接的方法。有兩種形式：一是將被焊金屬接觸部分加熱至塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)，然后施加一定壓力，使金屬原子間互相結(jié)合形成牢固的焊接接頭。二是不加熱，僅在被焊金屬的接觸面上施加足夠的壓力，借助壓力所引起的塑性變形，使原子間相互接近而獲得牢固的擠壓接頭，分為冷壓焊，爆炸焊。

釬焊：是采用比母材熔點(diǎn)低的釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用表面張力的吸附作用，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散形成一個(gè)接頭。有烙鐵釬焊，火焰焊。

焊條：是涂有藥皮的供焊條電弧焊用的焊接材料，由焊芯和藥皮組成。焊芯作用：傳到焊接電流產(chǎn)生電弧，把電能轉(zhuǎn)換成熱能；焊芯本身熔化做填充金屬與熔化母材金屬熔合形成焊縫。

藥皮作用：機(jī)械保護(hù)作用；冶金處理滲合作用；改善焊接工藝性能。按熔渣特性分類：

酸性焊條：熔渣以酸性氧化物為主。優(yōu)點(diǎn)是工藝性能好，容易引弧，電弧穩(wěn)定，飛濺小，脫渣性好，焊縫形成美觀，對(duì)過年關(guān)鍵的銹油燈污物不敏感，焊接時(shí)產(chǎn)生的有害氣體少，可交直流兩用，適合全位置焊接。缺點(diǎn)：焊縫的金屬力學(xué)性能和抗裂紋性能差。

堿性焊條：熔渣以堿性氧化物和氟化物為主。優(yōu)點(diǎn)是脫氧，脫硫，脫磷，脫氫能力強(qiáng)，故力學(xué)性能和抗裂性能比酸性焊條好。焊縫中含氫量低，故也稱低氫韓型焊條。適用于合金鋼和重要碳鋼結(jié)構(gòu)焊接。缺點(diǎn)是工藝性能差，對(duì)油銹及水燈敏感，容易產(chǎn)生氣孔。堿性焊條350-400℃烘干一小時(shí)。焊條電弧焊：是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法，是熔化焊最基本的一種焊接方法。

原理：焊接時(shí)將焊條與焊件之間接觸短路引燃電弧，電弧的高溫將焊條與焊件局部熔化，熔化了的焊芯以容滴的形式督導(dǎo)局部熔化的焊件表面，熔合一起形成熔池。藥皮熔化過程中產(chǎn)生的氣體和液態(tài)熔渣不僅起著保護(hù)液體金屬的作用，而且熔化了的焊芯、焊件發(fā)生一系列冶金反應(yīng)，保證了形成焊縫的性能。

特點(diǎn)：工藝靈活，適應(yīng)性強(qiáng)；應(yīng)用廣泛、質(zhì)量易于控制；設(shè)備簡單、成本低廉。

弧焊電源外特性有：下降；平；上升。焊條電弧焊采用陡降外特性電源原因：焊接回路中，弧焊電源與電弧構(gòu)成供電用電系統(tǒng)。為了保證焊接電弧穩(wěn)定燃燒和焊接參數(shù)穩(wěn)定，電源外特性曲線與電弧靜特性曲線必須相交。因?yàn)樵诮裹c(diǎn)，電源供給的電壓和電流與電弧燃燒所需要的電壓和電流相等，電弧才能燃燒。由于焊條電弧焊電弧靜特性曲線的工作段在平特區(qū)，所以只有下降外特性曲線才有與其焦點(diǎn)。當(dāng)弧長變化相同時(shí)，陡降外特性曲線引起的電流偏差小于緩降外特性引起的電流偏差，有利于焊接參數(shù)穩(wěn)定。

