随着无铅生产的不断增长，制造厂家正寻求通过将现有的波峰焊机升级，满足无铅组件的需求，以节省资金的方法。
By Tony Gyemant

由于表面贴装元件占有优势地位，目前的再流焊接工艺已将重点放到无铅制造中。波峰焊接也必须向无铅技术转变，以避免同一个组件上含铅合金与不含铅合金混合到一起。

人们普遍认为，只要把无铅焊料直接添加到现有的波峰焊机中，就可以实现由锡铅（SnPb)向无铅的转变。还有一种常见的误解，认为有必要在无铅工艺中采用一种新型的波峰焊机。

如果要使无铅峰焊接工艺获得成功，就必须考虑改变整个工艺。大多数无铅焊料都具有良好的可焊性，但是，与锡铅焊料比较，却呈现出润湿性下降的特性。由于润湿性是焊接的一个关键因素，并受到多个变量的影响，因此焊接工艺需要调整，这些变化将会影响机器参数的绝大部分。

无铅合金的锡含量明显要比锡铅焊料的高，而且无铅合金需要更高的工艺温度。许多产品都是渐进式地转向无铅化，而许多制造厂家正在生产兼容无铅产品的波峰焊机。

由于无铅合金的润湿特性不如锡铅焊料的好，所以，使用优良的焊剂化合物是至关重要的。此外，无铅焊接所需的较高温度，要求焊剂化合物能够承受高达130℃的预热温度和280℃的液化焊料温度下长达3秒钟。一般建议使用无挥发性有机化合物（VOC free)的水基焊剂。

现有的波峰焊机需要较新的焊剂喷淋装置进行升级，以适用于挥发性有机化合物（VOC）水基焊剂的加工处理。超声或喷嘴类型的焊剂喷涂设备效果最好，因为焊剂的液滴尺寸是可以控制的，而且在整个印制电路板（PCB）上可以喷涂连续均匀的图形。使用无挥发性有机化合物的焊剂，可以获得最小尺寸的液滴，可以得到良好的通孔渗透。

在载入芯片或层流波时，为达到较高的温度，避免PCB过热，常常需要一个较长的预热区。PCB顶部达到适当的预热温度，对于降低焊接缺陷的影响最大。把从板子底部进行远红外加热的方法，与从板子顶部进行对流加热的方法结合在一起，可使PCB获得最佳得预热效果。

无铅波峰焊接的预热要求，传送速度为120mm/min的加热区长度需达1.8米，而传送速度大于180mm/min的加热区长度需达2.4米。有效的升级方法是：用一种外置的焊剂喷涂机替代现有的焊剂喷涂机。这不仅可以改善焊剂应用的质量，还可以释放波峰焊机内的空间。

对于熔点为217℃的锡-银-铜合金（SnAgCu）,焊锡锅的温度应在260°-270℃之间。对于高熔点的合金，如锡-铜（SnCu),焊接温度可在270°-280℃之间。

由于无铅合金的润湿特性较差，需要较长的接触时间，所以，通常都要改变层流焊嘴的特性。通常会减小芯片与层流波之间的距离，以便最大限度地减少接触点之间的温度下降。增加层流波长度可以改善润湿性，同时可以提高预热量，产生类似的效果。降低层流波的压力头高度，可以减小溢出焊料的距离，从而减少浮渣量。

与锡铅焊料比较，大多数无铅合金由于增加了锡的含量，在焊料液化时会很快氧化。由于工艺温度较高，就会很快形成由锡氧（SnO and SnO2)构成的氧化物和浮渣。焊锡锅中的惰性氮气氛使得液化焊料尽量少暴露于氧气氛下,从而减少浮渣量。降低氧化的速率并聚焦浮渣，可明显提高焊料性能。

裸铜上的OSP涂层很快取代了传统的热风整平（HASL）板涂层，使得人们必须权衡铅污染和铜污染的潜在影响问题。由于无铅波峰焊接得到广泛应用，由于无铅合金的铜的溶解速率较高要求增加对焊锡锅的保养维护，引发了一系列的问题。

在长时间的操作过程中，焊锡锅中某些无铅合金的流动逐渐缓慢下来。这是由于焊锡锅底部的铜-锡金属间化合物（CuSn)的聚集所造成的。使用标准的锡铅波峰焊接，其铜-锡金属间化合物是流动的，这类问题就不存在了。

在标准的锡-铅波峰焊炉中，像铜这样的杂质在其聚集时与锡形成金属间化合物。降低焊锅的温度，让焊锅闲置几个小时，撇去其表面的浮渣，可以轻松地去除金属间化合物。这种方法很奏效，因为铜-锡金属间化合物（CuSn)的密度为8.28,而锡-铅(SnPb)的密度为8.80,铜-锡金属间化合物可以流动。对锡铅焊炉进行周期性的保养维护，可使铜含量保持在0.15-3%之间，这一范围是可以接受的。锡-铜或锡-银-铜无铅焊料合金的密度小于锡铅焊料的密度。