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無鉛焊接 |
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 無鉛焊接已成為環(huán)保電子生產的新標準，白光產品亦應市場所需，設計出一系列針對無鉛生產的新產品。新產品以藍色和黃色為主，在我們全新設計的無鉛標志中，藍色比喻為天空及海洋，黃色比喻為陸地，綠葉的枝干則比喻為白光無鉛焊咀，枝干上長出嫩綠的新葉，意思是使用白光產品對應無鉛焊接，不但可以保護環(huán)境，更能夠得到優(yōu)良的焊接或除錫效果，是周全照料到地球環(huán)境及生產質素的最新產品。
實現(xiàn)無鉛焊接：隨著電子產品不斷的趨向環(huán)?；睙o鉛焊接”這個議題已經在過去的10年被慢慢的重視起來。相對于不厭其煩地重復討論無鉛焊接的理論、優(yōu)點及缺點，我們會在這里提供一些針對手工無鉛焊接的實際問題方案。 |
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注:白光產品不含有防火劑五溴二苯醚(PentaBDE)及八溴聯(lián)苯醚(OctaBDE)。根據歐盟第2003/11/EC號指令，第24項修訂管制危險物質之第76/769/EEC號理事會指令，從2004/8/15日起實行禁止使用。
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白光產品旨在2006 年7月前符合RoHS
的所有要求。RoHS是歐州議會指令”限制使用某些有害物質”，在電子電氣設備中禁止使用鉛(Pb)、鎘(Cd)、水銀(Hg)、六價鉻(CrVI)、聚溴聯(lián)苯(PBBs)和聚溴二苯醚(PBDEs)。 |
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| 無鉛焊錫內不含鉛，且溶點比傳統(tǒng)(63%錫+37%鉛)焊錫高。常用的無鉛焊錫: |
Sn-Ag (錫+銀, 96-98%錫) |
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Sn-Cu (錫+銅, 96%錫) |
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Sn-Ag-Cu (錫+銀+銅, 93-96%錫) |
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Sn-Ag-Bi (錫+銀+鉍, 90.5-94%錫) |
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Sn-Ag-Bi-Cu (錫+銀+鉍+銅, 90-94%錫) |
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63/37有鉛焊錫溶點為183℃，凝固點同樣為183℃。注:此焊錫不會出現(xiàn)膠態(tài)[從液態(tài)冷卻到固態(tài)(或相反)的溫度點相同]。 |
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60/40有鉛焊錫溶點為191℃，凝固點為183℃。注:此焊錫有8℃范圍形成膠態(tài)[從液態(tài)冷卻到固態(tài)(或相反)所需的溫度范圍]。 |
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無鉛焊錫溶點范圍從217℃到226℃。 |
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以下是一些進行無鉛焊接時所遇到的問題:
1．高溫焊接會破壞一些電子組件，包括塑料連接器、繼電器、發(fā)光二極管、電解電容及多層陶瓷電容2．高溫會使電路板彎曲，導致多層陶瓷電容損毀(常見損壞情況)
3．高溫焊接會對組件造成熱沖擊
4．高溫會使塑料組件溶解或變形
5．高溫焊接會加速氧化，影響焊錫的擴散性及潤濕性
6．有需要使用活性較高(腐蝕性強)的助焊劑
7．要提供較多熱量及焊接較長時間才可以達到理想的焊接效果
8．容易產生錫橋及虛焊，且不易修正
9．容易產生錫球及助焊劑飛散
10．縮短焊咀壽命
11．焊點顏色會較暗淡
12．操作人員會感到不適應，憂慮是否需要改變焊接模式 |
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防止對組件造成熱沖擊
1．保持以往傳統(tǒng)焊錫所使用的溫度來焊接
2．嚴格控制焊咀溫度
3．使用高熱回復性的焊臺
4．使用大功率的焊臺
5．配合焊點大少的同時，應盡量選擇較大的焊咀進行焊接，因焊咀越大，設定溫度可以越低，熱量流失越少 |
幫助操作人員去適應、減少憂慮及改善焊接效果,提供特別培訓給操作人員是不必要的，但當他們進行無鉛焊接之前，必須要清楚了解以下幾項事情:
1．進行無鉛焊接時，焊咀必須要經常保持清潔，原因是相比起63/37或60/40之傳統(tǒng)焊錫，無鉛焊錫是不能夠容忍雜質污染的。
2．操作人員必須愿意接受焊接模式的改變，他們需要經常清潔焊咀，而且要知道焊接時間會較使用63/37或60/40焊錫為長。 |