焊接工藝參數(shù)：是指焊接時(shí)為保證焊接質(zhì)量而選定的物理量，主要有：焊條直徑、焊接電源、電弧電壓、焊接速度、焊接層數(shù)。

一、焊接直徑：

1、焊件的厚度：厚度大的焊件選用直徑大的焊條。反之。

2、焊縫位置：厚度相同條件下，平焊縫焊條直徑比其他大一些，最大不超過5mm，仰焊、橫焊最大直徑不超過4mm，這可造成較小熔池，減少熔化金屬下淌。

3、焊接層次：多層時(shí)，第一層焊道采用直徑較小的焊條焊接，以后各層可根據(jù)焊件厚度選用較大直徑焊條。

4、接頭形式：搭接接頭、T形頭不存在焊透問題，選用較大焊條直徑提高生產(chǎn)率。

二、焊接電流：是焊條電弧焊最重要工藝參數(shù)。決定電流強(qiáng)度因素：焊條直徑、焊縫位置、焊條類型、焊接層次。

1、焊條直徑：Ib=（35~55）dIb焊接電流A；d 焊條直徑，mm。

2、焊縫位置：平焊縫用較大電流。立焊橫焊焊接電流比平焊小10%-15%，仰焊比平焊小15-20%。

3、焊條類型：堿性焊條比酸性焊條小10-15%，否則容易產(chǎn)生氣孔。不銹鋼焊條比碳鋼小15-20%

4、焊接層次：焊接打底層，特別單面焊雙面行程是，為保證質(zhì)量常用較小電流；填充層為提高效率，保證熔合良好，使用較大電流；蓋面層時(shí)，為防止咬邊和保證焊縫形成，使用電流比填充層稍小。

判斷選擇電流是否合適：

看飛濺：電流過大可見較大顆粒鐵水向熔池飛濺，爆裂聲大；電流過小，熔渣鐵水不易分清?？春缚p形成：電流過大焊縫厚度大、焊縫余高低、兩側(cè)易產(chǎn)生咬邊；電流過小，焊縫窄而高、焊縫厚度小、兩側(cè)與母材金屬熔合不好；電流適中焊縫兩側(cè)與母材熔合好，呈圓滑過渡。看焊條熔化狀態(tài)：電流過大，焊條熔化大半根時(shí)，其余部分均發(fā)紅；電流過小，電弧燃燒不穩(wěn)定，易粘在焊件上。

三、電弧電壓

焊條電弧焊電弧電壓主要由電弧長度決定，電弧長，電弧電壓高；反之。

四、焊接層數(shù)：打底3.2 其他4

氣焊與氣割：是利用氣體火焰作為熱源，進(jìn)行金屬材料的焊接或切割的加工工藝方法。

氣割采用氧氣與乙炔燃燒產(chǎn)生的氣體火焰——氧-乙炔焰。

混合比例不同分為：碳化、中性、氧化焰氧乙比例：~1.1~1.2~

最紅碳化焰，最短氧化焰，中性焰用于低碳鋼，合金鋼，紫銅。

氣焊：利用氣體火焰作為熱源的一種熔焊方法。常用氧乙炔焊。

原理：先將焊件的焊接處金屬加熱到熔化狀態(tài)形成熔池，并不斷熔化焊絲向熔池中填充，隨著焊接過程進(jìn)行，熔化盡速冷卻形成焊縫。

特點(diǎn)：設(shè)備簡單、操作方便、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)。

缺點(diǎn)：火焰溫度低、加熱分散、熱影響區(qū)寬、罕見變形大和過熱嚴(yán)重。用于：焊接薄板、小直徑薄壁管、鑄鐵、有色金屬、低熔點(diǎn)金屬及硬質(zhì)合金。

氣焊設(shè)備工具：氧氣瓶（40L,150at，15MPa，藍(lán)色），乙炔瓶（白色），液態(tài)石油氣瓶、減壓器、焊炬。

氣焊工藝參數(shù)：焊絲型號(hào)、牌號(hào)及直徑、氣焊熔劑、火焰性質(zhì)及能率、焊炬的傾斜角度、接頭形式?；鹧嫘再|(zhì)及能率：

性質(zhì)：中性焰用于一般低碳鋼和要求焊接過程對(duì)熔化金屬不滲碳的金屬材料；碳化焰只使用含碳高的高碳鋼、鑄鐵、音質(zhì)合金及高速鋼；氧化焰很少使用，黃銅。能率：根據(jù)每小時(shí)可燃?xì)怏w（乙炔）的消耗量決定（L/h），盡量選取較大能率調(diào)高生產(chǎn)率。焊炬傾斜角度：主要取決于焊件厚度和木材的熔點(diǎn)及導(dǎo)熱性。焊件越厚、導(dǎo)熱性及熔點(diǎn)越高，采用傾斜角打，可使火焰熱量集中；反之。

