生产管理知识-关于焊接方法中无铅锡问题与对策

关于焊接方法中无铅锡问题与对策
随着产品小型化，高密度实装基板、微细间距部品、多层基板开发的急速发
展，伴随着锡丝的无铅化、锡焊接自身就变得更困难了，因此必须重新研究
焊接方法。
在 SMT、再流焊的附加焊接工程及局部焊接的领域，微细化程度高且多种
多样的手工焊与机器人的无铅锡焊接技术的确立也成了当务之急。
1 研究目的
关于无铅锡焊接，我们想就焊接机器人与手工焊的锡焊接方法中面临的问
题、具体分析其原因、从对现场有帮助务实的观点出发介绍无铅锡焊接的对
策： ①锡丝飞溅对策；②漏焊、短接等的对策；③烙铁头氧化及助焊剂碳化
的防止；④烙铁头寿命的延长；⑤对产品的热影响。
实验中使用的共晶锡丝为 UXE-21《Sn60-Pb40》、无铅锡丝为 UXE-51《Sn-
Ag3-Cu0．5》。
2 研究内容
2．1 焊接温度的上升与锡球、助焊剂的飞溅
往高温的烙铁头上供给含助焊剂的锡丝(以后简称：锡丝)，则锡丝中的助
焊剂会因受热膨胀而破裂。这造成锡丝飞溅的原因之一。众所周知，跟以前
的共晶锡丝相比，无铅锡丝的溶点高。然而，锡丝中所含有的助焊剂会因为
温度的升高而导致其活性降低的问题尚未受到重视。可以认为如果按无铅锡
丝的溶点来提高烙铁头温度，助焊剂的活性反而会降低而失去作业性。(注：
开发用于焊接机器人的含助焊剂的锡丝即使在高温下也不会失去活性力，比
用于手工焊的锡丝在一定程度更具有耐热性。)
通常，烙铁头温度多被设定在 320～340℃上下，比锡丝的溶点高 150℃左
右。此时，锡丝的温度若与室温一致视为 25℃，那么两者的温度差则为 300
℃以上。如果烙铁头温度设定为 400℃，温度差就变得更大，对锡丝的热冲
击也就更大。我们做了以下实验，把烙铁头温度分别设定为 320℃和 400℃，
往烙铁头上送同量的锡丝，观察锡球、助焊剂等飞溅程度。其结果如图 1、
图 2 所示。经观察，烙铁头温度设定为 400℃，飞溅很明显地增加。由此可知，
高温时的热冲击是造成助焊剂及锡球飞溅的原因之一。
那么，应该如何去缓和此热冲击呢?为了防止锡丝的飞溅，虽然有把锡丝送
入 V 形槽的方法，但是在使用无铅锡丝时锡丝会迅速硬化，所以不能称之为
万全。因此，下面我们介绍通过加热锡丝从而减轻热冲击的预热方法。图 3
为本公司的焊接机器人烙铁部中，通过加热器一边加热一边送锡的照片。
如图所示，在对锡丝进行预热的情况下，我们做了相同的飞溅实验。结果，
与没有对锡丝进行预热时相比，具有很明显的差别。
比较图 1 与图 4、图 2 与图 5，可发现锡球、助焊剂的飞溅大量减少了。由
此可知，对锡丝进行预热后的飞溅量比没有预热时明显减少。
另外，如果烙铁头与送锡部件相接触，烙铁头的热量就会被夺走而造成温度
下降。往烙铁头送锡，烙铁头的温度就会如图下降。(图 6)在无铅焊接情况下，