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不一定需要的。提高焊接溫度有可能會造成焊接困難，因為高溫會加速氧化，影響溶錫的擴散性及潤濕性。雖然使用某些助焊劑可以有效改善焊接效果，但是會對環(huán)境造成一定的污染，我們還是應該偏向保護環(huán)境，使用”免清洗”助焊劑的。 |
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大多數”免清洗”助焊劑的活動時間都是很短暫的，在焊接過程中會很快進入活動期，而焊接完畢留下的殘渣不帶腐蝕性。但進行無鉛焊接需要較長的時間，所以在還未能完全促進溶錫的擴散性及潤濕性前，”免清洗”助焊劑可能已經結束他的活動期了。 |
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最好的解決方法是使用高熱回復性的焊臺來進行無鉛焊接。這樣可以避免大幅提高焊接溫度的需要。 |
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要拆除無鉛焊錫并沒有甚么特別的要求。相比起拆除傳統(tǒng)焊錫，拆除無鉛焊錫只不過是需要較長的除錫時間而已。 |
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拆除無鉛焊錫時，應該使用跟以往拆除傳統(tǒng)焊錫時的溫度一樣，不一定要提高，因為高溫會加速氧化，縮短吸咀壽命。 |
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當使用真空吸錫鎗時，不單只吸咀與發(fā)熱芯需要保持穩(wěn)定的溫度，且過濾管入口同樣需要有足夠的溫度才可以避免發(fā)生焊錫堵塞的情況。白光FM-2024吸錫鎗便能夠有效避免此問題的發(fā)生。 |
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正確，F(xiàn)M-2024吸錫鎗絕對適用于拆除無鉛焊錫。FM-2024所使用的N1系列吸咀特別針對處理無鉛焊錫而設計。 |
N1系列吸咀咀身較短，吸入管內徑較闊，可增加吸入量及減少堵塞現(xiàn)象。 |
請緊記不單只吸咀與發(fā)熱芯需要保持穩(wěn)定的溫度，且過濾管入口同樣需要有足夠的溫度才可以避免發(fā)生焊錫堵塞的情況。 |
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選擇合適的吸咀使焊點上的焊料可以回流1-2秒。 |
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把吸咀套在組件腳上并加熱焊點(這時輕輕的擺動吸咀讓熱量可以平均傳送到整個焊點)。 |
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當焊料開始回流(約1-2秒)便按下FM-2024的板機吸錫，焊料會立即被吸入過濾管內。當過濾管被焊料填滿，可拆下棄置，并更換新的。 |
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可以。白光焊臺有提供配合氮氣運作的焊鐵型號，氮氣會從焊咀前端吹出送到焊接處。由于氮氣比氧氣重，所以氮氣會把氧氣從焊接處排開，形成隔離區(qū)。這樣可以有效促進隔離區(qū)內溶錫的擴散性及潤濕性，焊點亦會因此而變得光澤。理論上，如果在焊接時有充足且穩(wěn)定的氮氣提供，便可以有效阻隔氧氣，防止氧化。 |
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此外，從焊咀前端吹出的熱氮氣對焊接組件及焊接處也有預熱的作用。 |
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下圖表示當焊咀前端吹出氮氣和沒有使用氮氣時，焊咀溫度變化的比較。由此可以證明在使用熱氮氣的情況下，如果要把焊點提升到相同的溫度，焊咀便能夠設定較低的溫度進行焊接。 |
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有些工場設有氮氣供應系統(tǒng)，可以把氮氣直接提供到每個工作位上。你也可以使用獨立式的氮氣瓶或購買一些氮氣產生器(如白光的FX-780氮氣產生器)來提供氮氣。 |
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由于氮氣引導管是連接在焊鐵內，所以白光氮氣焊鐵的直徑會較大一點。在某些工作上，有可能會影響操作人員的使用習慣，這便需要作出適當的調節(jié)。 |
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白光FX-791氮氣流量調節(jié)器可配合白光FX-780氮氣生產器、FM-2026氮氣焊鐵及白光焊臺: FX-951、FX-952、FM202一起使用。 |
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使用氮氣焊接的總結: |
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氮氣可以改善潤濕性嗎?
可以，氮氣不單只可以改善潤濕性及擴散性，而且可以防止氧化。
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使用氮氣是否符合成本效益?
