Thông tin PCB - Về điểm nóng chảy của hàn không chì

Điểm nóng chảy của chất hàn là gì? Điểm nóng chảy của hàn không chì là một cân nhắc quan trọng trong sản xuất điện tử hiện đại, và các vấn đề về môi trường và sức khỏe đã dẫn đến sự chuyển đổi từ hàn dựa trên chì thông thường. Bài viết này khám phá các tính chất, lợi ích và thách thức của hàn không chì, đặc biệt tập trung vào điểm nóng chảy của chúng.

Giới thiệu

Điểm nóng chảy của hàn không chì đánh dấu nhiệt độ mà hàn chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng. Thông số này rất quan trọng để đảm bảo các mối hàn đáng tin cậy trong các thiết bị điện tử. Với các quy định như Chỉ thị hạn chế các chất độc hại (RoHS) hạn chế việc sử dụng chì trong các thiết bị điện tử, việc hiểu điểm nóng chảy của các chất thay thế không chì ngày càng trở nên quan trọng đối với các nhà sản xuất và kỹ sư.

Bối cảnh lịch sử

Theo truyền thống, hàn chì, đặc biệt là hỗn hợp đồng nóng chảy thấp 63% thiếc và 37% chì (Sn63/Pb37), được ưa chuộng vì điểm nóng chảy tương đối thấp 183 ° C (361,4 ° F), dễ sử dụng và hình thành khớp chắc chắn. Tuy nhiên, ngành công nghiệp phần lớn đã chuyển sang hàn không chì do độc tính của chì và tác động của nó đối với môi trường.

Hợp kim hàn không chì phổ biến

Một số hợp kim hàn không chì đã được phát triển, mỗi hợp kim có đặc tính và điểm nóng chảy độc đáo. Phổ biến nhất bao gồm:

SAC305 (96,5% thiếc, 3% bạc, 0,5% đồng): Đây là một trong những chất hàn không chì được sử dụng rộng rãi nhất với điểm nóng chảy khoảng 217 ° C (422,6 ° F).

Sn100 (99,3% thiếc, 0,7% đồng): điểm nóng chảy của hợp kim này là khoảng 227 ° C (440,6 ° F).

SN100C (99,25% thiếc, 0,7% đồng, 0,05% niken): Biến thể này phổ biến vì điểm nóng chảy thấp khoảng 227 ° C (440,6 ° F) và tăng cường độ ẩm.

Tính chất của chì miễn phí hàn

Điểm nóng chảy của hàn không chì ảnh hưởng đến một số khía cạnh của quá trình hàn và sản phẩm cuối cùng. Điểm nóng chảy cao hơn đòi hỏi phải điều chỉnh nhiệt độ hàn, đường cong hồi lưu và công thức thông lượng. Dưới đây là một số tính năng chính bị ảnh hưởng bởi điểm nóng chảy:

1. ổn định nhiệt: hàn không chì thường cho thấy sự ổn định nhiệt cao hơn, có lợi cho các ứng dụng nhiệt độ cao, nhưng có thể gây ra thách thức cho các yếu tố nhạy cảm nhiệt.

2. Độ bền cơ học: Các tính chất cơ học như độ bền kéo và độ dẻo bị ảnh hưởng bởi thành phần hợp kim và điểm nóng chảy.

3. Độ ẩm: Độ ẩm thích hợp là rất quan trọng để tạo ra các mối hàn chắc chắn. Hàn không chì cần thông lượng có thể hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ cao hơn để đảm bảo độ ẩm tốt.

Hàn không chì có điểm nóng chảy cao hơn đáng kể so với hàn chì truyền thống, có nhiều tác động quan trọng đến quá trình hàn PCB. Nó thường dao động từ 217 ° C đến 250 ° C, tùy thuộc vào thành phần của hàn, chẳng hạn như hợp kim thiếc-bạc-đồng (SAC305) thường có điểm nóng chảy lên tới 260 ° C, trong khi hàn chì (khoảng 183 ° C) cao hơn 34 ° C. Sự khác biệt nhiệt độ đáng kể này có nghĩa là thiết bị và vật liệu phải chịu nhiệt độ cao hơn và kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt hơn trong quá trình hàn.

Ảnh hưởng đến quá trình hàn

Yêu cầu về nhiệt độ hàn: Hàn không chì phải sử dụng nhiệt độ hồi lưu cao hơn, điều này sẽ đẩy nhanh quá trình oxy hóa của đĩa PCB và chân linh kiện. Môi trường nhiệt độ cao đòi hỏi sự ổn định nhiệt tốt và khả năng chịu nhiệt độ cao của thiết bị và vật liệu hàn.

