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无铅制造离我们还有多远?

发表于:2017-07-13 23:26 分享至:

健康生活,绿色先行。伴随人类生活水平的提高,绿色环保已经成为全世界人们越来越关注的一个重点话题。人们针对无论是食品还是电子类产品,都制定了一系列严格的规范,以达到绿色环保的目的。而对于电子类产品来说,RoHS认证便是其中最为的严格的规范之一。

无铅制造离我们还有多远?

无铅制造离我们还有多远?

  RoHS是由欧盟立法制定的一项强制性标准,它的全称是《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》(Restriction of Hazardous Substances)。该标准已于2006年7月1日开始正式实施,主要用于规范电子电气产品的材料及工艺标准,使之更加有利于人体健康及环境保护。该标准的目的在于消除电机电子产品中的铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚共6项物质,并重点规定了铅的含量不能超过0.1%。

  以上六种有害物质,人们最熟悉的莫过于铅和汞,而其中的铅更是因为其在工业上的重要地位而被广大企业所重视。为了更好的响应世界绿色环保的号召,越来越多的世界一流企业都将无铅制造提上日程,伴随科技的不断进步,欧美等国家已经率先升级进入“无铅制造”时代,但在国内“无铅制造”依然是多数企业奋斗的目标。

  无铅制造的核心问题是用非铅系焊料代替沿用了数十年的锡/铅(63%/37%)焊料,那么到底相比起有铅焊锡来说,其优势到底在哪里?

  无铅锡炉焊锡的优势

  一个产品含铅的来源主要是产品零配件和工艺制作用料上,而体现最为明显的就是焊料。不管是用机器全自动生产还是人工操作,为了固定PCB板上的电子元配件,每块PCB板上都要用大量的焊料。传统的焊料是用铅锡(63%/37%)(也有部分特殊要求用其他比例),在生产线焊接电子元配件时会产生铅尘,通过皮肤接触和呼吸系统进入人体,伤害人的身体健康。

  铅是人体唯一不需要的微量元素,它几乎对人体的所有器官都能造成损害,即使人体内仅有0.01μg铅的存在,也会对健康造成损害。它危害中枢神经系统及肾脏;造成呆滞、精神错乱、贫血、生殖功能障碍、高血压等慢性疾病。重度铅中毒会导致儿童成为低能儿甚至死亡。

  无铅焊锡从根本上彻底杜绝了铅元素的加入,从而无论是对生产人员、还是生态环境都能起到极大的益处。

  无铅制造的压力

  无铅制造归根结底就是无铅焊料的采用以及由此牵连到的材料、PCB、元器件、SMT设备等各个生产制造环节的升级改进。那么到底推行无铅生产的主要障碍有哪些呢?

  一、成本压力

  众所周知,传统的焊锡材料采用的是63%锡和37%铅,为了实现无铅化,世界各国对无铅焊接技术进行了大量的研究,并对提出的多种无铅焊料包括Sn-Cu系列、Sn-Ag-Cu系列、Sn-Ag-Bi-Cu系列、Sn-Bi系列、Sn-Sb系列等都进行了较为深入的研究。不同公司根据自己的实际情况也都会进行调整和改善,并申请专利,因此想要获得无铅焊料的具体成份,只有两种途径。

  第一种就是缴纳一定的专利费用,直接购买其他公司的专利,从而获得其无铅焊锡的材料成份。第二种则是需要投入大量的人力物力财力进行自我研发,根据公司的实际情况来最后确定无铅焊锡的具体成份。无论是以上的哪一种情况,对于公司来说,都是一笔不菲的开支。

  另外据有关数据统计显示,部分无铅工艺元器件的综合价格可能比常规工艺元器件要贵大约15%,在面临通货膨胀、各种原材料上涨的今天,很多企业都会考虑再三。

  二、工艺压力

  无铅焊料不但材料成本大幅提升,而且对焊接工艺也提出了新的要求。目前在业界公认比较常用无铅焊料基本是Sn-Cu(铜锡)系列和Sn-Ag-Cu(银铜锡)系列,其中又以Sn-Ag-Cu(银铜锡)系列最为普遍。

  我们通过一个表格来看一下这2个系列和传统锡铅焊料的差别:

  成分(wt%)Sn/Ag/Cu(96.5/3/0.5)Sn/Cu (99.3/0.7)Sn/Pb (63/37)
  熔点(℃)217227183
  密度(25℃)7.37.48.4
  拉伸强度(MPa)53.53244
  延伸率(%)df484845
  电阻率(μΩm)0.120.130.17
  扩展率(%)大于90大于75大于90

  从上表可以看出Sn-Ag-Cu(银铜锡)和Sn-Cu(铜锡)的熔点比Sn-Pb(铅锡)高很多,过高的温度下焊接有可能会导致PCB板变形、元配件损坏等可能,从而可能影响产品的使用和寿命,甚至是直接导致产品的损坏。此外含银无铅焊锡浸润力差也是影响产品品质的一个重要方面,因此采用Sn-Ag-Cu(银铜锡)焊料,对整个生产工艺也是极大的考验。

  面临成本以及工艺升级带来的巨大压力,很多国内企业都不得不对“无铅制造”望而却步,国内企业“无铅制造”之路任重而道远。

  长城电源推出Ag++无铅含银焊接技术,全面升级无铅制造

无铅制造离我们还有多远?

  长城电源为了响应国家绿色环保的号召,同时也为了尽快与世界接轨,2006年就率先在国内推行无铅制造, 2010年6月在北京召开“低碳中国 源动生活”发布会,发布其低碳发展战略并宣布全线产品导入RoHS制作工艺。在这些年中长城电源不断进行自主研发和创新,根据自身实际情况,在原有的Sn-Ag-Cu(银铜锡)基础上对各种配料的成分进行调整,最终确定了适合长城电源的无铅焊锡成分,并同时针对无铅焊锡对工艺进行改进,推出全新的Ag++技术,全面升级无铅制造工艺。

  一、升级成适合无铅工艺生产的焊锡炉

  由于无铅焊锡的熔点提高了34 ℃,锡槽的加热功率必须提高,预热区长度须增加以满足焊接热补偿和温升;高比例锡成分在长期高温下对锡槽产生侵蚀作用,需要选用能防止侵蚀的锡槽壁,如“钛合金”等材质,以延长锡槽寿命;波峰炉出口加装急速冷却装置增加冷却速率,避免因冷却缓慢而使焊点出现锡裂现象。

  二、设置更精准的无铅产品制程曲线:

  为了解决含银无铅焊锡浸润力差的问题,长城工厂设置了更为精准的制程曲线,以确保使焊料熔融形成金属间化合物,使焊剂活化产生润湿效果,确保足够低的温度以不损坏元器件和电路板前提下产出最佳焊接品质。

  三、升级使用适合无铅焊接的烙铁

 

  选择功率大、回温快、有足够热补偿的烙铁,因无铅焊锡丝溶点高,带走热量快,焊接时容易产生冷焊。选择耐侵蚀不含重金属的烙铁头,因为无铅焊锡的高锡含量易腐蚀烙铁头,降低烙铁头的使用寿命。

  四、设定适合无铅手焊的温度:

  一方面确保使焊料熔融形成金属间化合物;另一方面确保足够低的温度以不损坏元器件和电路板。

  目前,长城电源已经在新一代产品中普及Ag++技术,进行长城电源无铅化工艺的再次升级,这不仅是其雄厚实力的体现,更代表了国内企业正不断完善自我努力跻身世界一流制造大厂的雄心壮志。我们期待越来越多的有责任心的企业加入到无铅制造中来,为保护我们赖以生存的生态环境尽一份心力。

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