氣割：利用氣體火焰能量將金屬分離的一種加工方法，是生產(chǎn)中剛才分離重要手段。

原理：利用氣體火焰（中性焰）熱能，將工件切割出預(yù)熱到燃燒溫度后，噴出高速切割氧流，使其燃燒并放出熱量實(shí)現(xiàn)切割的方法。預(yù)熱-燃燒-吹渣。本質(zhì)是燃燒，不是熔化。條件：（低碳鋼）金屬在氧氣中燃點(diǎn)低于熔點(diǎn)；氣割時(shí)形成氧化物的熔點(diǎn)低于金屬本身的熔點(diǎn)；金屬燃燒應(yīng)該是放熱反應(yīng)，且金屬導(dǎo)熱性?。唤饘僦凶璧K氣割過程和提高鋼的可淬性雜志要少。

氣割工藝參數(shù)：

1、氣割氧壓力：割件越厚，要求氧壓力越大。過大浪費(fèi)，而且割口粗糙，割縫大。過小不能吹除熔渣，割縫背部很難清除的掛渣，甚至割不透。

2、氣割速度，越厚越慢。速度太慢割縫邊緣熔化；太快，產(chǎn)生很大后拖量或割不穿。

3、預(yù)熱火焰能率：根據(jù)割件厚度選擇，越厚越大。過大會(huì)使割縫產(chǎn)生連續(xù)朱狀鋼粒，甚至熔化成圓角，割件背面粘渣增多。能率過小，速度變慢，甚至氣割過程困難。

4、割嘴與割件的傾斜角：割嘴與割件傾斜角直接影響氣割速度和后拖量。

5、割嘴離工件表面距離：根據(jù)預(yù)熱火焰長度和割件厚度決定，一般3-5mm。割件厚度小于20mm火焰可長些，距離可適當(dāng)加大；厚度大于等于20mm，反之。

焊接缺陷：是指焊接接頭中的不連續(xù)性、不均勻性以及其他不健全的缺陷，特質(zhì)那些不符合設(shè)計(jì)或工藝要求，或具體焊接產(chǎn)品使用性能要求的焊接缺陷。

根據(jù)位置不同分為：外部缺陷、內(nèi)部缺陷。

根據(jù)產(chǎn)生原因分為：構(gòu)造缺陷、工藝缺陷、冶金缺陷。

熱裂紋：結(jié)晶裂紋和液化裂紋。特征：產(chǎn)生的溫度和時(shí)間，一般產(chǎn)生子啊焊縫的結(jié)晶過程中，在焊縫金屬凝固后的冷卻過程中還可能繼續(xù)發(fā)展。產(chǎn)生部位，絕大多數(shù)產(chǎn)生在焊縫金屬中，有縱向，橫向，發(fā)生在弧坑中的往往呈星狀。外觀特征，鋸齒狀，氧化色。金相結(jié)構(gòu)上的特征，都發(fā)生在晶界上。

產(chǎn)生原因：

1、晶間存在液態(tài)薄膜，雜志或FeS-Fe形成低熔點(diǎn)共晶物（998℃）在寒風(fēng)金屬降溫時(shí)積聚在晶界形成液態(tài)薄膜。

2、節(jié)投中存在拉應(yīng)力，焊縫金屬結(jié)晶過程中產(chǎn)生拉應(yīng)力。冷裂紋：是焊接接頭冷卻到較低溫度下產(chǎn)生的裂紋。

特征：產(chǎn)生的溫度和時(shí)間，約200-300℃一下，可能焊接后立即出現(xiàn)，也可能延遲幾小時(shí)，幾周甚至更長的時(shí)間后產(chǎn)生，故又稱延遲裂紋。產(chǎn)生部位，大多產(chǎn)生在母材或母材與焊縫交界的熔合線上。外觀特征，多數(shù)是縱向裂紋，也可能有橫向裂紋，在接頭金屬表面的冷裂紋斷面上沒有明顯氧化色，所以裂口發(fā)亮。金相結(jié)構(gòu)上的特征，一般為穿晶裂紋，少數(shù)情況下可能沿晶界發(fā)展。

