- 重點(diǎn)講述了一些手工無鉛焊接的實(shí)際問題方案
- 使用無鉛合金制成的溶槽需要經(jīng)常進(jìn)行清潔保養(yǎng)來盡量保持使用周期
- 改善焊咀鍍層的厚度
隨著電子產(chǎn)品不斷的趨向環(huán)保化,”無鉛焊接”這個議題已經(jīng)在過去的10年被慢慢的重視起來。相對于不厭其煩地重復(fù)討論無鉛焊接的理論、優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn),我們會在這里提供一些針對手工無鉛焊接的實(shí)際問題方案。
(1)無鉛焊錫與傳統(tǒng)有鉛焊錫有何差別?
無鉛焊錫內(nèi)不含鉛,且溶點(diǎn)比傳統(tǒng)(63%錫+37%鉛)焊錫高。常用的無鉛焊錫:
- Sn-Ag (錫+銀, 96-98%錫)
- Sn-Cu (錫+銅, 96%錫)
- Sn-Ag-Cu (錫+銀+銅, 93-96%錫)
- Sn-Ag-Bi (錫+銀+鉍, 90.5-94%錫)
- Sn-Ag-Bi-Cu (錫+銀+鉍+銅, 90-94%錫)
- 63/37有鉛焊錫溶點(diǎn)為183℃,凝固點(diǎn)同樣為183℃。注:此焊錫不會出現(xiàn)膠態(tài)[從液態(tài)冷卻到固態(tài)(或相反)的溫度點(diǎn)相同]。
- 60/40有鉛焊錫溶點(diǎn)為191℃,凝固點(diǎn)為183℃。注:此焊錫有8℃范圍形成膠態(tài)[從液態(tài)冷卻到固態(tài)(或相反)所需的溫度范圍]。
- 無鉛焊錫溶點(diǎn)范圍從217℃到226℃。
以下是一些進(jìn)行無鉛焊接時(shí)所遇到的問題:
i. 高溫焊接會破壞一些電子組件,包括塑料連接器、繼電器、發(fā)光二極管、電解電容及多層陶瓷電容
ii. 高溫會使電路板彎曲,導(dǎo)致多層陶瓷電容損毀(常見損壞情況)
iii. 高溫焊接會對組件造成熱沖擊
iv. 高溫會使塑料組件溶解或變形
v. 高溫焊接會加速氧化,影響焊錫的擴(kuò)散性及潤濕性
vi. 有需要使用活性較高(腐蝕性強(qiáng))的助焊劑
vii. 要提供較多熱量及焊接較長時(shí)間才可以達(dá)到理想的焊接效果
viii. 容易產(chǎn)生錫橋及虛焊,且不易修正
ix. 容易產(chǎn)生錫球及助焊劑飛散
x. 縮短焊咀壽命
xi. 焊點(diǎn)顏色會較暗淡
xii. 操作人員會感到不適應(yīng),憂慮是否需要改變焊接模式
防止對組件造成熱沖擊
- ? 保持以往傳統(tǒng)焊錫所使用的溫度來焊接
- ? 嚴(yán)格控制焊咀溫度
- ? 使用高熱回復(fù)性的焊臺
- ? 使用大功率的焊臺
- ? 配合焊點(diǎn)大少的同時(shí),應(yīng)盡量選擇較大的焊咀進(jìn)行焊接,因焊咀越大,設(shè)定溫度可以越低,熱量流失越少
提供特別培訓(xùn)給操作人員是不必要的,但當(dāng)他們進(jìn)行無鉛焊接之前,必須要清楚了解以下幾項(xiàng)事情:
進(jìn)行無鉛焊接時(shí),焊咀必須要經(jīng)常保持清潔,原因是相比起63/37或60/40之傳統(tǒng)焊錫,無鉛焊錫是不能夠容忍雜質(zhì)污染的。
操作人員必須愿意接受焊接模式的改變,他們需要經(jīng)常清潔焊咀,而且要知道焊接時(shí)間會較使用63/37或60/40焊錫為長。
重要事項(xiàng):
雖然無鉛焊錫的溶點(diǎn)較高,但這并不代表必須要使用較高的溫度來進(jìn)行焊接。請參考問題3。
(3)由于無鉛焊錫的溶點(diǎn)較高,我們是否有必要提高白光焊臺的焊接溫度呢?
