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如何正确实施无铅工艺?

来源:本站编辑    发布日期:2019-8-16    阅读次数:1156 次
由于无铅合金与传统的Sn-Pb共晶合金比较,熔点高,工艺窗口小,浸润性差,因此,工艺难度大,容易产生可靠性问题,无铅不只涉及到焊接材料(无铅合金、助焊剂)的问题,还涉及到设计、元器件、PCB、设备、工艺、可靠性、成本等方面的挑战。因此,如何顺利地从有铅产品向无铅产品转换,关键在于能否正确实施无铅工艺。
目前我国正处于从有铅向无铅焊接过渡的起步阶段,对实施无铅工艺还没有标准,国际标准也不完善,根据国内外经验,正确实施无铅工艺必须要做好以下几点:
(1)加强对上游供货商的管理,确保他们提供的原材料和元器件是符合无铅标准的。
(2)建立符合环保要求的生产线。
在实施无铅工艺之前,要根据无铅焊接的特点建立符合环保要求的无铅生产线。对生产设备、工具、生产环境进行评估;对生产线人员进行培训;然后再实施无铅工艺,这样可以少走弯路,确保无铅产品的质量和可靠性,同时还能够节省无铅化的成本。
(3)加强无铅生产物料管理。
(4)对全线人员进行培训。
(5)正确实施无铅工艺。
从产品设计开始就要考虑到符合RoHS。工艺方面包括:选择最适合无铅的组装方式及工艺流程,选择无铅焊接材料、PCB、元器件,对无铅产品的制造过程,印刷、贴片、再流焊、波峰焊、手工焊、返修、清洗、检测等所有工序均按照无铅工艺要求进行全过程控制。
(6)对无铅产品进行质量评估,确保符合RoHS与产品可靠性要求。
下面主要介绍如何正确实施无铅工艺。
1. 加强对上游供货商的管理
稳定的原材料货源与质量是保证SMT质量长期稳定和确保符合RoHS的基础。因此,供应链管理十分重要。
电子制造业的上游焊料、元器件制造商紧跟RoHS。目前,元器件已经基本上实现了无铅化。目前正处于过渡阶段,对无铅焊料来讲,涉及的供货商数量少一些,可能比较简单一些。但对元器件制造商的管理非常复杂,因为每一种电子产品需要用到大量的元器件,复杂的产品可能用到几十种至几百种不同规格型号的元器件,涉及到几十家、甚至几百家制造厂家的产品。有一些大量应用的元器件可能可以直接从制造厂采购,但有一些用量比较少的品种可能只能从“独立分销商”的现货市场去寻找和采购,而现货市场可能存在许多库存,现货市场的“独立分销商”对RoHS的认识、能否将有铅组件与无铅组件分别管理是很值得重视的。过去的实际情况是流到加工厂的元器件存在有铅、无铅混淆的案例。另外由于无铅组件的标准还没有完善,组件端头和引脚的镀层材料每个制造厂都不一样,因此很可能会发生个别组件的镀层材料与焊料合金不兼容的问题。
在这一特殊时期需要特别留意从现货市场采购的材料。把非环保器件当成环保器件混入向欧盟申报的环保产品中将可能被认为是很严重的秒速时时彩行为。一旦被欧盟查出,秒速时时彩可能面临严厉的惩罚。因此加强对上游供货商的管理非常重要。
对上游供货商管理的主要措施如下:
(1)根据采购产品的重要性,将供货商和采购产品分类。对供货商要有一套选择、评定和控制的办法,选择质量稳定、供货能力强、守信誉的合格供货商。
(2)与供货商签订责任协议整个供应链上的各方需要承担起各自的责任。
(3)要求供货商提供所供应的材料、元器件内部连接和焊端材料的成分组成,耐受的最高温度和时间、潮湿敏感度等信息,以确保从源头上控制RoHS中限制有毒有害物质的使用。
2. 无铅再流焊炉的评估
原则上,无铅与有铅的焊接设备是不兼容的,但为了充分利用现有的设备资源,我们认为对于再流焊炉来说,不能采取一概淘汰有铅再流焊炉的做法,因为一概淘汰不符合RoHS与WEEE节约资源和循环再利用的原则。应该对现有设备进行分析,做工艺试验、可靠性分析或认证,只要温度曲线和可靠性满足无铅要求,对现有的“有铅的再流焊炉”经过科学评估与严格清洗处理后是可以焊接无铅产品的。但是,一旦改作无铅焊接后,一般情况下,不建议有铅、无铅频繁交替使用,否则容易发生Pb污染。
对现有的再流焊炉评估时,一定要结合具体电子产品的复杂程度和可靠性要求进行,因为同样的回流炉,可能能够满足简单的无铅产品,对于另一种复杂的产品可能就满足不了要求,因此,评估设备前首先要评估你的无铅产品是否复杂,对升温斜率、最高温度和保温时间有初步的估计,总之,一定要结合具体产品进行评估,如果不能满足无铅焊接要求,则应采购新的无铅再流焊炉。
下面介绍如何评估现有的“有铅再流焊炉”能否做无铅工艺:
(1)评估能否满足高温要求(350℃以上);
(2)检测回流炉横截面的温差△T(应小于±2℃);
(3)评估你的无铅产品是否复杂,分析现有设备的预热区长度、加热效率能否满足无铅温度曲线的要求;
(4)尽量采用“低峰值温度曲线”,低峰值温度(230~240 )曲线接近Sn63/Pb37,在这种情况下应该可以用原来的有铅炉,如果实时峰值温度230~240 时,炉温设置在260~270就可以了,但一定要以正确的温度曲线和实际焊接质量为准;
(5)但如果你的产品比较复杂,可能需要250~260℃才能焊好,炉温需要设置在280~290,因为有铅炉最高温度一般为300,偶尔焊几次可能问题不大,但长期在上限工作会降低炉子寿命;
(6)根据组装板尺寸大小和重量,选择是否需要底部支撑,防止PCB翘曲;
(7)无铅再流焊是否需要选择充氮气(N2)保护,主要根据无铅电子产品的档次、可靠性要求、组装密度、使用的合金材料来决定。如果是航天航空、高可靠、长寿命、使用环境比较恶劣、高密度的产品应该选择充N2;由于Zn极易氧化并易形成稳定的氧化物,导致润湿性变差,如果使用Sn-Zn系焊料合金建议选择充N2,在氮气中焊接能改善润湿性;对于一般消费类产品、应用环境没有特殊要求、使用寿命2~3年以内的低附加值产品可以不考虑充N2,因为充N2的成本比较高。
评估设备后要做工艺试验,仔细调整温度曲线(一定要找出最冷点和最热点),检查焊接质量,只要能够调出温度曲线、保证焊接质量,同时能够保证不在炉子的最高极限温度下运行,就可以做无铅产品。如果有条件,特别是使用环境恶劣、高可靠、长寿命的无铅电子产品,应该做可靠性分析或认证。
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