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        線路板無鉛化挑戰的復雜PCB組件

        鉛在電子工業中有著非常廣泛的應用需求,這是因為它的價格比較低廉,同時具有良好的導電性和相對較低的熔點。然而,根據有關的國際公約,特別是歐盟的規定,許多國家和電子產品用戶的技術標準都規定,在提供銷售的商品中要消除有害材料的使用。因此盡管它的應用非常普及,但在電子行業中人們還是在不斷地尋找鉛的替代品。 

        丟棄鉛-這條信息是在90年代后期從日本發出的,目前己經在歐盟(European Union 簡稱EU)通過了嚴格的立法。與此同時鉛所帶來的毒性沖擊己經被越來越多的人所知曉,但是人們依然在對電子產品中是否能含有鉛進行激烈的爭論,它對人類和環境構成了威脅。人們所關心的事是對來自于垃圾填埋場所丟棄掉的電子元器件中的鉛及鉛礦和鉛的加工處理過程中鉛是否能被過濾掉。 

        另外,在對含鉛元器件進行回收的過程中有毒物體的散發也是一項人們所關心的問題。用來替代鉛的絕大多數產品可以消除人們對鉛毒性的關注,但是也可能會引發其它的環境問題。舉例來說,熔化點的提高就意味著更多的能源消耗。但是從另外一個方面來說,在一些實際操作過程中,通過采用先進的設備和新的回流焊接加工曲線,可以在較高的熔化溫度下,減少能源的消耗。作為含有SnPb替換物的銀對生態所產生的破壞作用是在開礦和處理礦石中所含有的貴金屬時,需要消耗巨大的能源。 

        無鉛化焊接技術會對PCB線路板組件帶來哪些影響呢? 

        一般來說載有各種各樣電子元器件的PCB組件在電子裝配過程中必須經歷焊接工藝,波峰焊接就是一項人們熟知的常用焊接方式。當PCB組件轉換到采用無鉛化的波峰焊接時會遭遇到許多方面的挑戰。就像任何一項新穎的生產制造技術進入到產品制造生產之中一樣,人們可能對許多相關的挑戰作了預先的估計,并且做了提前的應對準備。 

        然而,有一些挑戰不能夠提前知曉,往往要等到產品大規模的生產以后,才會將有關的問題暴露出來,才能提供充分的數據,為解決這些問題提供依據。所以工程師們往往會在生產工藝的實施過程中不斷的學習,并吸取教訓和經驗。 

        其實無鉛化裝配工藝并不是一項非常新穎的工藝技術,無鉛化波峰焊接己經被實際采用了好多年了。在RoHS法規制定出來以前的很長一段時間內,電子裝配工程師己經遭遇了由于所使用的銀錫焊條具有較高的熔化溫度,所以需要采用較高的焊接操作溫度。 

        這些電子組件被設計是用來滿足惡劣環境的要求,由于其相對而言并不顯得很復雜,所以產量是能夠被接受的。當RoHS法規被引入到電子組裝的主流領域的時候,作為過渡的先期產品也是相對簡單的,其中包括了消費類電子產品。 

        通過利用單面或者雙面的PCB組件,人們在PCB的焊接面上采用了相對麻煩較少的SMT器件。對這類電子組件的無鉛化過渡轉換基本上是一帆風順的,不需要對原來自于錫鉛合金的工藝參數設置作重大的改動。在許多情況下面,甚至于最原始的適用于錫鉛合金的焊劑也能夠被成功地用于無鉛化工藝操作之中。 

        人們通過多年的研究,一般來說當采用無鉛化焊接的時候,1.6mm厚的PCB會遭遇到略微偏緊的工藝口。對預熱的要求變化不是太大,絕大多數現行的焊接設備完全能夠適應。焊接溫度可能會有所增加,這主要取決于在以前錫鉛合金工藝操作中所采用的熔化溫度。用無鉛化焊料將孔洞完全填沒可能會遭遇到很大的挑戰,尤其是一些采用了OSP表面涂覆的產品。在波峰焊接中的停頓時間可能會有一秒或者兩秒以上。排水、或者在降低橋接現象方面,無鉛化合金沒有錫鉛合金那樣好處理,所以對細微間距的器件來說可能會呈現出問題。 

        所有這一切,對于復雜程度較小的組件來說,絕大多數的挑戰都可以通過制定正確的參數和使用基本的工藝過程控制測量技術來予以解決。 

        隨著較厚的、具有較多層數的PCB線路板和較為復雜的電子組件(例如程控交換機的電路板)進入到從錫鉛合金到無鉛化焊接的過渡期,錫鉛合金與無鉛化合金之間在工藝操作方面的差異就增大了。 

        在這些領域中的一部分問題己經通過實際操作反映了出來,但人們還來不及對它們開展深入的研究工作,這需要由大量的產品生產作基礎,只有這樣才能夠提供所需要的信息?,F在一些具有較高復雜程度的組件己經被實施了大量的生產,所形成的挑戰主要來自于下面幾點:   

        1.隨著線路板的厚度增加,孔洞填充方面的挑戰呈指數級增長。 

        2.大量的布線層數量和眾多的接地連接使孔洞的填充問題更進一步的惡化。 

        3.由于信號和接地層的不斷增加,使得熱物質增多,對預先加熱工作帶來了挑戰。 

        4.如果選擇焊料刮板的話,它們會對PCB的預熱暴露區域形成屏蔽,這更進一步加重了預先加熱方面的問題。 


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