不一定需要的。提高焊接溫度有可能會造成焊接困難,因?yàn)楦邷貢铀傺趸绊懭苠a的擴(kuò)散性及潤濕性。雖然使用某些助焊劑可以有效改善焊接效果,但是會對環(huán)境造成一定的污染,我們還是應(yīng)該偏向保護(hù)環(huán)境,使用”免清洗”助焊劑的。
大多數(shù)”免清洗”助焊劑的活動時(shí)間都是很短暫的,在焊接過程中會很快進(jìn)入活動期,而焊接完畢留下的殘?jiān)粠Цg性。但進(jìn)行無鉛焊接需要較長的時(shí)間,所以在還未能完全促進(jìn)溶錫的擴(kuò)散性及潤濕性前,”免清洗”助焊劑可能已經(jīng)結(jié)束他的活動期了。
最好的解決方法是使用高熱回復(fù)性的焊臺來進(jìn)行無鉛焊接。這樣可以避免大幅提高焊接溫度的需要。
(4)應(yīng)該如何拆除無鉛焊錫?
要拆除無鉛焊錫并沒有甚么特別的要求。相比起拆除傳統(tǒng)焊錫,拆除無鉛焊錫只不過是需要較長的除錫時(shí)間而已。
拆除無鉛焊錫時(shí),應(yīng)該使用跟以往拆除傳統(tǒng)焊錫時(shí)的溫度一樣,不一定要提高,因?yàn)楦邷貢铀傺趸?,縮短吸咀壽命。
當(dāng)使用真空吸錫鎗時(shí),不單只吸咀與發(fā)熱芯需要保持穩(wěn)定的溫度,且過濾管入口同樣需要有足夠的溫度才可以避免發(fā)生焊錫堵塞的情況。白光FM-2024吸錫鎗便能夠有效避免此問題的發(fā)生。
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(5)白光FM-204吸錫鎗是否適用于拆除無鉛焊錫?
N1系列吸咀咀身較短,吸入管內(nèi)徑較闊,可增加吸入量及減少堵塞現(xiàn)象。
請緊記不單只吸咀與發(fā)熱芯需要保持穩(wěn)定的溫度,且過濾管入口同樣需要有足夠的溫度才可以避免發(fā)生焊錫堵塞的情況。
(6)應(yīng)該如何使用白光FM-204吸錫鎗?
選擇合適的吸咀使焊點(diǎn)上的焊料可以回流1-2秒。
把吸咀套在組件腳上并加熱焊點(diǎn)(這時(shí)輕輕的擺動吸咀讓熱量可以平均傳送到整個焊點(diǎn))。
當(dāng)焊料開始回流(約1-2秒)便按下FM-204的板機(jī)吸錫,焊料會立即被吸入過濾管內(nèi)。當(dāng)過濾管被焊料填滿,可拆下棄置,并更換新的。
(7)使用氮?dú)饪梢詭椭止o鉛焊接嗎?
可以。白光焊臺有提供配合氮?dú)膺\(yùn)作的焊鐵型號,氮?dú)鈺暮妇浊岸舜党鏊偷胶附犹?。由于氣壓關(guān)系,所以氮?dú)鈺蜒鯕鈴暮附犹幣砰_,形成隔離區(qū)。這樣可以有效促進(jìn)隔離區(qū)內(nèi)溶錫的擴(kuò)散性及潤濕性,焊點(diǎn)亦會因此而變得光澤。理論上,如果在焊接時(shí)有充足且穩(wěn)定的氮?dú)馓峁?,便可以有效阻隔氧氣,防止氧化?br />
此外,從焊咀前端吹出的熱氮?dú)鈱附咏M件及焊接處也有預(yù)熱的作用。
下圖表示當(dāng)焊咀前端吹出氮?dú)夂蜎]有使用氮?dú)鈺r(shí),焊咀溫度變化的比較。由此可以證明在使用熱氮?dú)獾那闆r下,如果要把焊點(diǎn)提升到相同的溫度,焊咀便能夠設(shè)定較低的溫度進(jìn)行焊接。 有些工場設(shè)有氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng),可以把氮?dú)庵苯犹峁┑矫總€工作位上。你也可以使用獨(dú)立式的氮?dú)馄炕蛸徺I一些氮?dú)猱a(chǎn)生器(如白光的FX-780氮?dú)猱a(chǎn)生器)來提供氮?dú)狻?br />
由于氮?dú)庖龑?dǎo)管是連接在焊鐵內(nèi),所以白光氮?dú)夂歌F的直徑會較大一點(diǎn)。在某些工作上,有可能會影響操作人員的使用習(xí)慣,這便需要作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。
白光FX-791氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)器可配合白光FX-780氮?dú)馍a(chǎn)器、FM-2026氮?dú)夂歌F及白光焊臺: FX-950、FX-951、FM-203、FM-204一起使用。
1. 氮?dú)饪梢愿纳茲櫇裥詥? 可以,氮?dú)獠粏沃豢梢愿纳茲櫇裥约皵U(kuò)散性,而且可以防止氧化。
2. 使用氮?dú)馐欠穹铣杀拘б? 這需要根據(jù)每個焊接工作而定,例如焊接產(chǎn)品的種類、焊接效果的要求、或工場環(huán)境的設(shè)計(jì)等。
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(8)應(yīng)用無鉛焊接后,為何焊咀壽命會大幅縮短?
