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yfee 发表于 2006-10-17 14:47:00

[分享]无铅及RoHS执行——来自前沿的问题 2

新年伊始，随着工程师们努力执行RoHS指令、无铅焊接和WEEE，无铅相关的活动大量涌现。RoHS和WEEE指令不会消失，事实上，RoHS的势头更猛，而对WEEE的解释及其对向欧洲供应产品的装配商所意味的涵义正让许多人头痛。本文同以往的出版文章一样对客户提出的某些问题进行了编撰。随着2006年的临近，Kester将为您提供更多的该类问题及其简答。由于每个问题的答案均可进行延伸，因此仅提供梗概。若您需要补充信息请立即联系Kester寻求更多帮助。当然请等待来自客户的更多有关过渡前沿的问题答案。2006年将是振奋人心的一年，一些公司已开始发送无铅RoHS产品而其它公司却刚开始对此展开研究。以下是2006年1月和2月出现的常见问题。您将发现一些有关无铅SMT、波峰焊接和手焊的问题。其中还将包括我每周都会遇到的有关RoHS豁免和分类的两个问题。 我想我有资格获得豁免，对于无铅问题我是否高枕无忧了呢？若装配商有资格获得豁免且不准备顺应无铅焊接，从法律角度而言这也许将降低顺应该指令的紧迫性。然而，了解竞争者如何避免未来更大的营销压力始终是明智的选择。构件正转变为新成品，这正对所有人造成影响，了解这类转变及防止工艺中出现不兼容的现象至关重要。为避免突发情况应采取一切途径与供应商携手合作进行采购。例如您若正进行军用装配，为防止出现锡须问题不宜使用纯锡成品。 哪里有Rosh顺应标签？Rosh指令不要求顺应产品配有任何标签。尽管某些产品正使用RoHS准备就绪的标签，法律上对此未做要求，而且该标签现用于营销用途。2006年7月1日后，所有在豁免范围之外的产品若在欧洲出售，其将被视为符合RoHS指令的要求。 在波峰焊接机器中应该使用SAC还是锡铜焊料？两者皆可用于波峰焊接，当今从全球范围来看近50%的公司正在波峰装配中使用SAC（锡-银-铜）而近20%的公司正使用锡-铜焊料。由于锡-铜焊料不含银，其填充大型焊锡炉的成本较低，且其焊锡炉配平和完成成本将较锡-银-铜低。该时期使用锡-铜焊料的大多数装配商为消费电子制造商；SAC焊料主要用于可靠性更高的电子产品。现今装配商可获得的大多锡-铜焊料因特殊性能的需要而含有其它添加剂。某些产品含镍、铋、镓或磷。 能否在浸镀锡操作或选择性焊接系统中使用锡-铜和SAC？两种合金均可用于浸镀锡和选择性焊接系统。锡-铜焊料将比SAC需微高的温度以维持足够的润湿能力。锡-铜焊料的润湿速度比SAC焊料更慢，但其在焊接时也需要更长的接触时间。大多数情况下，添加剂用于降低无铅焊料的氧化速度。一般情况下，这些合金会产生较多的浮渣，部分原因在于其熔化温度较高。 锡-铜和SAC焊接中是否可使用同种助熔剂？选择专设计用于无铅焊接的助熔剂十分重要。若助熔剂化学成分设计适当，两种类型的助熔剂都将对其起到充分的作用。无铅设计助熔剂指那些热稳定性更强的助熔剂，与63/37相比，它对这些合金降低的润湿能力进行了补充。能否在焊锡炉中混合锡-银-铜和锡-铜合金？客户常常询问这个问题，他们起初选择了其中一种合金，但当其将视线转向另一种合金时却希望将成本保持在最低的状态。混合这两种合金不可行，这样做会生成一种含有未知物质的新无铅合金。若某装配商以其中任意一种焊料填充至焊锡炉，而后又决定使用另一种焊料，唯一的可行办法就是将焊锡炉完全清空、洗净再填充另一种无铅焊料。 焊锡炉若被铅污染，该如何去除铅成分并使其重新符合相关规格要求？虽然精炼机可通过化学或电解途径将铅含量去除，但装配商却无法将铅从焊锡炉中排除。RoHS顺应规定铅含量的最大底限为0.1%，焊锡炉一旦被铅污染，唯一的解决途径就是将其稀释或将焊锡炉清空并用纯净的焊料进行填充。稀释一般无法发挥作用，原因在于例如若1,000磅的焊锡炉中铅含量达0.15%，那么在以纯净焊料进行填充之前必须对焊锡炉一半以上的焊料进行清空。即使相当纯净的焊料铅含量也会在0.02%到0.05%之间。对进入焊锡炉的物质进行控制至关重要，不允许使用含铅焊端。避免操作员失误也很重要，尤其是在63/37和无铅的运用领域。解决途径是进行相关的培训，这将避免运营成本的增长。 为避免非蓄意性铅污染应对焊锡炉采取怎样的措施？以下为一些有益的工艺变革，其也许有助于降低成本。与无铅焊料成本或因RoHS非顺应引发的障碍所需付出的代价相比，这些变革的成本并不高。