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无铅波峰焊钎料抗氧化影响的研究

时间:2021-11-15 10:50:34 作者:凯泰 点击:

早在70年代开始,就有学者开始注意到当锡铅钎料在液体状态和高温时氧化十分迅速,尤其是在波峰炉中,在波峰上很快会形成新的锡渣氧化物。锡渣的堆积会影响焊接质量,还造成了锡的浪费,因此,对钎料的抗氧化性研究十分重要。

随着欧盟RoHS[1]关于2006年7月1日无铅化期限的逼近,日本从2000年开始导入无铅化制程,至今已基本实施无铅化制造,在日本及欧美市场上推出“绿色环保”家电产品。中国政府已于2003年3月由信息产业部拟定《电子信息产品生产污染防治管理法》草案,自2006年7月1日禁止电子产品含铅(Pb)。因此,市场发展趋势是使用含铅钎料的电子产品将无法进入市场。对于电子组装企业来说,无铅波峰焊接技术的应用已经是摆在企业面前必须解决的现实问题。

无铅波峰焊接转换过程中,一般选用Sn-Cu,Sn-Ag,Sn-Ag-Cu等无铅焊锡条。然而在无铅焊锡中的锡含量比在锡铅中更高,因此无铅波峰焊中钎料的氧化更为严重,因此控制锡氧化物生成量是目前摆在波峰焊技术中的一个重要课题。本文主要研究微量元素P对Sn-0.7Cu钎料搞氧化性的影响。

Sn-0.7Cu在氮气保护下锡渣的产生情况

波峰焊中,氮气保护可以减少锡渣的形成.其道理是显而易见的,锡渣是钎料与氮气接触发生氧化反应的产物,而氮气保护条件下(此时氮气中的氧含量一般在50~500ppm)钎料与氧气的接触接近于被隔绝,钎料氧化程度肯定会降低。

在空气中和氮气保护条件下,波峰焊中无铅钎料锡渣形成量的对比是非常显著的,达到50%左右。仅此一点就会带来很大的经济效益。以Sn-0.7Cu无铅钎料为例,假设其价格为150元/公斤,而相应的锡渣回收价格为70元/公斤。若某台设备每天工作8小时,一年工作240天,那么一年下来一台设备可以节省的钎料成本就约10万人民币之多。

然而,氮气保护在工艺和焊接质量方面带来的不全都是优点,它也有带来缺点,最主要的表现就是焊后印刷电路板表面锡珠增多。另外,如果要作用氮气保护的话,就必然要涉及到一个问题,即氮气的纯度,氮气保护系统设备前期投入较大。

Sn-0.7Cu钎料中,Sn的会含量在90%以上,合金氧化膜主要成分是锡的氧化物:
Sn+O2 ←→ SnO2
SnO2+ Sn ←→ 2SnO

还有少量的Sn3O4等生成.形成这种氧化膜后,对保护熔体表面,防止进一步氧化的作用不强,因此液面继续氧化。

假设有一种或几种元素可以将锡渣中的氧分子分离并带走,这将对锡渣的处理以及成本的降低是非常有效的方法。

同时,这种产品须具备以下条件:

1.符合ROHS要求
2.容易保存
3.使用方便,整洁,不会产生第二次污染
4.产量是无限量的
5.在处理过程对波峰焊机器不会产生影响
6.在处理过程对PCB焊点及板面不会产生影响
7.成本较低

LF-19D无铅锡渣还原粉就是根本这种原理而设计开发的新产品。

即分子式为:
H2CN2+HNO2+SNO+SNO2 ←→ SN+CO2+NH3-++H2O
NH3+SNO+SNO2+ H2CN2+HNO2 ←→ SN+H2O+CO2+N2+O2