現(xiàn)今市場上大多數(shù)無鉛焊錫的含錫比例都是很高的,所以我們必須要注意他們對焊咀造成的侵蝕影響。 一般焊咀結(jié)構(gòu),內(nèi)部主要由銅制成,外面會鍍上鐵(鍍鐵層),而鍍鐵層前端會鍍上錫(鍍錫層),后端則會鍍上抗氧化的鉻。由于錫和鐵同樣屬于高活動性的金屬,所以他們很容易會結(jié)合成混合金屬,特別是在高溫的狀態(tài)下。而且在焊接時(shí)所使用的助焊劑(特別是高活性的)亦是加速他們產(chǎn)生混合金屬反應(yīng)的催化劑。
混合金屬的產(chǎn)生速度會因應(yīng)不同的焊接溫度而改變。溫度越高,產(chǎn)生速度越快,特別在400℃或以上的情況下更為明顯。
進(jìn)行焊接時(shí),錫跟鐵會不斷產(chǎn)生混合反應(yīng),而由于所產(chǎn)生的混合金屬會從焊咀鍍層表面剝落,因此焊咀鍍層會逐漸被侵蝕掉,繼而錫會很快速地侵蝕焊咀內(nèi)的銅,最后會在很短時(shí)間內(nèi)造成焊咀穿洞(圖4)。 不同成份的焊錫會對焊咀有不一樣的侵蝕速度。圖5表示 錫+0.7銅 對焊咀的侵蝕速度最快,然后是 錫+3.5銀+0.75銅,錫+2銀+0.75銅+3鉍,而最后是 錫+37鉛。
相比起傳統(tǒng)的共晶焊錫(63/37焊錫),在400℃的焊接溫度下,無鉛焊錫 錫+3.5銀+0.7銅 對焊咀的侵蝕速度要快3倍,而 錫+0.7銅更加要快4倍。
除了侵蝕以外,無鉛焊接還會加速焊咀氧化。 (請參考問題16)
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(9)如何延長焊咀壽命?
以下事項(xiàng)可以有效延長焊咀壽命:
i. 盡可能使用低溫焊接 (360℃以下)
ii. 經(jīng)常以優(yōu)質(zhì)潔咀器清潔焊咀 (例如白光599B)
iii. 焊鐵放回焊鐵架前請先把焊咀上錫
iv. 如果焊鐵不使用10分鐘或以上,請關(guān)上電源
(10)白光485電焊系統(tǒng)是否與無鉛兼容?
是的。葉輪及錫槽用特別涂層處理,能抵御高溫熔融錫的侵蝕。
(11)白光96熔錫爐是否與無鉛兼容?
由于無鉛焊錫含錫成份高,白光熔錫爐必須經(jīng)過特別涂層處理才可延長熔槽壽命,故不建議使用未經(jīng)特別涂層處理的96熔錫爐于無鉛作業(yè)上。
白光FX-301B及FX-300熔錫爐備有特殊涂層熔槽,適合無鉛焊接使用。
FX-301B更加是數(shù)碼式控溫熔錫爐,針對常用之無鉛焊錫,預(yù)設(shè)四種加熱程序,適合不同種類的無鉛焊錫及傳統(tǒng)焊錫使用。
(12)白光FG-100溫度計(jì)及FG-101焊鐵測試儀是否適用于無鉛焊錫?
標(biāo)準(zhǔn)的191-211傳感器是含鉛的,所以并不適用于無鉛焊錫。但可以改用191-212傳感器,因?yàn)?91-212是不含鉛的。
(13)使用不同品牌的焊咀進(jìn)行無鉛焊接時(shí),發(fā)現(xiàn)它們的效率和壽命不一,為何白光焊咀較其它品牌耐用和好用?