咬邊：焊接過程中沿焊趾的母材部位產(chǎn)生的溝槽或凹陷即為咬邊。

危害：使母材金屬的有效截面減小，減弱了焊接接頭的強(qiáng)度，同事咬邊處容易引起應(yīng)力集中，承載后有可能在咬邊處產(chǎn)生裂紋甚至引起結(jié)構(gòu)破壞。原因：操作工藝不當(dāng)、操作規(guī)范選擇不正確，茹焊接電流過大、電弧過長、焊條角度不當(dāng)。

防治措施：正確選擇焊接電源、電壓和焊接速度，掌握正確的焊條角度和電弧長度。

未融合：是指焊接時(shí)焊道與母材之間或焊道與焊道之間未完全熔化結(jié)合的部分；或指點(diǎn)焊時(shí)母材與母材之間未完全熔化結(jié)合的部分。

防止氣孔產(chǎn)生：

1、清除焊絲、工件破口及其附近表面油污，鐵銹，水分和雜物。

2、踐行焊條對(duì)H2，CO敏感，在使用踐行焊條要徹底烘干，直流犯戒是氫氣孔最少。

3、焊前預(yù)熱，減緩冷卻速度。

4、電流不宜過大，焊接速度不宜過快。

堿性焊條對(duì)氣孔敏感原因：堿性熔渣中FeO活度比較大，熔渣中FeO稍有增加，寒風(fēng)中的FeO就明顯增多。此外堿性焊條對(duì)水分也很敏感，因?yàn)檫@類焊條熔池脫氧比較完全，不具有CO氣泡沸騰而排除氫氣的能力，榮池中一旦溶解了氫就很難排除。

第五篇：焊接技術(shù)

焊接技術(shù)

焊接和元器件裝配是電子、電氣產(chǎn)品生產(chǎn)中的重要技術(shù)和工藝。它在電子、電氣產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。焊接和裝配質(zhì)量的好壞，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。作為在生產(chǎn)一線從事電氣技術(shù)的工程技術(shù)人員，不但要掌握焊接和裝配工藝的基本知識(shí)．更需要有熟練的焊接和裝配的操作技能。

一、電烙鐵

1電烙鐵的種類

(1)外熱式電烙鐵

它由烙鐵頭、烙鐵心、外殼、木柄、電源引線、插頭等部分組成。這種電烙鐵的烙鐵頭安裝在烙鐵心內(nèi)．故稱為外熱式電烙鐵。烙鐵的溫度與烙鐵頭的體積、形狀、長短等均有一定關(guān)系。若烙鐵頭的體積較大．保持溫度的時(shí)間就較長。

(2)內(nèi)熱式電烙鐵

它是由手柄、連接桿、彈簧夾、烙鐵心、烙鐵頭組成。因它的烙鐵心安裝在烙鐵頭內(nèi)，故稱為內(nèi)熱式電烙鐵。這種烙鐵有發(fā)熱快、熱利用率高等優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)熱式電烙鐵常用規(guī)格為20W、50W等幾種。

(3)其他電烙鐵

①恒溫電烙鐵。在焊接溫度不宜過高、焊接時(shí)間不宜過長的元器件時(shí)，應(yīng)選用恒溫電烙鐵，但它價(jià)格較高。

②吸錫電烙鐵。吸錫電烙鐵是將活塞式吸錫器與電烙鐵溶于一體的拆焊工具，它具有使用方便、靈活、適用范圍寬等特點(diǎn)。不足之處是每次只能對(duì)一個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行拆焊。

2．電烙鐵的使用方法

(1)電烙鐵的握法

為了使焊接牢靠．又不會(huì)燙傷被焊的元器件及導(dǎo)線，根據(jù)被焊件的位置和大小及電烙鐵的類型、功率大小，適當(dāng)選擇電烙鐵的握法很重要。電烙鐵的握法分為三種