Thu hẹp cửa sổ quy trình: Một vấn đề lớn gây ra bởi điểm nóng chảy cao là sự thu hẹp của cửa sổ quy trình, làm giảm đáng kể phạm vi thay đổi của kiểm soát nhiệt độ. Điều này có nghĩa là cần kiểm soát nhiệt độ chính xác hơn trong quá trình hàn để tránh các khuyết tật hàn do biến động nhiệt độ.

Chất lượng mối hàn: Hàn không chì có tính lưu động và độ ẩm tương đối kém và có thể dễ dàng dẫn đến các khuyết tật mối hàn như hàn giả và hàn lạnh nếu không được kiểm soát đúng cách. Trong quá trình hàn PCB dày, độ dày lớn và công suất nhiệt cao có thể dẫn đến nhiệt độ không đồng đều, có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự hình thành và chất lượng của các mối hàn.

Yêu cầu về thiết bị và vật liệu: Công nghệ hàn không chì đặt ra yêu cầu cao hơn đối với thiết bị và vật liệu hàn. Ví dụ, dòng chảy được sử dụng cần phải mạnh hơn để đáp ứng những thách thức do nhiệt độ cao. Ngoài ra, việc lựa chọn vật liệu PCB cần ưu tiên chất nền có nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh cao hơn để chịu được ảnh hưởng của nhiệt độ cao.

Lợi thế và thách thức

Việc chuyển sang hàn không chì mang lại một số lợi ích, cùng với một số thách thức:

Lợi thế

An toàn môi trường và sức khỏe: Loại bỏ chì làm giảm nguy cơ ngộ độc chì và ô nhiễm môi trường.

Tuân thủ các quy định: Sử dụng hàn không chì đảm bảo tuân thủ RoHS và các tiêu chuẩn quốc tế khác.

Thách thức

Điểm nóng chảy cao hơn: Hàn không chì thường có điểm nóng chảy cao hơn so với hàn dựa trên chì, do đó đòi hỏi nhiệt độ xử lý cao hơn và có thể dẫn đến căng thẳng nhiệt cho các thành phần.

Chi phí: Hợp kim hàn không chì, đặc biệt là những hợp kim có chứa bạc, có thể đắt hơn so với hàn dựa trên chì thông thường.

Một số yếu tố phải được xem xét khi lựa chọn hàn không chì cho một ứng dụng cụ thể:

Khả năng tương thích thành phần: Các thành phần phải có khả năng chịu được nhiệt độ cao hơn cần thiết cho hàn không chì.

Reflow hồ sơ: Reflow hồ sơ lò hàn phải được kiểm soát cẩn thận để đạt được sự hình thành điểm hàn thích hợp mà không làm hỏng các thành phần.

Độ tin cậy của mối hàn: Các tính chất cơ học và nhiệt của mối hàn phải đáp ứng các yêu cầu của ứng dụng.

Nghiên cứu điển hình và ví dụ ngành

Nhiều nghiên cứu trường hợp đã chỉ ra rằng hàn không chì đã được sử dụng thành công trong các ngành công nghiệp khác nhau. Ví dụ, ngành công nghiệp ô tô sử dụng hàn không chì để đáp ứng các quy định môi trường nghiêm ngặt trong khi vẫn duy trì độ tin cậy của hệ thống điện tử. Nghiên cứu liên tục và phát triển công nghệ hàn không chì được thiết kế để đáp ứng những thách thức hiện tại và cải thiện hiệu suất của các vật liệu này. Những cải tiến như hàn composite nano và công thức hợp kim mới hứa hẹn sẽ cải thiện hiệu suất của hàn không chì, đặc biệt là điểm nóng chảy và độ bền cơ học.

Điểm nóng chảy của hàn không chì là một đặc tính cơ bản ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình hàn và độ tin cậy của các thành phần điện tử. Khi ngành công nghiệp tiếp tục ưu tiên môi trường và an toàn sức khỏe, những điểm chính để hiểu và tối ưu hóa hàn không chì sẽ vẫn là trọng tâm của các nhà sản xuất và kỹ sư. Bằng cách chọn hợp kim hàn phù hợp và điều chỉnh quá trình hàn, các điểm hàn chất lượng cao, đáng tin cậy có thể đạt được để đáp ứng nhu cầu của các sản phẩm điện tử hiện đại. Điểm chính của hàn không chì không chỉ là một thông số kỹ thuật, nó đại diện cho một yếu tố quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang thực tiễn sản xuất điện tử bền vững và an toàn hơn.