白光焊咀鍍上較厚之鍍鐵(Fe)層,配合白光焊臺的強(qiáng)大回?zé)峁δ?,使焊咀更耐用,效率更高?br /> 問題: 以下是兩支不同大小的焊咀,其中一支回?zé)崴俣容^快,是A型還是B型?
答案是B型。由于B型焊咀比A型咀焊粗(銅的部份),所以B型比A型的熱容量也較大和導(dǎo)熱性較快。雖然兩支焊咀形狀一樣(尖端部份),但B型咀身比較粗,焊咀越粗,銅的部份越大,保持溫度穩(wěn)定的能力也越大。(請參考以下圖表)
(14)何時(shí)需要開始生產(chǎn)無鉛產(chǎn)品?
RoHS是歐洲議會頒布的『禁止使用有害物質(zhì)』指令,禁止在電子電氣設(shè)備中使用鉛(Pb)、鎘(Cd)、水銀(Hg)、六價(jià)鉻(CrVI)、聚溴聯(lián)苯(PBBs)和聚溴二苯醚(PBDEs)等六種有害物質(zhì)。從2006年7月1日開始,所有進(jìn)入歐洲的電器/電子產(chǎn)品必須符合該指令。
(15)白光焊咀是否與無鉛兼容?
是的。白光焊咀和吸咀都是鍍上無鉛焊錫
(16)為什么焊咀表面不能上錫?焊咀是否氧化?
- 當(dāng)焊咀長時(shí)間暴露于高溫狀態(tài),會容易產(chǎn)生錫和鐵的金屬間化合物,而且氧化迅速。所以焊鐵不使用10分鐘或以上,請關(guān)上電源。
- 焊咀是否沾滿碳化助焊劑 (碳化物及助焊劑殘?jiān)欠耩じ街冭F層)?
- 不良鍍層所含的雜質(zhì)會容易產(chǎn)生氧化物,所以應(yīng)該選擇高質(zhì)量的焊咀。
(17)進(jìn)行無鉛焊接有可能需要使用較高溫度及較高活性之助焊劑,但這樣會對焊咀造成很大的損耗。即使焊咀鍍層仍然豐富,但因?yàn)楸砻娴难趸蚯治g情況嚴(yán)重而導(dǎo)致不能繼續(xù)使用。在這樣的情況下,有甚么方法可以令焊咀重生呢? 有的。
白光FT-700焊咀清潔器是可以有效解決以上情況,令焊咀重生的工具。 白光FT-700提供方便及快捷的方法來清潔焊咀上的氧化物。只要把焊咀插入特制的不含鉛凡士林化學(xué)膏內(nèi)(a)(FT-700附帶),再使用FT-700的自動旋轉(zhuǎn)清潔刷來清潔(b),便可以有效去除焊咀上的氧化物。清潔后必需要再涂上新錫以保護(hù)焊咀鍍錫層(c)。
(18)白光吸煙系統(tǒng)是否可以吸收含鉛煙霧?
沒有此必要。焊接時(shí)所產(chǎn)生的煙霧只是助焊劑燃燒時(shí)的副產(chǎn)品,鉛在焊接溫度下是不會氣化的。
需要注意的是由于進(jìn)行無鉛焊接時(shí)有可能使用較高活性的助焊劑(但是會加速侵蝕焊咀),因此會產(chǎn)生較多的有害物質(zhì)煙霧(包括免清洗型助焊劑)。所以白光見意應(yīng)盡量在空氣流通及使用吸煙儀器的環(huán)境下進(jìn)行焊接。
(19)是否可以使用熱風(fēng)返修無鉛電路板?
可以的。但請注意返修無鉛合金需要使用較高溫度,高溫會損壞組件的塑料部份或使電路板彎曲變形,引起焊接成品的問題。由于很多組件和材料都不能承受高溫(>260℃),因此了解無鉛合金如 錫+銀 合金、錫+銅 合金的溶點(diǎn)是很重要的。
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(20)為何無鉛焊接會產(chǎn)生很多焊錫和助焊劑飛散的現(xiàn)象?
助焊劑飛散跟它的成份有關(guān)系。一般無鉛焊錫都會采用活性很高的助焊劑來改善潤濕性。這類高活性的助焊劑對高溫產(chǎn)生反應(yīng),就像在熱鍋里灑冷水的情況一樣,錫線里的助焊劑急速膨脹而導(dǎo)致飛散。一般含松香的助焊劑也會產(chǎn)生飛散,但大部份只會在高溫的情況下才會發(fā)生。而并非所有含松香助焊劑都會產(chǎn)生這現(xiàn)象,因每個生產(chǎn)商采用不同的化學(xué)配方和活化劑。不論使用那一種助焊劑,一般來說溫度越高,飛散也越多。
白光375 V-Cut 自動出錫機(jī)能夠把含助焊劑的錫線切割V形溝,防止錫線里的助焊劑因膨脹而造成飛散。這個創(chuàng)新的方法明顯能夠減少焊錫及助焊劑飛散,并同時(shí)改善焊錫的擴(kuò)散性。 (請參考以下圖表)
(21)在無鉛焊接的情況下,白光936與FX-951焊臺之功能比較如何?