①反握法。是用五指把電烙鐵的手柄握在掌內(nèi)，此法適用于大功率電烙鐵，焊接散熱量較大的被焊件。

②正握法。此法適用于較大的電烙鐵。彎形烙鐵頭的一般也用此法。3握筆法。用握筆的方法握電烙鐵，此法適用于小功率電烙鐵，焊接散熱量○

小的被焊件，如焊接收音機(jī)、電視機(jī)的印制電路板及其維修等。

(2)電烙鐵使用前的處理

一把新的電烙鐵必須先處理，后使用。即在使用前先通電．給烙鐵頭“上錫”。具體方法是，首先用銼刀把烙鐵頭按需要銼成一定的形狀。然后接上電源，當(dāng)烙鐵頭溫度升到能熔錫時(shí)，將烙鐵頭在松香上沾涂一下，等松香冒煙后再沾涂一層焊錫，如此反復(fù)進(jìn)行二至三次，使烙鐵頭的表面全部掛上一層錫便可使用了。

(3)烙鐵頭長度的調(diào)整

電烙鐵的功率選定后，已基本能滿足焊接溫度的要求。工作中還可通過調(diào)整烙鐵頭的長度來調(diào)整烙鐵頭的溫度，烙鐵頭往前調(diào)整溫度降低，向后調(diào)整則溫度升高。

(4)烙鐵頭的選擇

烙鐵頭有直頭和彎頭兩種。當(dāng)采用握筆法時(shí)，直頭的電烙鐵使用起來較靈活，適合元器件較多的電路中進(jìn)行焊接。彎頭電烙鐵用正握法較合適，多用于線路板垂直于桌面情況下的焊接。

(5)其他使用注意事項(xiàng)

①電烙鐵不宜長時(shí)間通電而不使用，這樣容易使烙鐵心加速氧化而燒斷．縮短使用壽命，同時(shí)也會(huì)使烙鐵頭因長時(shí)間加熱而氧化，甚至被“燒死’’不再“吃錫’’。

②電烙鐵在焊接時(shí)，最好選用松香焊劑，以保護(hù)烙鐵頭不被腐蝕。氧化鋅和酸性焊劑對(duì)烙鐵頭腐蝕性較大，使烙鐵頭壽命縮短，故不宜采用。

二、焊料、焊劑

1．焊料

(1)焊料的種類

焊料是指易熔的金屬及其合金。它的作用是將被焊物連接在一起。焊料的熔點(diǎn)比被焊物熔點(diǎn)低。且易于與被焊物連為一體。

焊料按其組成成分．可分為錫鉛焊料、銀焊料、銅焊料。按照使用環(huán)境

溫度不同可分為高溫焊料和低溫焊料。錫鉛焊料中，根據(jù)熔點(diǎn)不同分為硬焊料和軟焊料；熔點(diǎn)在450"C以下的稱為軟焊料，熔點(diǎn)在450'C以上的稱為硬焊料?？寡趸噶鲜窃阱a鉛焊料中加入少量的活性金屬，在形成液體焊料進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)線上進(jìn)行波峰焊時(shí)使用，防止焊料暴露在大氣中形成氧化層從而防止虛焊，提高焊接質(zhì)量。

(2)電子產(chǎn)品焊料的選用

焊料的選用，直接影響焊接質(zhì)量。應(yīng)根據(jù)被焊物的不同，選用不同焊料。在電子線路裝配中，一般選用錫鉛焊料，這種焊料俗稱焊錫，它有以下優(yōu)點(diǎn)： ①熔點(diǎn)低.它在180℃時(shí)便可熔化,使用25W外熱式或20W內(nèi)熱式的電烙鐵便

2具有一定機(jī)械強(qiáng)度。③具有良好導(dǎo)電性。④抗腐蝕性能好?？蛇M(jìn)行焊接?！?/p>

⑤對(duì)元器件引線及其他導(dǎo)線附著力強(qiáng)，不易脫落。

2助焊劑

(1)助焊劑的作用

在進(jìn)行焊接時(shí)，為使被焊物與焊料焊接牢靠，要求金屬表面無氧化物和雜質(zhì)，以保證焊錫與被焊物的金屬表面固體結(jié)晶組織之間發(fā)生合金反應(yīng)。因此焊接開始前，必須采取有效措施除去氧化物和雜質(zhì)。常用的方法有機(jī)械法和化學(xué)法。機(jī)械法是用砂紙或刀子將其清除。化學(xué)法是用助焊劑清除。用助焊劑清除具有不損壞被焊物和效率高的特點(diǎn)，因此焊接時(shí)一般都采用此法。