——识别无铅设备和含铅符号和标记 ——使用三角形而非矩形LF锡棒，通常为63/37 ——无铅焊渣箱可为白色；含铅焊渣箱可为红色，因为含锡量高的焊渣价值更高 ——培养采购和工艺人员在供应商用含铅和无铅识别系统方面的能力，如IPC-1066或JES-D97 ——在条件许可的情况下，使用带三角形缺口的焊锡炉盖以防止含铅棒不小心误入焊锡炉。 ——定期分析焊锡炉所含的主要成分及其铅与铁含量。焊锡炉中不断增高的铁浓度可能说明焊锡炉已不具备无铅兼容性或焊锡炉的表面防护处理已被破坏。新焊料的铁含量通常低于0.005%。 使用无铅合金时该如何降低正被焊接的零部件的浸析度？一些装配商报道了含无铅焊料构件焊端浸析加剧的问题。其原因在于含锡量高的合金溶解金属的性能确实优于含铅焊料。其适用于锡-铜和锡-银-铜焊料，降低浸析度的途径在于减少工艺中的接触时间并降低其焊接温度。对镀金属进行过度的浸析将增加反润湿的风险并导致生成更厚的金属间化合物，这有时会导致脆性破裂。 若在无铅回流中出现SMD构件焊端变色有没有问题？一些客户正不断发现使用无铅焊膏焊接后暴露的焊端会出现变色现象。构件焊端通常已镀锡，因此呈灰色，但在回流后其色泽可能会更为暗淡或光亮，其有时也呈黄色。这不一定会引发某些问题，由于锡的溶解度为221°C，因此焊端表面的镀锡将轻度熔化并溶解贱金属，从而导致其表面的变色现象；否则贱金属会发生固体扩散现象。而在某些情况下，镀金属可能浸析至某种程度从而引发反润湿现象。 减少该现象发生的途径是减少液相线上时间和/或降低峰值温度的持续时间。 无铅SMT节点表面上看似性能良好，但却未通过热循环和振动测试，原因何在呢？节点若看似完好无损且其润湿、接触角及扩展性良好并符合每项IPC标准，这通常表明节点性能是可靠的。但无铅焊接与含铅焊接在很多方面存在着差异。其不同点可概括如下。——合金性能不同且工艺温度更高 ——使用新助熔剂系统 ——润湿速度较慢且有时不及63/37完备 ——形成空洞的可能性较63/37更高 ——合金结合层变得更厚 ——镀金属上的伸展性更易变 ——使用了不同的LF构件焊端 ——板表面处理可能不同 ——交叉污染的风险更高若与63/37测试相比，无铅板显示的故障率更高，了解这些不同点有助于找到相应的解决方案。了解构件的表面处理十分重要，因为它们处于不断变化中且其在某些情况下不具备原先拥有的可焊接性，同时可能会产生浸析和半润湿现象。节点内空洞可能出现率更高，这一点应由x射线验证。该问题可能因节点的不同形状造成（其不时地阻止助熔剂和气体进入构件表层），其原因也可能在于无铅焊料（其会释放气体且熔化速度更慢）微高的表面张力。节点中通常较坚硬的易碎部分合金焊点层可能是导致该问题的另一原因，若其处于常规范围之内应通过测量加以确认。这将取决于板表面处理和构件镀金属；如铜较镍具有更优异的熔解性。由于焊接时间和焊接温度对所有金属焊接而言相当关键，因此在生产用于测试的板之前对装配制定严谨的热剖面图显得至关重要。对每个零部件的热要求须进行细致的匹配从而避免厚金属间化合物、半润湿、非润湿及焊接空隙的产生。球栅阵列封装（BGA）产品一经封装，这就更为关键，因为焊料节点的检测难度较大。在这种情况下则有必要进行x射线和内窥镜检测。这将引发一个复杂的问题，且只有在了解该工艺的所有构件后才能对此做出解答。 在使用无铅焊线时我的烙铁头逐渐炭化变黑并出现了半润湿的现象，我该如何处理？并非所有助熔剂都具有相同的性能，某些助熔剂与无铅焊料一同使用时在热状态下无法维持较高的焊接温度。OK国际集团近来制作的一部录像剪辑通过对两种焊线进行对比（称作"黑头症状"）对其做出了充分证明。"黑头症状" 一旦发生在降低热传导的过程中将给无铅手焊带来困难、缩减烙铁头的使用寿命、增加烙铁头成本及操作者的困难，同时降低烙铁头的可靠性。筛选适当的助熔剂、使用无铅烙铁头并对操作者进行无铅手焊工艺培训将弥补此类成本。避免这些现象产生的要点如下：——使用含无铅专用助熔剂的无铅焊线 ——避免使用过高的温度 ——若使用烙铁头保护膏，请用清洁的海绵擦去多余的保护膏材料 ——勿使用压力来弥补润湿不足 ——使用正确形状的烙铁头 ——使用正确的焊线直径 ——对无铅和含铅操作区进行隔离 ——识别无铅烙铁及其工作站 ——对现有和未来新雇员进行无铅培训 Peter Biocca是位于伊利诺斯州DesPlaines Kester的高级市场开发工程师。他是一位在焊接技术方面拥有24年经验的化学家。他曾在世界各地就工艺优化和装配的问题举行了演讲。他拥有八年多的无铅工作经验。在此期间他曾参与多个协会，还曾成功地帮助许多公司进行无铅执行。他是IPC、SMTA和ASM中活跃的一员。他曾在全球发表过许多技术论文。他还是一位经认证的SMT工艺工程师。

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