无铅焊接：控制与改进工艺

国际，比如瑞士，氮气价格大约为$0.81/m3。相对劳动力是非常合算的。

　　最好，一台炉应该可以在空气和氮气中运行。基于成本的理由，应该避免惰性气体。但是，对于诸如较小与更复杂的设计，应该要有转向氮气的能力。

　　对于氮气没有所谓一般性的说法。每一个工艺都有其自己特有的问题与挑战。在以可能较高的工艺温度实施无铅焊接之后，必须回顾一下氮气的表现与必要性。在一个较长的生产时期后，可以在评估有关空气或一种惰性气体的决定。

　　波峰焊接。和锡铅焊锡一样，当焊锡在液体状态和高温时无铅焊锡氧化十分迅速。如果不在惰性焊接机中，在表面的氧化皮去掉之后，在波峰上很快会形成新的氧化物。锡渣中含有由氧化皮发展的焊锡金属单元。对于无铅焊锡，波上的氧化物可能更容易肉眼看到。

　　氧化物更容易看到有几个原因。首先，在无铅焊锡中的锡含量比在锡铅中更高。到目前为止，在焊锡表面上最常见的氧化物是锡氧化物，氧化锡(SnO)和SnO2。其次，温度比在锡铅焊接中更高。较高的温度造成更多的氧化，造成更多的锡渣。

　　锡渣的数量可以减少。某些波峰焊接机装有一种轴向密封，消除在泵轴上形成的锡渣。其它锡渣是在波峰上形成。通过减少波的下落高度，锡渣的数量将会更少。下落高度是在波峰上溢出的焊锡到锡面的距离。

　　氮气的使用也将提供一些优点。氮气是成本有效的，锡渣的数量可以减少。因为氧化物只是锡渣中的一小部分，锡渣应该压缩，从氧化单元中部分地分离出焊锡金属。

　　能量消耗

　　回流焊接炉

　　回流焊接工艺要求许多能量将印刷电路板(PCB)加热，之后，更多的能量需要冷却板。无铅焊接要求不同的温度曲线，因此，不同的能量消耗。

　　在一个试验中，我们将无铅工艺的能量消耗与传统的SnPb比较(表二)。使用一个数据记录仪，温度曲线逐步显示在工艺期间装配的时间温度特性。图一中显示SnAgCu的线性温度曲线。在加热曲线之下的区域有需要用来加热装配的能量有关部门。

　　在另一个试验中，我们使用一台专门回流炉和一个典型的板装配来设定温度曲线。为了决定功率的消耗，我们在机器上安装一个测量设备。每个工艺的功率消耗记录在表三。

　　图二显示在一班制工艺期间的一台回流炉的功率消耗。SnPb曲线与线性的SnAgCu曲线比较。从线性的曲线，我们了解到液化以上的长时间造成金属间化合物增长的增加，在对可靠性不是所希望的，并且对功率消耗有大的影响。SnAg曲线具有高峰值温度设定，要求许多能量来维持设定点。

　　波峰焊接

　　在波峰焊接工艺中，由于较高的熔点和工艺温度，有两个区域将会显示能量消耗的增加。第一个增加是在装配的预热。如果我们将免洗助焊剂应用和无VOC的水基工艺比较，我们将发现在能量消耗上的增加最高达到25%，由于较高的预热温度。

　　其次，因为焊接温度较高，锡锅需要更多的能量。如果我们将一种280°C的极高焊接温度与250°C的正常的SnPb温度比较，我们发现列于表四的数据。

　　图三显示在一班制生产工艺期间的一个专门锡锅的功率消耗。图四显示类似的锡锅在两班制生产工艺期间的功率消耗。

　　运作成本

　　产出

　　一般，无铅波峰焊接工艺要求较长的接触时间，以达到焊锡的良好湿润。如果必要，机器可以安装一个不同波形形成器。如果还没有达到适当的湿润，那么传送带速度必须减少。可是，减少传送带速度可能造成较低的产出。

　　修理 - 失效率

　　焊接点看上去不同，显示不同的形状。从我们在无铅实施中所看到的，缺陷数量没有增加。尽管如此，诸如焊脚提起的新缺陷确有发生。迄今，可靠性测试没有显示由于焊脚提起的较低的品质，因此这些焊点不需要修理。对于修理工作，烙铁嘴的氧化物增加也会发生。

　　维护

　　由于无铅焊接的维护增加应该不是所希望的。无VOC的水基助焊剂可能甚至减少维护时间和间隔，与免洗助焊剂相比。

　　对于回流焊接，一个好的助焊剂管理系统将减少维护成本。新的锡膏将有不同的助焊剂，将在较高的温度下蒸发其它残留物，但是不会造成维护间隔或时间的增加。

　　工艺改进

　　在实施之后，工艺必须持续地控制、改进和重新设计，以节约成本和具有竞争性。因此，工程师和所有那些负责无铅工艺的人都应该知道新的材料、工艺和机器更新将在不远的未来引入。

　　新的材料

　　虽然一些公司已经无铅焊接了两年多，但是对其合金的选择应该作一些评述。

如果板的材料中不出现铜，例如铜焊盘上有机可焊性保护涂层(OSP)，那么停留在合金，特别是SnAg，的规格界限内是非常困难