(2)助焊劑的種類

①無機(jī)助焊劑系列。其最大優(yōu)點(diǎn)是助焊作用好，缺點(diǎn)是具有強(qiáng)烈的腐蝕性。②有機(jī)系列助焊劑。其優(yōu)點(diǎn)是助焊性能好，不足之處是有一定的腐蝕性。③樹脂活性系列助焊劑。這一類型助焊劑中，最常用的是在松香焊劑中加入活性劑。松香是從各種松樹分泌出來的汁液中提取的，通過蒸餾法加工成固態(tài)松香。松香是一種天然產(chǎn)物，它的成分與產(chǎn)地有關(guān)。松香酒精焊劑是用無水酒精溶解松香配制而成的。一般松香占23％～30％。這種助焊劑的優(yōu)點(diǎn)是無腐蝕性、高絕緣性能、長期的穩(wěn)定性及耐濕性，焊接后易于清洗，并能形成薄膜層覆蓋焊點(diǎn)，使焊點(diǎn)不被氧化腐蝕。電子線路的焊接通常采用松香或松香酒精焊劑。

三、焊接工藝。

裝接電路的主要工作是在電路板上焊接電子元器件，焊接質(zhì)量的好壞直接影響著電路的性能，因此，掌握焊接工藝對(duì)于保證焊接質(zhì)量，具有重要意義。

1．對(duì)焊點(diǎn)的基本要求

(1)焊點(diǎn)要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

(2)焊接可靠，具有良好的導(dǎo)電性。

(3)焊點(diǎn)表面要光滑、清潔。

2．焊前準(zhǔn)備

(1)工具。電烙鐵、鑷子、剪刀、斜口鉗、尖嘴鉗、焊料、焊劑等

(2)元器件引線的處理。焊前要將被焊元器件引線刮凈，最好先掛錫再焊。

(3)絕緣導(dǎo)線端頭加工。①按所需長度截?cái)鄬?dǎo)線。②按導(dǎo)線蓮接方式(搭焊、鉤焊、繞焊連接)決定剝頭長度并剝頭。③多般導(dǎo)線捻頭處理，然后上錫。

3．焊接要領(lǐng)

(1)扶穩(wěn)不晃，上錫適量。

(2)掌握好焊接溫度和時(shí)間。

4．焊接順序

元器件裝焊順序依次為：電阻器、電容器、二極管、三極管、集成電路、大功率管，其他元器件為先小后大。

四、焊接質(zhì)量的檢查

焊接是把組成整機(jī)產(chǎn)品的各種元器件可靠地連接在一起的主要方法．它的質(zhì)量與整機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量緊密相關(guān)。每個(gè)焊點(diǎn)的質(zhì)量，都影響著整機(jī)的穩(wěn)定性，使用的可靠性及電氣性能。

1．目視檢查

日視檢查就是從外觀上檢查焊接質(zhì)量是否合格．也就是從外觀上評(píng)價(jià)焊點(diǎn)有何缺陷。目視檢查的主要內(nèi)容有：

(1)是否有漏焊．即應(yīng)焊的焊點(diǎn)是否沒有焊上；

(2)焊點(diǎn)的光澤好否；

(3)焊點(diǎn)的焊料是否足夠；

(4)焊點(diǎn)周圍是否殘留焊劑；

(5)有無連焊、橋接，即焊接時(shí)把不應(yīng)連接的焊點(diǎn)或銅錆導(dǎo)線連接接在一起。

2．手觸檢查

手觸檢查主要是指用手指觸摸元器件時(shí)，有無松動(dòng)和焊接不牢的現(xiàn)象。用鑷子夾住元器件引線輕輕拉動(dòng)，看有無松動(dòng)現(xiàn)象。搖動(dòng)焊點(diǎn)時(shí)．看上面的焊錫是否有脫落現(xiàn)象。