敬鹏电子

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线路板无铅化挑战的复杂PCB组件

铅在电子工业中有着非常广泛的应用需求,这是因为它的价格比较低廉,同时具有良好的导电性和相对较低的熔点。然而,根据有关的国际公约,特别是欧盟的规定,许多国家和电子产品用户的技术标准都规定,在提供销售的商品中要消除有害材料的使用。因此尽管它的应用非常普及,但在电子行业中人们还是在不断地寻找铅的替代品。

丢弃铅 – 一项全球关注的问题

这个问题早在90年代后期就从日本传到了全球,目前已经在欧盟(EU)通过了严格的立法。铅所带来的毒性冲击已经被越来越多的人所知晓,但在电子产品中是否能含有铅仍然是一个备受争议的话题。这个问题对人类和环境都构成了威胁。人们关心的问题之一是,来自于垃圾填埋场所丢弃的电子元器件中的铅是否能被有效过滤掉。

此外,对含铅元器件进行回收时有毒物质的释放也是一个备受关注的问题。大多数用来替代铅的产品可以消除人们对铅毒性的担忧,但也可能引发其他环境问题。例如,升高熔点可能意味着更多的能源消耗。然而,在一些实际操作中,通过采用先进的设备和新的回流焊接加工曲线,可以在较高的熔化温度下,减少能源的消耗。此外,含有SnPb替代物的银在开矿和处理矿石时需要消耗巨大的能源,这对生态环境产生了破坏作用。

无铅化焊接技术对PCB线路板组件的影响

一般来说,载有各种各样电子元器件的PCB组件在电子装配过程中必须经历焊接工艺,波峰焊接是一种人们熟知的常用焊接方式。当PCB组件转向采用无铅化的波峰焊接时,会面临许多挑战。就像任何一项新兴的生产制造技术进入产品制造阶段一样,人们可能预计到一些挑战并提前做好准备。

然而,有些挑战只有在大规模生产后才会浮出水面,需要大量数据来解决。因此,工程师们通常在生产过程中不断学习,积累经验和教训。

实际上,无铅化装配工艺并不是一项非常新的技术,无铅化波峰焊接已经被采用了多年。在RoHS法规出台之前,电子装配工程师已经面对使用银锡焊条的较高熔点,因此需要更高的焊接温度。这些电子组件旨在满足苛刻的环境要求,并且相对较简单,因此产量是可接受的。当RoHS法规引入电子组装的主流领域时,先期产品相对较简单,包括消费类电子产品。

通过采用单面或双面的PCB组件,人们在PCB的焊接面上采用了相对简单的SMT器件。对这类电子组件的无铅化转变基本上是顺利的,不需要对原来的锡铅合金工艺参数进行重大更改。在许多情况下,甚至最初适用于锡铅合金的焊剂也能成功用于无铅化工艺操作。

通过多年的研究,人们发现,当采用无铅化焊接时,1.6mm厚的PCB可能会遭遇到稍微偏紧的工艺口。对于预热的要求变化不大,大多数现有的焊接设备完全能够适应。焊接温度可能会有所增加,这主要取决于以前锡铅合金工艺操作中所使用的熔化温度。用无铅化焊料填充孔洞可能会面临一些挑战,尤其是一些采用了OSP表面涂覆的产品。在波峰焊接中的停顿时间可能会长达一秒或两秒以上。排水或降低桥接现象方面,无铅化合金处理可能不如锡铅合金那么容易,因此对于细微间距的器件可能会出现问题。

尽管存在挑战,对于较小复杂度的组件,大多数问题都可以通过制定正确的参数和使用基本的工艺过程控制测量技术来解决。然而,随着较厚、具有多层次的PCB线路板和复杂的电子组件进入从锡铅合金到无铅化焊接的过渡期,锡铅合金与无铅化合金之间的工艺操作差异加大。

在这些领域的一部分问题已经通过实际操作暴露出来,但还需要大规模生产来提供所需的信息。现在,一些复杂度较高的组件已经大规模生产,主要挑战包括:

  1. 随着线路板的厚度增加,孔洞填充变得更加困难。
  2. 大量的布线层和接地连接使孔洞填充问题变得更加严重。
  3. 信号和接地层的增加导致更多的热物质,增加了预热的挑战。
  4. 如果选择使用焊料刮板,它们会在PCB的预热暴露区域形成屏蔽,进一步加重了预热问题。

在应对这些挑战时,工程师们需要不断学习,寻找解决方案,并确保无铅化焊接技术在电子行业中的广泛应用。这将有助于降低环境风险,提高电子产品的质量和可持续性,为未来的电子工业创造更多机遇。

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