线路板装配中的无铅工艺应用原则

线路板装配中的无铅工艺应用原则电子装配对无铅焊料的基本要求无铅焊接装配的基本工艺包括：a.无铅PCB制造工艺；b.在焊锡膏中应用的96.5Sn/3.5Ag和95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu共晶和近似共晶合金系统；c.用于波峰焊应用的99.3Sn/0.7Cu共晶合金系统；d.用于手工焊接的99.3Sn/0.7Cu合金系统。尽管这些都是可行工艺，但具体实施起来还存在几个大问题，如原料成本仍然高于标准Sn/Pb工艺、对湿润度的限制有所增加、要求在波峰焊工艺中保持惰性空气状态(要有足量氮气)以及可能将回流焊温度升到极限温度范围(235～245℃之间)而提高了对各种元件的热性要求等等。就无铅替代物而言，现在并没有一套获得普遍认可的规范，经过与该领域众多专业人士的多次讨论，我们得出下面一些技术和应用要求：金属价格许多装配厂商都要求无铅合金的价格不能高于63Sn/37Pb，但不幸的是现有的所有无铅替代物成本都比63Sn/37Pb高出至少35%以上。在选择无铅焊条和焊锡丝时，金属成本是其中最重要的因素；而在制作焊锡膏时，由于技术成本在总体制造成本中所占比例相对较高，所以对金属的价格还不那么敏感。熔点大多数装配厂家(不是所有)都要求固相温度最小为150℃，以便满足电子设备的工作温度要求,最高液相温度则视具体应用而定。波峰焊用焊条：为了成功实施波峰焊，液相温度应低于炉温260℃。手工/机器焊接用焊锡丝：液相温度应低于烙铁头工作温度345℃。焊锡膏：液相温度应低于回流焊温度250℃。对现有许多回流焊炉而言，该温度是实用温度的极限值。许多工程师要求最高回流焊温度应低于225～230℃，然而现在没有一种可行的方案来满足这种要求。人们普遍认为合金回流焊温度越接近220℃效果越好，能避免出现较高回流焊温度是最理想不过的，因为这样能使元件的受损程度降到最低，最大限度减小对特殊元件的要求，同时还能将电路板变色和发生翘曲的程度降到最低，并避免焊盘和导线过度氧化。导电性好这是电子连接的基本要求。导热性好为了能散发热能，合金必须具备快速传热能力。较小固液共存温度范围非共晶合金会在介于液相温度和固相温度之间的某一温度范围内凝固，大多数冶金专家建议将此温度范围控制在10℃以内，以便形成良好的焊点，减少缺陷。如果合金凝固温度范围较宽，则有可能会发生焊点开裂，使设备过早损坏。招低毒摆性概合金侧及其商成分跳必须拆无毒傻，所赤以此图项要陵求将辰镉、屑铊和草汞排妄除在贪考虑板范围冠之外甘；有醉些人担也要讲求不裂能采摸用有断毒物暑质所迟提炼永的副及产品范，因职而又细将铋经排除辟在外鄙，因稳为铋兼主要袍来源心于铅潜提炼电的副耕产品丈。催具有介良好灾的可避焊性鞋在偶现有乘设备含和免片清洗值型助妥焊剂矛条件材下该桌合金药应具需备充腊分的福润湿尼度，晃能够爪与常声规免赞清洗寻焊剂旁一起炊使用崇。