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铅焊料与无铅焊料:成功PCB组装的战略指南

铅焊料与无铅焊料:成功PCB组装的战略指南

  • 分类:公司动态
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2024-09-10
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【概要描述】  在波峰焊或通孔焊接等工艺中使用无铅产品的决定取决于特定的设计参数和组装 PCB 的产品使用要求。无铅焊接的温度较高,因此必须仔细布局电路板并挑选元件,以防止金属分解或损坏敏感电子元件,尤其是在长时间暴露于高温的回流焊工艺中。

铅焊料与无铅焊料:成功PCB组装的战略指南

【概要描述】  在波峰焊或通孔焊接等工艺中使用无铅产品的决定取决于特定的设计参数和组装 PCB 的产品使用要求。无铅焊接的温度较高,因此必须仔细布局电路板并挑选元件,以防止金属分解或损坏敏感电子元件,尤其是在长时间暴露于高温的回流焊工艺中。

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  电子行业焊接技术的演变标志着从传统的铅基焊料向环保无铅替代品的重大转变。多年来,铅基焊接(主要使用锡铅合金)一直是行业标准,因其价格实惠和出色的物理性能而受到赞赏。然而,随着人们对与铅相关的环境和健康危害的认识不断提高,出台了严格的法规,促使人们探索和采用无铅焊接解决方案。

  本文深入探讨了印刷电路板的铅焊接和无铅焊接之间的关键比较,剖析了它们的物理、化学、环境和功能特性。从熔点到润湿性、锡须形成、成本、环境影响和寿命,我们探讨了这些焊接方法之间的选择如何显著影响电子制造。

  什么是铅基焊料

  铅基焊料是指一种以铅为主要成分的焊料合金。常见的铅基焊料配方是锡铅 (Sn-Pb) 合金,锡与铅的比例通常约为 60:40.这种特定比例通常称为共晶成分,合金具有独特的熔点,可直接从固态转变为液态,反之亦然。

  铅基焊料历来广泛应用于各个行业,尤其​​是电子制造业,因为它具有熔点相对较低(约 183°C 或 361°F)、易于使用和成本效益高等优点。它一直是在印刷电路板 (PCB) 上创建焊点以连接电阻器、电容器和集成电路等电子元件的热门选择。

  然而,由于人们越来越担心铅暴露对环境和健康造成的危害,含铅焊料的使用量多年来一直在下降。因此,全球已转向采用无铅焊料替代品,以符合旨在减少电子产品中有害物质影响的法规。

  什么是无铅焊料

  无铅焊料是指一种不含铅作为其主要成分之一的焊料合金。使用铅基焊料所带来的环境和健康问题推动了无铅焊接的转变。人们已经开发出各种无铅焊料合金来替代传统的锡铅 (Sn-Pb) 焊料,旨在保持焊点的性能和可靠性,同时消除铅的毒性作用。无铅焊料的熔点范围可能为 50 至 200 °C 或更高。无铅焊料中足够的润湿能力需要约 2% 的质量助焊剂。

  有几种无铅焊料合金可供选择,制造商可以选择适合其特定要求的合金。一些常见的无铅焊料合金包括:

  锡铋 (Sn-Bi):与其他无铅替代品相比,这种合金的熔点较低,因此适用于需要较低焊接温度的应用。

  锡银 (Sn-Ag):这种合金不含铜,是另一种流行的无铅选择。它具有良好的抗热疲劳性,广泛应用于电子制造。

  锡锌 (Sn-Zn):这种合金用于一些无铅焊料配方,提供了不使用银或铜的替代品。

  无铅焊接已成为许多行业的标准做法,尤其是电子制造业,以符合《限制有害物质指令》(RoHS)等环境法规。

  含铅焊料与无铅焊料

  铅焊料和无铅焊料是两种用于不同行业的焊料合金,特别是在电子制造中用于印刷电路板 (PCB) 组装等应用。以下是铅焊料和无铅焊料的比较。

  熔点

  铅焊料的熔点为 183°C,而无铅焊料的熔点为 217-227°C。无铅焊料解决了环境问题,但也带来了诸如熔点较高等挑战。该行业的转变反映了环境责任与技术考虑之间的平衡。无铅焊料的熔点较高,与铅合金较低的 83°C/361°F 熔点相差很大,因此更难加工。

