工业控制设备：PLC、传感器等工业电子元件的无铅焊接

在工业控制设备中，PLC（可编程逻辑控制器）、传感器（如温度、压力、光电传感器）等电子元件的无铅焊接直接关系到设备的长期可靠性——这些设备往往需在宽温（-40℃~85℃+）、强振动、多粉尘/潮湿等极端环境下稳定运行（寿命要求10年以上），且故障可能导致生产线停机、安全事故等严重后果。

无铅焊接需以“抗疲劳、耐极端环境、工艺兼容性”为核心，结合元件特性与场景需求选择材料及工艺。

工业电子元件的焊接核心要求；

与消费电子或照明设备相比，工业控制元件的焊接有三个显著差异：

1. 极端环境耐受性：需承受剧烈温度波动（如户外控制柜的昼夜温差）、持续振动（如机床旁的传感器）、油污/粉尘侵蚀（如车间PLC）；

2. 高可靠性冗余：焊点失效可能引发连锁故障，因此要求焊点机械强度高、抗疲劳性能优异（如温度循环下的焊点裂纹风险极低）；

3. 元件多样性：包含大型功率端子（如PLC的继电器模块）、精密IC（如传感器的信号处理芯片）、异形连接器等，焊接形态复杂（SMT/THT混合工艺）。

无铅焊锡合金的选择：按元件类型与环境适配

 无铅焊锡的核心是通过合金配比平衡熔点、机械强度、抗热疲劳性，需针对工业元件的“功率/精密”属性差异化选择：

 1. 大功率/强振动场景（如PLC功率模块、电机驱动端子）

 元件特点：焊点尺寸大（直径＞1mm）、承载电流高、长期受振动应力（如车间机床振动）；

核心需求：高机械强度（抗剪切、抗拉伸）、抗振动疲劳；

推荐合金：

Sn-Ag-Cu-Sb（SAC-Sb）：在SAC305基础上添加1-2%Sb，可提升高温（125℃）下的抗拉强度（提升约15%）和振动疲劳寿命（提升30%以上），适合功率端子、重载连接器焊接；

Sn-Cu-Ni（Sn99.0-Cu0.7-Ni0.05）：成本低于SAC系列，Ni可细化晶粒、减少焊点脆化，适合对成本敏感的大功率通孔元件（如PLC的电源接口）。

 2. 精密/宽温场景（如传感器IC、PLC数字量模块）

 元件特点：焊点微小（0.3-0.8mm，如0402封装电阻、传感器的MCU引脚）、对温度敏感（如MEMS传感器怕高温）、需承受-55℃~125℃宽温循环；

核心需求：高润湿性（避免细间距桥连）、低熔点（减少元件热损伤）、抗热循环疲劳；

推荐合金：

SAC305（Sn96.5-Ag3.0-Cu0.5）：工业主流选择，Ag含量高（3%）可提升焊点延展性（断裂伸长率＞20%），在宽温循环中不易因热胀冷缩开裂，适合大多数精密SMT元件；

低熔点无铅合金（如Sn-Bi-Ag-Cu）：熔点170-180℃（低于SAC），适合对热敏感的元件（如红外传感器的光学芯片），但需注意其脆性较高（断裂伸长率＜10%），仅用于无强振动场景。

 3. 特殊镀层元件（如镀镍/镀金引脚）

 元件特点：部分工业连接器、传感器引脚采用镀镍（耐磨）或镀金（抗氧化），但镍层氧化后难焊接，金层过厚易导致“金脆”（Au与Sn形成脆性金属间化合物）；

推荐合金：

针对镀镍引脚：SAC-Ni（含0.05%Ni），Ni可抑制Sn与Ni过度反应，减少IMC（金属间化合物）层增厚，提升焊点可靠性；

针对镀金引脚：Sn-Cu-Ag（Ag≤2%），低Ag可减少Au-Sn-Ag脆性相生成，配合高活性助焊剂去除金层表面氧化。

 助焊剂选择：兼顾活性与无腐蚀性

 工业元件引脚易因存储环境（如车间油污、氧化）导致焊接困难，助焊剂需满足“强去污、低残留、无腐蚀”：

 1. 按工艺类型选择

 SMT贴片（精密元件）：用无卤免清洗焊膏（助焊剂含量8-12%），活性等级为RMA（中等活性），适合传感器IC、PLC的贴片电容等，避免残留腐蚀；若引脚氧化严重，可选用RA（高活性）焊膏，但需后续清洗（用异丙醇或专用清洗剂）。

THT通孔（功率端子）：波峰焊用液态助焊剂（松香基，含少量活化剂），活性等级RA，确保焊锡完全润湿端子与焊盘；手工焊用含助焊剂的焊丝（助焊剂芯为RMA级），避免焊点虚焊。

 2. 关键指标：无卤与耐湿热

 工业设备可能在潮湿环境运行，助焊剂需无卤（Cl≤900ppm，Br≤900ppm），避免卤素残留吸潮后腐蚀焊点；

对于户外或高湿场景（如水利传感器），推荐低残留助焊剂（残留量＜5mg/in²），或焊接后强制清洗（如超声清洗），确保焊点表面无电解质残留。

 工艺要点：适配工业元件的焊接特殊性

 1. 温度曲线优化（避免元件损伤）

 无铅焊锡熔点高（217-227℃），而工业元件如传感器的陶瓷封装、PLC的电解电容耐热性有限，需优化回流焊/波峰焊曲线：

回流焊：峰值温度比焊锡熔点高20-30℃（如SAC305峰值240-250℃），升温速率≤3℃/s，高温停留时间＜60s，减少元件热应力；

波峰焊：焊锡锅温度250-260℃（SAC305），传送带速度1.2-1.8m/min，避免引脚氧化（高温下暴露时间过长）。

 2. 混合工艺（SMT+THT）的协调

 PLC模块常同时包含贴片IC和通孔端子，需注意：

先焊SMT元件（回流焊），再焊THT端子（波峰焊或手工焊），避免二次高温导致SMT焊点重熔；

手工焊大功率端子时，用恒温烙铁（350-380℃），焊接时间＜3s，防止端子过热损坏内部绝缘。

 可靠性保障：测试与验证

 工业设备的焊接质量需通过严苛测试验证，核心测试项目包括：

 1. 温度循环测试：-55℃~125℃，1000次循环后检查焊点是否开裂（用X射线或金相分析）；

2. 振动测试：10-2000Hz随机振动（加速度10-20g），持续100小时，验证焊点抗振动疲劳能力；

3. 湿热测试：85℃/85%RH，1000小时后测试绝缘电阻（≥10⁹Ω），确保无腐蚀失效；

4. 机械强度测试：对端子焊点进行拉剪试验，剪切强度需≥30MPa（SAC305焊点典型值35-40MPa）。

 工业无铅焊接的核心原则；

 1. 合金优先抗疲劳：大功率/振动场景选SAC-Sb或SAC305，精密/敏感元件选低Ag SAC或低熔点合金；

2. 助焊剂控活性与残留：高活性去氧化，无卤低残留防腐蚀，必要时强制清洗；

3. 工艺适配元件特性：优化温度曲线防热损伤，协调混合工艺的焊接顺序；

4. 测试覆盖极端场景：通过温度循环、振动、湿热测试验证长期可靠性。

 通过以上选择，可确保PLC、传感器等工业元件在极端环境下的焊接可靠性，满足工业级“长寿命、零故障”需求。