這需要根據每個焊接工作而定，例如焊接產品的種類、焊接效果的要求、或工場環(huán)境的設計等。
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| 現(xiàn)今市場上大多數無鉛焊錫的含錫比例都是很高的，所以我們必須要注意他們對焊咀造成的侵蝕影響。 |
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一般焊咀結構，內部主要由銅制成，外面會鍍上鐵(鍍鐵層)，而鍍鐵層前端會鍍上錫(鍍錫層)，后端則會鍍上抗氧化的鉻。由于錫和鐵同樣屬于高活動性的金屬，所以他們很容易會結合成混合金屬，特別是在高溫的狀態(tài)下。而且在焊接時所使用的助焊劑(特別是高活性的)亦是加速他們產生混合金屬反應的催化劑。 |
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圖1表示當使用63/37傳統(tǒng)焊錫時是近乎不會產生混合金屬的，但當使用 錫+3.7銀+0.7銅 的無鉛焊錫時便會產生15微米厚度的混合金屬了(圖2)。 |
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混合金屬的產生速度會因應不同的焊接溫度而改變。溫度越高，產生速度越快，特別在400℃或以上的情況下更為明顯。 |
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進行焊接時，錫跟鐵會不斷產生混合反應，而由于所產生的混合金屬會從焊咀鍍層表面剝落，因此焊咀鍍層會逐漸被侵蝕掉，繼而錫會很快速地侵蝕焊咀內的銅，最后會在很短時間內造成焊咀穿洞(圖4)。 |
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不同成份的焊錫會對焊咀有不一樣的侵蝕速度。圖5表示 錫+0.7銅 對焊咀的侵蝕速度最快，然后是 錫+3.5銀+0.75銅，錫+2銀+0.75銅+3鉍，而最后是 錫+37鉛。 |
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相比起傳統(tǒng)的共晶焊錫(63/37焊錫)，在400℃的焊接溫度下，無鉛焊錫 錫+3.5銀+0.7銅 對焊咀的侵蝕速度要快3倍，而 錫+0.7銅更加要快4倍。 |
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除了侵蝕以外，無鉛焊接還會加速焊咀氧化。 (請參考問題16) |
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以下事項可以有效延長焊咀壽命:
1．盡可能使用低溫焊接 (360℃以下)
2．經常以優(yōu)質潔咀器清潔焊咀 (例如白光599B)
3．焊鐵放回焊鐵架前請先把焊咀上錫
4．如果焊鐵不使用10分鐘或以上，請關上電源 |
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使用白光599B潔咀器無需加水，清潔時不會降低焊咀溫度。金屬絲團含有助焊劑，容易清除焊咀表面的氧化物。而且在清潔后，焊咀表面會殘留焊錫，防止焊咀鍍層氧化。 |
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是的。葉輪及錫槽用特別涂層處理，能抵御高溫熔融錫的侵蝕。 |
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由于無鉛焊錫含錫成份高，白光熔錫爐必須經過特別涂層處理才可延長熔槽壽命，故不建議使用未經特別涂層處理的96熔錫爐于無鉛作業(yè)上。 |
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白光FX-301B及FX-300熔錫爐備有特殊涂層熔槽，適合無鉛焊接使用。
FX-301B更加是數碼式控溫熔錫爐，針對常用之無鉛焊錫，預設四種加熱程序，適合不同種類的無鉛焊錫及傳統(tǒng)焊錫使用。 |
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標準的191-211傳感器是含鉛的，所以并不適用于無鉛焊錫。但可以改用191-212傳感器，因為191-212是不含鉛的。 |
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白光焊咀鍍上較厚之鍍鐵(Fe)層，配合白光焊臺的強大回熱功能，使焊咀更耐用，效率更高。 |
| 問題: 以下是兩支不同大小的焊咀，其中一支回熱速度較快，是A型還是B型? |
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答案是B型。由于B型焊咀比A型咀焊粗(銅的部份)，所以B型比A型的熱容量也較大和導熱性較快。雖然兩支焊咀形狀一樣(尖端部份)，但B型咀身比較粗，焊咀越粗，銅的部份越大，保持溫度穩(wěn)定的能力也越大。(請參考以下圖表) |
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RoHS是歐洲議會頒布的『禁止使用有害物質』指令，禁止在電子電氣設備中使用鉛(Pb)、鎘(Cd)、水銀(Hg)、六價鉻(CrVI)、聚溴聯(lián)苯(PBBs)和聚溴二苯醚(PBDEs)等六種有害物質。從2006年7月1日開始，所有進入歐洲的電器/電子產品必須符合該指令。 |
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| 焊咀是否氧化? |
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1．當焊咀長時間暴露于高溫狀態(tài)，會容易產生錫和鐵的金屬間化合物，而且氧化迅速。所以焊鐵不使用10分鐘或以上，請關上電源。
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2．焊咀是否沾滿碳化助焊劑 (碳化物及助焊劑殘渣是否黏附著鍍鐵層)?