由右于对蚊波峰都进行沿惰性耳处理当的成繁本不舱太高摆，因渡此可佣以接楼受波竭峰焊繁加惰制性环心境的承使用厦条件执要求圣；但拆就S隐MT阵回流杨焊而录言，淹合金伴最好苦要具怨备在源空气朴下进园行回策流焊浴的能晓力，高因为外对回币流焊计炉进连行惰转性处酸理成址本较母高。尺企良好陪的物座理特疯性(霞强度揭、拉拦伸度伙、疲腾劳度种等)骂合雀金必板须能裹够提滔供6害3S荣n/蹦37歪Pb茄所能测达到辈的机勤械强太度和逮可靠区性，放而且慕不会型在通墨孔器腔件上股出现拥突起湖的角挥焊缝殊(特蚂别是铜对固牺液共掠存温轿度范害围较亡大的值合金动)。枣医生产郊可重桌复性亮/熔盾点一马致性苏电创子装悬配工喷艺是亲一种霜大批盟量制喝造工晓艺，换要求虚其重软复性焦和一卫致性裂都保龟持较蜡高的艳水平抹，如拦果某崇些合浩金的燃成分堡不能伯在大牧批量袄条件末下重午复制谈造，痕或者胁其熔台点在胃批量汪生产施时由边于成厘分变匆化而励发生朋较大拉变化健，便羊不能鱼给予两考虑化。3脂种以栗上成卵分构扒成的茂合金障往往候会发便生分奖离或萍成分街变化何，使倾得熔块点不佣能保共持稳坊定，婶合金仔的复校杂程幕度越拳高，征其发袄生变燥化的意可能扭性就撒越大进。面焊点隔外观结焊安点的两外观节应与休锡/探铅焊趁料接悄近，邻虽然毫这并裤非技举术性浊要求弊，但双却是秩接受潮和实羽施替捉代方默案的陶实际史需要养。封供货棵能力垒当变试图蚀为业析界找鸦出某锐种解尸决方泰案时扣，一连定要裳考虑神材料狐是否咸有充狡足的装供货差能力茅。从干技术坡的角持度而粪言，章铟是咏一种稼相当挂特别楚的材利料，繁但是击如果税考虑汤全球脑范围侦内铟机的供版货能早力，遮人们近很快日就会叛将它糊彻底遗排除舒在考萄虑范隶围之稍外。辽坏另外际业界潜可能匹更青影睐标飘准合躲金系流统而狂不愿雨选专隔用系般统，劈标准为合金旱的获刷取渠凳道比捏较宽役，这兄样价懒格会课比较献有竞拢争性泡，而疑专用止合金阶的供总应渠懂道则叼可能苹受到要限制使，因员此材戒料价鹊格会科大幅欣提高月。杯与铅洗的兼蚁容性岁由众于短洽期之塌内不金会立剩刻全递面转票型为驼无铅库系统弦，所胀以铅辈可能房仍会能用在蠢某些僻元件枯的端绑子或软印刷爬电路蹄板焊申盘上纱。有愚些含救铅合清金熔炭点非滑常低卷，会尽降低毅连接经的强费度，销如某植种铋尚/锡喂/铅腰合金浇的熔孙点只管有洲96斯℃傅，使见得焊肉接强竹度大辱为降另低。习穴金属呜及合债金选子择洋在各钳种候看选无颤铅合悼金中比，锡烤(S商n)植都被麻用作光基底邪金属蚂，因免为它边成本烦很低包，货辉源充贴足，偷并具续备理玉想的衣物理子特性播，如愤导电赌/导回热性睛和润桃湿性榨，同扭时它板也是与63起Sn梁/3轰7P项b合扭金的筋基底滥金属鲁。通摧常与搅锡配马合使现用的豪其它温金属灰包括遵银(模Ag突)、公铟(婚In胁)、写锌(果Zn愤)、绍锑(醒Sb隔)、说铜(络Cu营)以盆及铋仿(B南i)泽。斗之所中以选株择这蹈些材秤料是丝因为宰它们具与锡依组成澡合金阅时一夏般会步降低悉熔点歌，得左到理庭想的忧机械晒、电康气和诊热性提能。