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        SMT錫焊技術回顧與錫膏進展


          一、SMT錫焊技術回顧
          SMT技術與錫焊技術有著非常重要的關系。SMT錫焊技術包括手工焊、自動焊以及再流焊技術。上世紀80年代是我國錫焊技術從手工焊走向自動焊發展的成熟時機,也是形成近代錫焊技術理論的重要時期。
        上世紀80年代有關錫焊技術的專著不多,主要有美國人H.H.Manko:“Solder and soldering”以及日本人田中和吉和大直澤等人的專著以及許多散布在期刊上的論文。上世紀80年代中期由電子工業部發起的元器件引線可焊性的研討,是一次集中展現我國錫焊技術水平的重要會議,會議認同63/37、60/40錫鉛焊料成為電子制造錫焊技術的主流焊料,同時探討了焊料與母材結合的機理以及可焊性的測試方法等,對推動我國錫焊技術的發展起到了重要的作用,同時對SMT錫焊技術發展做好了前期準備。會議論文集匯集了我國自行研究和國外有關論述。
          我于1962年從南京大學物理系金屬物理專業畢業,畢業后即分配在上海儀表電訊工業局無線電研究所,儀表局中心試驗室,上海101廠工作。親身經歷了我國儀表電子工業的發展。1980后我在上海101廠主要從事與錫焊技術相關的工作。如長壽命烙鐵頭研制與應用、抗氧化焊料研制與應用、引線可焊性測試研究、錫焊機理研究以及自動焊接工藝參數的研究等項目。下面就我在1981年到1990年期間的技術工作作一回顧,從中大致可看出80年代我國錫焊技術所經歷過的歷程:1、1981年:元器件引線可焊性攻關、整頓搪錫工藝。2、1981年:元器件引線化學處理研究3、1982年:長壽命烙鐵頭研制與應用4、1983年:抗氧化焊料研制與應用5、1984年:固定助焊蠟應用試驗6、1985年:元器件引線可焊性工藝認定,采用潤濕稱量法進行可焊性測試7、1986年:在上??茖W會堂作“錫焊技術與可靠性”報告(約有300多人參加)8、1987年:激光紅外焊點檢測技術研究9、1987年:受中國科協等六單位聘請編寫:“可靠性工程與管理”電視講座教材“錫焊技術與可靠性”,1989年由人民郵電出版社出版10、1988年:主持“加強黑白電視機錫焊質量管理,提高焊錫質量”全面質量管理項目,使焊點不良率從20000PPM到5000PPM 11、1989年:加強外協焊料、焊絲、助焊劑和印制板元器件質量管理控制和認證 12、1990年:制定提高焊接質量,降低焊點不良率,工藝管理11條措施?;仡?1年到90年的工作,特別是87年我應中國科協等單位邀請編寫“可靠性工程與管理”電視講座“錫焊技術與可靠性”教材一書而與錫焊技術結下不解之緣。這套電視講座和函授教材共有9本,即《一、可靠性工程與管理電視講座教材》、《二、可靠性管理》、《三、可靠性數學》、《四、可靠性物理》、《五、可靠性設計》、《六、可靠性試驗》、《七、環境試驗》、《八、錫焊技術與可靠性》、《九、機械可靠性》。
          1990年,我赴日本東京金屬材料技術研究所研修“錫焊界面理論”并作有關“微量元素對錫鉛焊料潤濕性的影響”的課題,并參加了1991年在日本舉辦的nepcon展覽會。十分驚異于日本SMT技術的發展,記得當時千住金屬公司推出的新款氮氣保護再流焊爐,當場被松下電子公司所訂購。并參觀了千住金屬和東芝電子公司。深深感到我國SMT技術與日本的差距,深深感到SMT技術將是未來電子組裝技術的發展方向。歸國后,我曾就有關SMT錫焊機理撰文,參加有關學術交流活動。
        上世紀末本世紀初是全球綠色電子制造發展的重要時期,SMT錫焊技術從有鉛到無鉛發展的重要時期。
          1999年,我創辦上海華慶焊材技術有限公司,主要從事與SMT錫焊技術有關的焊料、助焊劑、錫膏、預制片的研制、生產與銷售。華慶公司經過十年努力,無鉛錫膏系列產品獲得了中國電子視像行業協會的推薦產品稱號。隨著電子產品無鉛化,華慶公司推出的系列無鉛焊接產品已幫助廣大企業順利完成從有鉛焊接到無鉛焊接的轉換,華慶公司目前研制的第二代低銀無鉛錫膏LF-200P-SAC02與低溫錫鉍銅無鉛錫膏LF-200P-SBC1705由于具有較高的性價比,得到了廣泛使用和認同。2003年,我參與發起長江三角洲SMT專家協作組,2004年,我在上海交通大學、日本大阪大學、上海電子制造行業協會SMT專委會聯合主辦,上海杰星公司與上海華慶公司聯合承辦的第一屆中日無鉛技術交流會議上,代表上海電子制造行業協會和上海華慶公司作《加強技術交流,推動無鉛化進程》的報告。并在去年第十九屆nepcon展覽會議期間發表“SMT錫膏無鉛化、無鹵化、低銀化與國產化”的文章,并作《SMT錫膏國產化是SMT人的共同夢想》的報告,引起國產錫膏能否替代進口錫膏的大辯論。
