無鉛焊錫的對策
日本優(yōu)尼公司 李澤民
隨著產品小型化，高密度裝基板、微細間距部品、多層基板開發(fā)的急速發(fā)展，伴隨著錫絲的無鉛化、錫焊接變得更困難了，因此必須重新研究焊接方法。在SMT再焊的附加焊接工程及局部焊接的領域，微細化程度高且多種多樣的手工焊與機器人的無鉛錫焊接技術的在確立也成了當務之急。
日本優(yōu)尼公司通過反復進行各種實驗，再加上生產現(xiàn)場的實際經驗，對無鉛焊錫中的問題以及進行了深入的研究。
采用無鉛錫絲容易出現(xiàn)的問題及原因
焊接溫度的上升與錫球、助焊劑的飛濺
往高溫的烙鐵頭上供給含助焊劑的錫絲（以后簡稱：錫絲），則錫絲中的助焊劑會因受熱膨脹而破裂，
造成錫絲飛濺。而且錫絲中所含助焊劑會因為溫度的升高而導致其活性降低。
提高烙鐵頭溫度，烙鐵頭溫度和錫絲（室溫）溫差就變得更大，對錫絲的熱沖擊也更大，錫絲和助焊劑飛濺就越厲害。
漏焊、短接
由于無鉛錫絲浸潤性、延展性差，一般條件焊接時，尤其對多層板通孔的焊接容易形成漏焊、短接。
表1 無鉛錫絲與傳統(tǒng)錫鉛焊絲的比較
無鉛錫絲 傳統(tǒng)錫鉛焊絲
拉伸強度 大體相同 大休相同
比重 7.4 8.4
浸潤性、延展性 變差
溶點 217～219℃ 183℃
烙鐵頭壽命 縮短約為錫鉛錫絲的1/3
光澤 沒有光澤 表面帶有銀色的光澤
烙鐵頭氧化及助焊劑碳化
焊接作業(yè)中氧化物及助焊劑的碳化物等會附在烙鐵頭上。在機器人連續(xù)運行的情況下，尤其是烙鐵頭吃錫面的氧化會造成焊接的不良。通過能量分散型X線來分析烙鐵頭前端附著物的成分，我們發(fā)現(xiàn)，在使用共晶錫絲的烙鐵頭上，附著物中碳C的含量比錫Sｎ多，這些碳是錫絲中的助焊劑被碳化后析離出來的。與之相反，在使用無鉛錫絲時，附著物中錫Sｎ的含量比碳C多。而這些錫是從無鉛錫絲中含量為96%的錫在受熱被氧化成氧化錫中析離出來的。烙鐵頭消耗的過程，實際上是對烙鐵頭壽命起決定作用的鍍鐵層從開始形成錫的反應層，反應層逐漸變厚，直至崩潰消失的過程。通過實驗發(fā)現(xiàn)經過1小時就已形成反應層；經過4小時后反應層成長了不少。16小時后，與4小時和9小時相比，反應層的厚度明顯變厚。
烙鐵頭和錫槽壽命短
根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)，使用無鉛錫絲時，5000次后吃錫面被侵蝕導致烙鐵頭發(fā)生變形；到10000次后，烙鐵頭上就出現(xiàn)了空洞。與使用共晶錫絲的情況相比，其消耗快了2～3倍。其次，在往烙鐵頭定量送錫的同時進行清洗的連續(xù)作業(yè)中，測定了吃錫面厚度的變化量。通過比較得知：使用無鉛錫絲時吃錫面的消耗量，是使用共晶錫絲時的2～3倍。同時，烙鐵頭溫度越高消耗也就越劇烈。因此，烙鐵頭壽命當然短。同樣的道理，錫槽壽命也變短。
對周邊部件的熱影響
對于無鉛化，由于溫度提高，擔心的是對周邊部件的熱影響。今后，耐熱材料、零件的開發(fā)也會不斷發(fā)展，但是仍然會存在一些沒有進行耐熱處理或很難進行耐熱處理的部件。
