无铅手工焊面临的问题与解决技巧

1、无铅手工焊面临的问题与解决方法一、无铅焊料使用时的问题点无铅手工焊接在焊料的选择上有一定的限制，譬如 Sn-Zn 系 合金、 Sn-Bi 系合金的线体成形性较困难，且合金本身易氧化。 或者使用中与焊剂的反应存在问题。一般不采用这二种无铅焊 料。目前推荐使用的是熔点在210230 C Sn-Cu系合金和Sn-Ag-Cu 系合金焊料。众所周知，由于无铅焊料的流动性差，使焊接时的扩展性 （润 湿性）大大不如原来的 63-37 共晶焊料，其扩展性只有原来的三分 之一程度。这种性质的焊料在展开手工焊时，不仅会对应组装基板与元 件，也会体现在焊接用烙铁头部， 尽管作业中想提高一些焊接温 度，但对改善焊料的

2、扩展性作用是不大的。无铅焊料的熔点，比原来的焊料要高出20 45 C ，因此手工焊时必须提高烙铁头的温度， 通常使用的焊接温度是焊料的熔点 温度加上50 C左右较妥当。考虑到焊接用烙铁头温度会由于本 身功率及头部重量而存在差异，故温度的设定要比焊接温度高 100C左右。原来63-37共晶焊料的烙铁头温度约在 340C左右， 使用 Sn-O.7Cu 焊料时的温度约在 380C .对于手工焊接来说 ,超过 350 C以上时已作为界限温度，这种状态下的焊接可加快烙铁头 的损耗， 在超出焊剂的活性范围时易产生焊剂的碳化， 降低焊剂 的活性效果，这也会成为焊接中常见的焊剂或焊料飞溅的原因。 二、手工焊接

3、的注意点及解决方法由上所述，在采用直接加热方式进行无铅手工焊时，稍不注 意就会产生各种各样的问题。 这些问题的发生说明了正是由于无 铅焊料所具的固有特性， 使用中就容易出现不良。 我们在制定焊 接工艺时，可以抓住下面几个基本要点： 烙铁头温度的管理 焊接基板、部品等表面状态的管理 焊剂的选择、效果衡量及作用另外，要做到良好的无铅手工焊，作为重要因素的使用工具方面，以下几个要点是必须考虑的。2.1使用热恢复性能优良的烙铁在无铅手工焊场合，烙铁头的温度势必要比焊料的熔点高出2045C,考虑到被焊元件本身的耐热性和稳定地进行焊接操作，烙铁温度最好设定在 350 C360 C范围，这是为了执行良好的手

4、 工焊接而采用偏低温度的一种做法。掌握的重点有以下三项： *使用热恢复性良好的烙铁。*使用热容量大的烙铁。*烙铁头部的形状应该与被焊接部相符。图一是适合于无铅手工焊接、具良好热恢复性的912型烙铁（品种号），为了与原来性能的烙铁相比较，可以按照图二表示的温 度测定方法，对图中1、4、7三个点装上传感器，用3秒钟的时 间间隔，对7个点进行焊接，同时测定烙铁头温度的变化，测定 结果可参阅图三。912型是热恢复性好的烙铁，907、908型是原 来型号的烙铁，908比907的热容量要大。测定结果表示，在相 同烙铁头温度场合的焊接部温度，用912型连续焊接的话，焊接部温度是固定的。907型与之相比，其焊

5、接部温度会低一些，焊 接部的温度会根据功率大小，热容量差别而发生变化。 在图三也可看到，尽管907型焊接温度低一些，但也可 进行充分的焊接.图一热恢复性良好的912烙铁 定方法图二温度测W504 300和眈50'3 21- 一 -O W50O1*时间s图三烙铁焊接温度测定比较2.2选择最适合的烙铁头形状在进行无铅手工焊接操作时，合适的烙铁头形状对焊接品质 有很大的关系，也就是说在可行的焊接作业范围内，尽可能用热容量大的较粗的烙铁头，这样使焊接时头部温度稍降一些。在进行细间距表面贴装元件焊接时，可选用带小R的细型烙铁头，但使用中必须注意到焊点品质。 常用烙铁头形状可参见图 四，A、B型二

