更新日期：2012年10月26日 　来源：网络搜集 　作者：佚名

        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。

         日本优尼公司是国际著名自动锡焊机器人和高端锡焊焊接工具的制造商，产品广泛被世界著名大型企业所采用 。公司自1974 年成立以来，在自动锡焊机器人和高端锡焊焊接工具领域不断创新，技术始终领先于同行业之首，市场占有率处于领先地位，先后生产出世界速度最快 (0.5 秒/点)的锡焊机器人，目前最为先进的第二代半导体激光锡焊机器人 。

　　日本优尼公司长期致力于焊锡材料、焊接方法、焊接工具包括焊接工业用机器人方面的开发 , 并率先在无铅焊锡方面取得技术突破。公司通过反复进行各种实验，再加上生产现场的实际经验，对无铅焊锡中的问题以及对策进行了深入的研究。

无铅锡丝与传统锡铅焊丝的比较

采用无铅锡丝容易出现的问题及原因

（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，造成锡丝飞溅。而且锡丝中所含助焊剂会因为温度的升高而导致其活性降低。

　　提高烙铁头温度，烙铁头温度和锡丝（室温）温差就变得更大，对锡丝的热冲击也更大， 锡丝和助焊剂飞溅就越厉害 。

（2）漏焊、短接

　　由于无铅锡丝浸润性、延展性差，一般条件焊接时，尤其对多层板通孔的焊接容易形成 漏焊、短接。

（3） 烙铁头氧化及助焊剂碳化

　　焊接作业中氧化物及助焊剂的碳化物等会附在烙铁头上。在机器人连续运行的情况下，尤其是烙铁头吃锡面的氧化会造成焊接的不良。通过能量分散型 X 射线来分析烙铁头前端附着物的成分，我们发现，在使用共晶锡丝的烙铁头上，附着物中碳 C 的含量比锡 Sn 多 , 这些碳是锡丝中的助焊剂被碳化后析离出来的。与之相反，在使用无铅锡丝时，附着物中锡 Sn 的含量比碳 C 多。而这些锡是从无铅锡丝中含量为 96% 的锡在受热被氧化成氧化锡中析离出来的。 烙铁头消耗的过程，实际上是对烙铁头寿命起决定作用的镀铁层从开始形成锡的反应层，反应层逐渐变厚，直至崩溃消失的过程。通过实验发现经过1小时就已形成反应层；经过 4 小时后反应层成长了不少。16 小时后，与4小时和9小时相比，反应层的厚度明显变厚。

（4）烙铁头和锡槽寿命短

　　根据实验发现，使用无铅锡丝时，5000 次后吃锡面被侵蚀导致烙铁头发生变形；到10000 次后，烙铁头上就出现了空洞。与使用共晶锡丝的情况相比，其消耗快了2~3 倍。其次，在往烙铁头定量送锡的同时进行清洗的连续作业中，测定了吃锡面厚度的变化量。通过比较得知∶使用无铅锡丝时吃锡面的消耗量，是使用共晶锡丝时的2~3 倍。同时，烙铁头温度越高消耗也就越剧烈。因此，烙铁头寿命当然短。同样的道理，锡槽寿命也变短。

（5）对周边部件的热影响

　　对于无铅化，由于温度提高，担心的是对周边部件的热影响。今后，耐热材料、零件的开发也会不断发展，但是仍然会存在一些没有进行耐热处理或很难进行耐热处理的部件。

无铅焊锡的对策

（1）锡球、助焊剂等飞溅

　　通过加热锡丝从而减轻热冲击的预热方法。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，而且 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。 故可通过加热锡丝从而减轻热冲击的预热方法，大量减少 锡球、助焊剂等的飞溅 。

　　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。

（2） 漏焊、短接等的对策

　　氮气作业氛围的焊接，通过使焊接氛围处于低氧状态、有抑制母材及锡丝的氧化从而提高锡焊接品质的效果而被广泛采用。不管是焊接机器人还是手工焊，通过利用氮气都达到了以下几个效果。其一，焊点的光泽及切面变好，减少漏焊及短接等不良。其二，利用氮气可以减少助焊剂的残渣。焊接机器人加工时通常使用含助焊剂的锡丝，为了确保焊接品质，助焊剂的含有量通常为 2%~3% 。多层基板等中不易渗透的通孔也可能使用含 6% 助焊剂的锡丝。在品质上，希望焊接后的助焊剂残渣尽可能少。其三，通过使用氮气可以使烙铁头寿命延长 2 倍左右。这是因为在氮气作业氛围可以抑制烙铁头吃锡面的氧化。

（3）防止烙铁头氧化及助焊剂碳化

　　使用传统的锡铅锡丝的时候，烙铁头上的附着物主要是助焊剂的碳化物，这些碳化物用海棉或吹气等通常的清洗方法即可除去。而无铅锡丝时，烙铁头上的残留物主要是锡的氧化物。在此状态下，锡丝无法溶化，热量就无法传递到焊接物上，事实上也就无法进行焊接，只能使用氧化铝粉末或者特殊的助焊剂来除去。

（4） 提高烙铁 头和锡槽寿命

　　不要一味地提升温度，在适宜温度下进行焊接。选择最适合的烙铁。不需要把无铅锡丝溶点的上升幅度 ( 与锡铅锡丝相比 ) 全盘转移到烙铁头上。问题的关键不在于温度的高低，而在于要能够以最快的速度传给焊点所需的热量。是否拥有加热焊接物所需的足够热量、烙铁头的形状是否与焊接物相符等成为解决问题的重点。具体注意事项，如下所述：

　　① 使用长寿命的烙铁头，烙铁头镀铁层的厚度和品质很重要。

　　②在短时间内完成焊接作业。要达到此要求，烙铁的性能很关键。要求烙铁头具有快速传热短，时间内完成焊接作业的性能。

　　③在休息时间等不进行焊接作业时烙铁头温度能够自动下降。

　　④作业结束时，清洗后往烙铁头添上预留锡丝，尽快关闭电源。

　　⑤锡丝的预热，焊接物的预热。先加热锡丝至 100 ℃ 左右再进行焊接作业。由此提高了无铅锡丝初期溶化的速度和锡丝的浸润性，从而可以相对降低烙铁头的设定温度，另外还具有抑制锡球、助焊剂飞散的效果。同时，对焊接对象进行预热，在无铅焊接中也成为一种常用的方法。

　    ⑥在氮气氛围中进行焊接。既可改善锡丝浸润性的效果，又能抑制氧化。同时具有预热效果。