  物理特征

  就物理特性而言,含铅焊料比无铅焊料更软,可能会影响接触电阻。尽管无铅焊料的熔点较高,但其变化和热效应较少,因此长期来看,它对于 SMD 组装而言非常可靠。然而,无铅焊料看起来没有含铅焊料那么光亮和光滑,而且其较低的润湿性引发了人们对焊点可靠性的担忧。在针对特定应用选择含铅和无铅焊料时,平衡这些因素至关重要。

  环境影响与健康

  铅的毒性是一个主要问题,因为它在焊接过程中会在生物体内累积并释放有害物质,导致呼吸问题、眼睛刺激和潜在的致癌作用。安全预防措施至关重要,例如在铅焊接过程中佩戴口罩和避免吞食。环保意识强的公司越来越多地采用无铅焊接,认识到铅的健康风险,尤其是对脆弱人群。尽管一些行业已经消除了铅,但焊料仍然是接触源,这强调了对铅排放行业工人采取健康预防措施的重要性。

  寿命

  铅焊点以坚固的金属间化合物而闻名,可能具有更好的抗热循环性。相比之下,无铅焊点更容易开裂,受较高加工温度的影响。影响寿命的因素包括温度循环、机械应力和操作环境。无铅焊料的持续进步旨在提高可靠性,缩小与铅焊料的差距。选择取决于应用要求、环境问题以及性能和可持续性之间的平衡。

  成本

  铅的价格约为每公斤 2 美元,比锡(每公斤约 30 美元)和银(每公斤超过 750 美元)便宜得多。铅的低成本有助于更经济地生产铅基焊料,随着铅百分比的增加,影响整体合金价格。

  铅焊料具有成本效益和成熟的生产工艺,与无铅焊料形成鲜明对比,无铅焊料包含更昂贵的元素,面临更高的材料成本和生产复杂性。市场动态、法规遵从性以及长期的环境和健康考虑因素导致了成本差异。原材料成本在制定业务政策方面起着关键作用,直接影响 PCB 和产品的盈利能力。

  虽然含铅焊料可能在成本上更便宜,但无铅焊料符合环境和健康法规,推动了其普及。选择取决于特定的应用需求,权衡成本效益、可持续性和法规遵从性。从制造角度来看,含铅焊料被认为更具成本效益,因为它的材料成本较低,尤其是与无铅焊料中价格更高的成分相比,因此在质量方面是合理的选择。

  含铅还是无铅:您应该使用哪一种?

  对于在限制使用含铅电子产品的国家/地区运营的制造商,使用无铅焊料是强制性要求。相比之下,业余爱好者可能会在小规模应用中选择含铅焊料,因为它们易于使用且具有成本效益。

  然而,对于商业用途,无铅焊料被认为是一种明智的选择,符合环境法规和健康考虑。尽管含铅焊料具有诸多优势,但其毒性使其使用合理性面临挑战。选择特定焊料类型的决定应考虑健康、环境安全、成本、设计要求和其他相关考虑因素。平衡这些因素可确保在为特定应用选择合适的焊料时做出负责任且明智的选择。

  对不同类型焊接的影响

  含铅和无铅焊膏的选择会影响最终产品质量,但 PCB 制造商对焊接参数的严格控制可以减轻这些影响。电路板的设计布局和适当的元件选择在克服质量控制问题方面起着至关重要的作用。

  在波峰焊或通孔焊接等工艺中使用无铅产品的决定取决于特定的设计参数和组装 PCB 的产品使用要求。无铅焊接的温度较高,因此必须仔细布局电路板并挑选元件,以防止金属分解或损坏敏感电子元件,尤其是在长时间暴露于高温的回流焊工艺中。

  PCB 制造商应协助满足 RoHS 材料标准,以符合全球铅限制要求。

  结论

  总之,焊接是电子产品中的关键工艺,有两种类型:铅焊料和无铅焊料。尽管铅焊料在熔点、润湿性、成本和外观方面具有优势,但出于环境和健康方面的考虑,无铅焊料已成为强制性选择。无铅焊料虽然安全,但也存在熔点较高、润湿性较低等问题,影响可靠性。正确的焊料选择取决于项目的具体情况,强调需要了解铅焊料和无铅焊料的特性和差异,以便做出好决策。

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