6、种，若焊接部形状与 B型头部相似时，B型烙铁 热容量大导热性好，焊接温度并不高。从图五看到，对于相同烙 头温度，焊接部温度 B型的要高出约50C, A型烙铁头因热容 量低导热性亦差。图四烙铁头形状（A型、B型）时间秒图五 由烙铁头形状的温度比较 2.3改善焊接中的氧化与润湿性能无铅焊料的扩展/润湿性差，给手工焊操作带来不适应性， 为防止漏焊、少焊或桥接的发生，可以采用带有氮气（N2）环境的手工焊接，也就是焊接中在烙铁头的周边喷出保护性的氮气。通过对焊接部位的覆盖，可起到改善焊接润湿性、防止基板氧化的 效果，这种做法在使用 Sn-Zn系焊料时是很有效果的。另外，采 用氮气保护焊接时，喷出的氮气具

7、有一定的温度，还具有对部品、 基板焊接预热的作用。图六是使用氮气焊接与没有使用氮气焊 接、烙铬头温度差的曲线表示，在焊接温度相同情况下，使用氮 气进行焊接烙铁头温度会有所下降，测定得到的温度差约为 15Co （测定条件：在纸基覆铜基板上用© 1.6 x 5m的无铅焊料丝，每3秒钟焊接一次，测定焊接时的温度变化。）时呵秒醫梓15匸图六使用氮气的手工焊效果2.4对应焊料飞溅的预防对策无铅手工焊接场合，所使用的松香型无铅焊料。会因为其温 度一下子从常温升到烙铁头温度， 这时焊料内部的焊剂会急剧膨 胀而引起焊料与焊剂的飞溅，加上焊料的熔点本身就较高， 飞溅现象就容易发生，其结果是产生焊料球或

8、造成短路。为了防止这个不良，可以在使用的焊料丝上做上V型槽，以减少焊接中焊剂的爆发现象，这样使焊剂滞留在焊料表面，有利于改善焊接的润湿性。2.5对应烙铁头使用寿命及氧化的对策烙铁头通常均采用导热性好的铜做成，为避免头部的高温氧 化和减少焊接中焊料的侵蚀，头部使用镀铁方式作为保护层。但 是进入无铅焊接时，对烙铁头的侵蚀量会增强。由应用中看到其 头部表面除了铁之外，还易与别的金属产生反应。 从而形成金属 间化合物层。从图七看到，原来使用 63-37共晶焊料，烙铁上不 会产生金属化合物，用 焊接时，就发生了铁-锡 金属间化合物。另外再从图八分析，由于烙铁头温度比原来高， 使侵蚀量增多，当超过 400

9、C领域时，这种现象更明显，这是 因温度变化加速了铁一锡金属间化合物的生成速度。在烙铁头温度400 C 2时，以原来63-37焊料作为判别基准，Sn-3.5Ag-0.7Cu 的侵蚀量约为3倍，Sn-0. 7Cu的侵蚀量将接近4倍。无铅焊接可看到另一种现象是烙铁头部表面易黑化，这种黑化 物质将降低焊接中的润湿性，并对焊接部位的加热效果有所妨 碍。这是因为焊接用的烙铁头作为加热媒体向焊接部位、焊料提供应有的热，当黑化物增加后，不仅影响对焊料的润湿，导热也 打了折扣，这是非常不利的。烙铁头黑化产生原因有下面几点： 在烙铁头的铁基体上，由焊剂碳化物，残渣等烧结而成。 由于烙铁头铁基体的暴露，因高温氧化而

10、形成。 是锡-铁金属间化合物在高温氧化后形成黑化。这说明黑化产生的原因有多种因素，也表明不合铅的焊料容 易在烙铁头表面发氧化作用。作为注意事项，下面4点在焊接操作时是必须注意的。 在不进行焊接操作时，烙铁不可长时间置于通电状态。 烙铁头温度设定超过 400 C时. 在使用低活性焊剂进行焊接作用时（例波峰焊后的修正作业 等） 在使用特殊合金组成的无铅焊料时。如熱30竹种的金厦间牝會物厚岌63 -37Sn -3.- 0. ?Cn图七 不同焊料产生金属间化合物的比较金厲牝合物图八焊料加热5小时后的金属间化合物厚度比 较2.6无铅焊烙铁的维护由前所述，无铅手工焊作业，烙铁头容易产生氧化，在高温状态 放置时