世表1中列出威了各零种金反属的漏成本限、密至度、引年生很产能曲力和赶供货身方面祥的情锯况，接另外者在考王察材贵料的宗供货千能力何时，咳将用稿量因总素加赴在一渠起作把综合鹊考虑医得出餐的结辈果会润更加担清晰雀，例鸦如现陶在电腐子业划界每毕年6插3S念n/旱37朴Pb除的消堤耗量舟在4宾.5诊万吨迫左右前，其捆中北送美地醋区用生量约搜为1侵.6页万吨幅，此并时只叶要北收美有姜3%灵的装皱配工戚厂采枕用含练铟2其0%产的锡刊/铟登无铅殊合金寸，其物铟消甩耗量巨就将霜超过乐该金苹属的般全球腔生产居能力乳。搁近5奥年来获业界梯推出需了一束系列死合金紫成分异建议仪，幷获且对坡这些召无铅卵替代喝方案尼进行过了评仗估。坏备选甜方案日总数带超过冒75秀个，稳但是言主要厉方案琴则可东以归蓬纳为娇不到取15恰个。悼面对程所有会候选屯合金录，我清们采式用一歼些技字术规某范将俗选择害缩到郊一个黑较小践的范做围内交便于点进行羞挑选叼。甚铟廉铟可包能是赵降低羽锡合已金熔猾点的禾最有胜效成尸分，益同时残它还废具有赶非常国良好风的物辫理和疯润湿摘性质揪，但海是铟带非常坡稀有河，因拐此大季规模脚应用时太过朵昂贵躲。基招于这街些原慧因，途含铟巾合金陈将被烧排除束在进茫一步宽考虑炉范围坐之外择。虽秤然铟准合金阶可能巧在某亦些特搬定场核合是诵一个隙比较山好的亲选择霸，但枯就整阶个业惜界范绢围而浮言则能不太芦合适国，另溉外差拿分扫间描热朗量测砌定也情显示技77席.2浓Sn制/需20牢In消/2嫌.8叛Ag迁合金籍的熔木点很炒低，是只有首11欲4℃震，所汁以也铅不太代适合谜某些将应用灿。宿锌至锌非谎常便蛾宜，秒几乎栗与铅争的价欣格相误同，阻并且丹随时暂可以崖得到犯，同灰时它辫在降钞低锡铺合金排的熔源点方政面也却具有铅非常悼高的真效率逮。就遥锌而送言，拔其主约要缺僵点在榜于它辣会与王氧气挂迅速茄发生跨反应魂，形蜘成稳霸定的前氧化粗物，导在波苹峰焊库过程进中，尸这种册反应早的结广果是趣产生皇大量导锡渣含，而邻更严许重的冒是所胶形成猎的稳宜定氧逗化物雀将导式致润添湿性高变得取非常蠢差。彩也许迅通过这惰性士化或终特种妨焊剂蛾配方合可以崖克服诚这些由技术所障碍纹，但旬现在蚁人们芳要求珍在更撞大的党工艺吨范围腐内对淡含锌皱方案称进行跟论证灶，因克此锌跟合金梅在今茧后考秧虑过怪程中悦也会疤被排汤除在换外。例补铋钓铋在谅降低拣锡合鼠金固三相温惜度方畅面作望用比闸较明残显，驾但对火液相踏温度厚却没需有这据样的骗效果玻，因猪此可沾能会麻造成讨较大跟的固砍液共新存温土度范喉围，功而凝抚固温甲度范箭围太皂大将迎导致新焊脚闻提升忠。铋峡具有醒非常叶好的拨润湿螺性质旱和较栋好的戴物理吩性质恰，但窄铋的肥主要覆问题凭是锡乱/铋以合金养遇到芒铅以字后其躲形成历的合赌金熔蓄点会甲比较占低，奇而在辨元件蒜引脚巷或印理刷电逐路板倘的焊魂盘上境都会书有铅穴存在贷，锡钉/铅活/铋蜡的熔瓣点只辟有坐96祸℃史，很嗓容易泽造成安焊点漫断裂治。另凳外铋碗的供饶货能侦力可狂能会诱因铅且产量恐受到真限制音而下伪降，荒因为腰现在度铋主证要还渔是从希铅的炎副产泰品中访提炼眨出来背，如颤果限匙制使位用铅迟，则肯铋的漏产量悟将会悔大大碑减少当。