白光FX-951配置的FM-2025焊鐵采用發(fā)熱芯、傳感器復(fù)合式焊咀設(shè)計(jì)。這種復(fù)合式設(shè)計(jì)比較傳統(tǒng)936焊臺配置的907/908焊鐵小巧,而且焊咀回?zé)崴俣纫泊蟠蟮氐玫教嵘?br />
以下是FM-2025(FX-951焊臺)與907及908(936焊臺) 之回?zé)崴俣缺容^。在電路板焊接位置的第 #1、#4、#7 三個焊點(diǎn)裝上溫度傳感器,分別使用FX-951、907及908進(jìn)行焊接,每3秒焊接一個焊點(diǎn),連續(xù)焊接7個點(diǎn),然后測試焊咀及焊點(diǎn)的溫度變化。(請參考下圖)
(22)從傳統(tǒng)焊接導(dǎo)入無鉛焊接,在財(cái)政方面會帶來怎樣的影響?
生產(chǎn)成本必定會上漲,也有可能會大幅提升。無鉛焊錫價(jià)格高昂,比較起傳統(tǒng)焊接,無鉛焊接便屬于高成本生產(chǎn)工業(yè)。除了需要改用對應(yīng)無鉛的電路板外,有可能還需要投資購買對應(yīng)無鉛的各種各樣設(shè)備,如回流焊爐、氮?dú)庀到y(tǒng)、氣相系統(tǒng)、波峰焊爐、溶錫爐等…。雖然現(xiàn)今生產(chǎn)工業(yè)普遍趨向于積極控制源料采購成本,但事實(shí)上,進(jìn)行環(huán)境保護(hù)是必須要付出相對的金錢來換取的。
波峰焊接
導(dǎo)入無鉛對波峰焊接的沖擊是最大的。因?yàn)?錫+銀+銅 及 錫+銅 合金是現(xiàn)今一般會使用的無鉛焊錫,而由于銅被分解后會殘留在無鉛合金當(dāng)中,所以使用無鉛合金制成的溶槽便需要經(jīng)常進(jìn)行清潔保養(yǎng)來盡量保持使用周期。
錫+鉛 焊錫所產(chǎn)生的混合金屬化合物會浮于溶槽表面,而且容易清潔。但是 錫+銅 焊錫所產(chǎn)生的混合金屬化合物卻會沈積并散布于溶槽內(nèi),影響波峰質(zhì)素。此外,溶槽的壽命周期也會因?yàn)殂~的分解物質(zhì)而大大降低。如果工場生產(chǎn)線主要屬于波峰焊接類型,那么更換溶槽的經(jīng)常性開支便會大大提高。
由此可見,隨著無鉛工藝的不繼增加,越來越多的含銅物料會被使用,結(jié)果也會帶來越來越多的銅質(zhì)分解物黏附在溶槽內(nèi),加速損耗溶槽。
另外,因?yàn)樾枰褂幂^高的溫度來進(jìn)行無鉛焊接,所以在能源消耗方面也會有所增加。有些工場可能會在能源消耗的開支上增加約25%。
手工焊接
無鉛工藝也會增加手工焊接的生產(chǎn)成本。在之前的第2、8、9和13的問題中已解釋了為何在導(dǎo)入無鉛焊接后,焊咀的使用壽命會大幅減少。
白光在針對此問題的方案下,改善了焊咀鍍層的厚度,配合白光焊臺強(qiáng)大的回?zé)峁δ埽鳂I(yè)者可以盡量使用較低的溫度來進(jìn)行無鉛焊接。這樣便能夠有效減少焊咀的損耗,延長焊咀壽命。必須注意的是進(jìn)行無鉛焊接時(shí),焊咀的壽命肯定比較進(jìn)行傳統(tǒng)有鉛焊接的差很多。
在日常的焊接工作中,作業(yè)者可以通過經(jīng)常清潔焊咀的方法來保護(hù)焊咀,延長焊咀壽命,減低生產(chǎn)成本。然而,這亦是只有作業(yè)者才可以控制的。