无铅手工焊接工艺分析

无铅手工焊接工艺分析摘要：目前电子产品生产已经基本实现无铅化，手工焊接是最基础的焊接方法，而电烙铁是手工无铅焊接的主要工具。从无铅与有铅焊料工艺窗口的比较、手工焊接工具的选择、电烙铁的操作方法、手工焊接温度曲线及其热能量传导方面对手工焊接工艺进行分析，探讨如何提高手工焊接的工艺水平。1 有铅与无铅焊料工艺窗口比较无铅焊料种类繁多，不同国家有不同的指定材料，SAC305 是我国常用的无铅焊料，即 Sn-3.0Ag-0.5Cu（Sn-Ag-Cu 系）。焊料对整个工艺的可操作性、可靠性等方面起着决定性的作用，无铅焊料与有铅焊料Sn63Pb37 相比有不同特性。图 1 中分别是锡铅焊料与无铅焊料的手工焊接工艺窗口。PCB 损坏温度区，温度为 300℃左右，焊点达到这个温度会造成 PCB焊盘损坏；元器件损坏温度区，温度为 260℃左右，焊点达到这个温度会造成元件损坏；回流焊接温度区；虚线为焊锡熔点温度；助焊剂活化区，为该区域的下半部分。从图 1 可知，Pb-Sn 焊料的回流焊接温度为 215℃-230℃，无铅回流焊接温度为 245℃-255℃左右。若以元器件损坏温度为 260℃为顶线，焊料的回流焊接温度为底线，则两线之间的温度差称为“焊接工艺窗口”。Pb-Sn 焊料的工艺窗口为 40℃左右；无铅焊料（SAC305）的工艺窗口仅为 20℃左右，显然无铅焊料工艺窗口比有铅焊料工艺窗口要窄许多，实际上，工艺窗口的缩小比理论值大。焊料的工艺窗口直接影响了焊接时工艺控制的难易程度，工艺窗口宽的焊料，在温度控制偏高时也不会使元件损坏；而工艺窗口窄的焊料，在温度控制偏高时会使元件损坏，温度控制偏低时会出现冷焊。因为无铅焊料工艺窗口比有铅焊料工艺窗口要窄许多，所以无铅焊接时工艺控制要难很多，无铅焊接过程中容易造成元件及 PCB 焊盘的损伤。此外，无铅焊料的表面张力大、流动性差，焊料的润湿性比有铅焊料差，焊接过程中易出现拉尖、短路、气孔等缺陷。2 手工焊接工具的选择工艺窗口的缩小给工艺人员带来很大的挑战，同时焊接温度的提高也对焊接工艺提出了更高的要求。手工焊接的主要工具是电烙铁，“工欲善其事，必先利其器”，要提高无铅手工焊接的工艺水平，必须要有合适的电烙铁。电烙铁要功率大、温控精度高、回温速率快，同时要注意烙铁头的配匹性以及烙铁头镀层质量。理想无铅手工焊接温度曲线如图 2 所示。进行手工无铅焊接，要掌握焊接时的三个重要温度参数：（1）无铅焊料的熔点温度。焊料熔点提高了 40℃，烙铁头...