          在長達四十年從事錫焊技術理論與實踐的活動中,我深深感到錫焊技術是一門多么古老而年輕的技術,在不同國家、不同工業時代都能起到極其重要的輔助作用。SMT工程技術人員有必要重視SMT錫焊技術基礎理論學習與研究。特別是今天綠色電子制造工業的發展,將給SMT無鉛錫焊技術發展帶來巨大的機遇與空間。
          25年來我國SMT技術取得了飛速的發展,從無到有,從小到大,今天我國已能自行生產再流焊爐,無鉛錫膏,AOI檢測設備等,有些產品已經達到國際先進水平。因此,我認為如何推進SMT國產化是十分必要和有意義的。中國SMT產業總量已超過日本,這是多么巨大的變化啊,這是20多年前在日本研修的我難以想象的。我為祖國SMT事業發展感到自豪。
          二)SMT無鉛錫膏進展
          歐盟在2006年7月1日全面禁止有鉛電子產品進入,我國于2007年3月1日正式公布《電子產品污染控制辦法》,綠色電子制造已成為全球發展趨勢,無鉛錫膏已成為世界各國研發的熱門課題,國際先進品牌的無鉛錫膏如阿爾法、田村、千住等已進入中國市場。
          目前國際上普遍采用的是錫銀銅無鉛錫膏,其主要成分錫粉為日本千住公司的專利產品無鉛合金錫銀銅(Sn96.5%Ag3%Cu0.5),雖然其熔點(217-219℃)高于有鉛錫膏的熔點(183℃),但符合環保要求,且可靠性強,是使用較廣的第一代無鉛錫膏。但該產品由于銀含量過高,且有日本千住的專利壟斷,因此價格昂貴。
          從2007年開始,美國、日本、中國等紛紛開發研究第二代高性價比無鉛錫膏。所謂第二代高性價比無鉛錫膏,錫粉由低銀或無銀合金組成,助焊劑中鹵素含量低或完全不含鹵素。上海華慶公司通過多年研究,所開發的第二代高性價比無鉛錫膏,由自主開發的含非離子鹵化物的松香助焊劑和低銀錫銀銅(Sn99%Ag0.3%Cu0.7%)錫粉混合而成,不但質量、可靠性強、錫膏壽命高、可焊性好,且貴金屬銀含量只有第一代無鉛錫銀銅錫膏的1/10,大大降低了生產成本,并有效避開了國外專利。本產品屬第二代低銀無鉛錫膏,在無鉛錫膏市場具有明顯的市場競爭優勢,同時本公司正在研發的熔點更低、成本更低的錫鉍銅(Sn82.5%Bi17%Cu0.5%)無鉛錫膏,該產品可填補國內外空白。
          電子工業用錫鉛焊料已有五十多年的歷史,近年來為了減少鉛對環境的污染和人類健康的影響,世界各國相繼研發出各種無鉛焊料,如錫銀系、錫銅系、錫鉍系、錫鋅系等無鉛焊料。目前主流的無鉛錫膏為錫銀銅無鉛錫膏,錫銀銅系的主流無鉛合金為Sn96.5%Ag3%Cu0.5,熔點為217-219℃,具有較好的性能,但由于含銀量較高,造成錫膏的性價比較低,因此目前世界上正開發第二代低銀(0307)以替代高銀無鉛錫膏(305)。此外,由于錫銀銅合金熔點大大高于錫鉛(Sn63brb37)合金183℃的熔點,其再流焊峰值溫度在235℃以上,大大高于錫鉛(Sn63brb37) 錫膏再流焊峰值溫度(210-230℃)。目前可以達到或接近錫鉛合金(Sn63brb37)熔點(183℃)的合金有錫鋅(Sn91%Zn9%)合金,其熔點為199℃;但由于鋅極易氧化,可焊性差,很難制成優良的錫膏。而錫鉍(Sn52%Bi48%)合金由于其熔點溫度為139℃,雖然可焊性好,但熔點太低,可靠性較差。同時,典型無鉛錫膏合金(如:Sn96.5%Ag3.5%, Sn96.5%Ag3%Cu0.5%等)由于所需再流峰值溫度較高,容易對耐熱性差的元件或PCB造成損傷,因此錫銀銅Sn96.5%Ag0.3%Cu0.7和錫鉍銅Sn82.5%Bi17%Cu0.5無鉛錫膏成為當前開發研究的方向。
          綜上所述我們認為第二代高性價比無鉛錫膏主要是以無鉛化、無鹵化、低銀化以及多品種方向發展。目前市場上主要品種有低銀錫銀銅和低溫錫鉍銅無鉛錫膏。目前將是個多品種的無鉛錫膏時代,以適應環保、能源和成本的挑戰。
        我們深信隨著科學技術的進步,可靠性數據的積累以及大量的生產實踐,最終將出現一種或幾種無鉛錫膏來取代有鉛錫膏,以完成無鉛化的轉換。
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