如果焊咀沾滿碳化助焊劑，焊咀便不能夠溶錫把足夠的熱量傳送到焊點上，因為焊咀是必須要透過溶錫作為媒介傳送熱量的。此外，焊咀鍍鐵層會因為溶錫不足而外露氧化，再加上錫和鐵的金屬間化合物氧化，焊咀便會迅速被損耗。在高溫情況下會容易產生此現(xiàn)象，所以應盡量降低焊咀溫度。
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3．不良鍍層所含的雜質會容易產生氧化物，所以應該選擇高質量的焊咀。 |
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有的。
白光FT-700焊咀清潔器是可以有效解決
以上情況，令焊咀重生的工具。 |
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白光FT-700提供方便及快捷的方法來清潔焊咀上的氧化物。只要把焊咀插入特制的不含鉛凡士林化學膏內(a)(FT-700附帶)，再使用FT-700的自動旋轉清潔刷來清潔(b)，便可以有效去除焊咀上的氧化物。清潔后必需要再涂上新錫以保護焊咀鍍錫層(c)。 |
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沒有此必要。焊接時所產生的煙霧只是助焊劑燃燒時的副產品，鉛在焊接溫度下是不會氣化的。 |
需要注意的是由于進行無鉛焊接時有可能使用較高活性的助焊劑(但是會加速侵蝕焊咀)，因此會產生較多的有害物質煙霧(包括免清洗型助焊劑)。所以白光見意應盡量在空氣流通及使用吸煙儀器的環(huán)境下進行焊接。 |
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可以的。但請注意返修無鉛合金需要使用較高溫度，高溫會損壞組件的塑料部份或使電路板彎曲變形，引起焊接成品的問題。由于很多組件和材料都不能承受高溫(>260℃)，因此了解無鉛合金如 錫+銀 合金、錫+銅 合金的溶點是很重要的。 |
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助焊劑飛散跟它的成份有關系。一般無鉛焊錫都會采用活性很高的助焊劑來改善潤濕性。這類高活性的助焊劑對高溫產生反應，就像在熱鍋里灑冷水的情況一樣，錫線里的助焊劑急速膨脹而導致飛散。一般含松香的助焊劑也會產生飛散，但大部份只會在高溫的情況下才會發(fā)生。而并非所有含松香助焊劑都會產生這現(xiàn)象，因每個生產商采用不同的化學配方和活化劑。不論使用那一種助焊劑，一般來說溫度越高，飛散也越多。 |
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白光375 V-Cut 自動出錫機能夠把含助焊劑的錫線切割V形溝，防止錫線里的助焊劑因膨脹而造成飛散。這個創(chuàng)新的方法明顯能夠減少焊錫及助焊劑飛散，并同時改善焊錫的擴散性。 (請參考以下圖表) |
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白光FX-951配置的FM-2025焊鐵采用發(fā)熱芯、傳感器復合式焊咀設計。這種復合式設計比較傳統(tǒng)936焊臺配置的907/908焊鐵小巧，而且焊咀回熱速度也大大地得到提升。 |
以下是FM-2025(FX-951焊臺)與907及908(936焊臺) 之回熱速度比較。在電路板焊接位置的第 #1、#4、#7 三個焊點裝上溫度傳感器，分別使用FX-951、907及908進行焊接，每3秒焊接一個焊點，連續(xù)焊接7個點，然后測試焊咀及焊點的溫度變化。(請參考下圖) |
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圖6顯示FX-951的焊點溫度最高，在連續(xù)焊接過程中，溫度仍然保持穩(wěn)定。而907的溫度跌幅比較908的大，因為907的熱容量比較908的小。焊接溫度會根據焊點的大小而有所不同，如果焊點面積較小，使用907焊接也可以達到滿意的焊接效果。但根據圖6所示，F(xiàn)X-951的回熱速度明顯是最快的，能夠把電路板上每個焊點都提升到合適的焊接溫度。 |
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