無鉛焊錫的對策
錫球、助焊劑等飛濺
通過加熱錫絲從面減輕熱沖擊的預熱方法。雖然有把錫絲送入V形開槽的方法，但是在使用無鉛錫絲時錫絲會迅速硬化，而且烙鐵頭與送錫部件相接觸，烙鐵頭的熱量就會被奪走而造成溫度下降。故可通過加熱錫絲從而減輕熱沖擊的預熱方法，大量減少錫球、助焊劑等的飛濺。
開發(fā)用于焊接機器人的含助焊劑的錫絲，即使在高溫下也不會失去活性力，比用于手工焊的錫絲在一定程度更具有耐熱性。
漏焊、短接等的對策
氮氣作業(yè)氛圍的焊接，通過使焊接氛圍處于低氧狀態(tài)、有抑制母材及錫絲的氧化從而提高錫焊接品質的效果而被廣泛采用。不管是焊接機器人還是手工焊，通過利用氮氣都達到了以下幾個效果。其一，焊點的光澤及切面變好，減少漏焊及短接等不良。其二，利用氮氣可以減少助焊劑的殘渣。焊接機器人加工時通常使用含助焊劑的錫絲，為了確保焊接品質，助焊劑的含有量通常為2%～3%。多層基板等中不易滲透的通孔也可能使用含6%的助焊劑的錫絲。在品質上，希望焊接后的助焊劑殘渣盡可能少?；ㄟ^使用氮氣可以使烙鐵壽命延長2倍左右。這是因為在氮氣作業(yè)氛圍可以抑制烙鐵頭吃錫面的氧化。
防止烙鐵頭氧化及助焊劑碳化
使用傳統(tǒng)的錫鉛錫絲的時候，烙鐵頭上的附著物主要是助焊劑的碳化物，這些碳經物用海棉或吹氣等通常的清洗方法即可除去。而無鉛錫絲時，烙鐵頭上的殘留物主要是錫的氧化物。在此狀態(tài)下，錫絲無法溶化，熱量就無法到焊接物上，事實上也就無法進行焊接，只能使用氧化鋁粉末或者特殊的助焊來除去。
提高烙鐵頭和錫槽壽命
1. 不要一味地提升溫度，在適宜溫度下進行焊接。選擇最適合的烙鐵。不需要把無鉛錫線溶點的上升幅度（與錫鉛錫線相比）全盤轉移到烙鐵頭上。問題的關鍵不在于溫度的高低，而在于要能夠以最快的速度傳給焊點所需的熱量。是否擁有加熱焊接物所需的足夠熱量、烙鐵頭的形狀是否與焊接物相符成為解決問題的重點。
2. 使用長壽命的烙鐵頭，烙鐵鍍鐵的厚度和品質很重要。
3. 在短時間內完成焊接作業(yè)。要達到此要求，烙鐵的性能很關鍵。要求烙鐵頭具有快速傳熱短，時間內完成焊接作業(yè)的性能。
4. 在休息時間等不進行焊接作業(yè)時烙鐵頭溫度能夠自動下降。
5. 作業(yè)結束時，清洗后往烙鐵頭添上預留錫絲，盡快關閉電源。
6． 錫絲的預熱，焊接物的預熱。先加熱錫絲到100℃左右再進行焊接作業(yè)。由此提高了無鉛錫絲初期溶化的速度和錫絲的浸潤性，從而可以相對降低烙鐵頭的設定溫度，另外還具有抑制錫球、助焊劑飛散的效果。同時，對焊接中也成為一種常用的方法。
7． 在氮氣氛圍中進行焊接。既可改善錫絲浸潤性的效果，又能抑制氧化。同時具有預熱效果。
對周邊部件的熱影響
可以使用配有標準CCD顯示器的激光焊接系統(tǒng)，能夠滿足多種多樣的需求。最小集光徑為Φ0.2ｍｍ，根據(jù)同軸光學觀測可以得到正確的位置，同時還配有保護光學系統(tǒng)免受助焊劑等污染的機構