尽纲管我卧们也阳能通舅过直败接开式采获规取铋爱，但灵这样额成本得会比炸较高途。基体于这麦些原倾因，梢铋合断金也津被排床除在茅外。困自四种名和五犯种成作分合肆金羞由四粱种或瘦五种旱金属脏构成达的合论金为程我们离提供妄了一挡系列条合金挖成分陈组合机形式五，各本种可牺能性漠不胜唐枚举座。与烫双金浊属合扯金系菊统相科比，晕大多孟数四胶或五易金属忍合金苏可以亲大幅绿降低明固相回温度联，但苏对降欠低液忠相温部度却泻可能诊无所跟作为壤，因阁为大能部分枕四或临五金姻属合型金都粘不是形共晶虫材料山，这工意味方着在唯不同是的温堵度下便会形湾成不坑同的漆金相队形式封，其遇结果巩就是部回流紧焊温获度不胜可能肯比简让单双惠金属畜系统害所需校的低锹。管另外破一个锡问题羊是合申金成许分时预常会宅发生毛变动露，因溉此熔宽点也挡会变彻，这蚕在四兄或五闪金属糠合金庆中会裳经常已遇到饱。由丸三种胸金属应组成草的合榆金很面难在杏焊锡街膏内敏的锡地粉中硬实现邮“同规批”六和“开逐批惕”一件致，持在四树种和土五种搁金属离组成奋的合植金中尊实现妄同样商的一爪致性蜘其复叶杂和终困难邀程度徐更大县。悄所以侍多元考合金休将被玉排除播在进启一步卵考虑嚷范围爱之外雹，除馆非某疼种多残元合询金成情分具乐有比和二元屑系统硬更好斤的特葵性。敏但就没目前芝来看铸，业匀界还骨没有熄找到烘哪种爷四或佣五金恰属合瞧金比彼二元翁或三笨元替侵代方彼案更拔好(犹无论稍在成头本上帖还是鸡性能宅上)的。乖表2恒列出若一些摆主要混无铅仿替代竹方案惯，以方及最改终选鹅用或食不选娘用的激原因骗，表谈中包正括了辱单位环重量黑价格给、单柱位体兽积价涛格(窜对焊老锡膏欧而言舟单位额体积断价格汇更具农成本宰意义递)以宪及熔忽点等锅信息转，这摔些合进金按摩照其泄液相个温度拳递增哪顺序越排列拥。现羞根据马每种双焊接埋应用跨的特穴殊要骡求分洽别选嘉出合膀适的死合金观。慎先考湿虑焊算条(妇波峰即焊)摸和焊仔线(道手工援和机摘器焊辛接)稠。邻对波蹦峰焊障用焊追条的废要求镜包括获：a映.堆能在嚼最高壶26束0℃焦锡炉闹温度阀下进预行连仙续焊红接；拐b.霜焊质接缺问陷(丸漏焊扮、桥掘接等喉)少斧；c伟.赠成本绕尽可室能低列；d辛.抵不会廉产生华过多属焊渣费。屋结果泊所有裹选中荒的合皱金都前符合模波峰联焊要尚求，望但9仍9.票3S厘n/资0.酒7C蚕u和伟95匙Sn他/5絮Sb雹合金郊与其趁它替弃代方麦案相亚比能治够节踢省更摘多成叉本。纷比较灯而言炉，9法9.逝3S信n/路0.冠7C结u的今液相须温度香比S疼n/合Sb树合金聋低急13慢℃释，因矛此9窜9.盟3S劣n/慰0.洪7C扬u成静为波锐峰焊耀最佳设候选捐方案肃。燥手工筝焊用幕锡线闭的要笑求与结上面倍焊条末应用葬非常捆相似体，成朱本考奶虑仍枪然居概于优驰先地占位，皮同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