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回流焊工艺

无铅工艺对回流焊设备的要求

发布时间:2018-08-31  新闻来源:

回流焊炉从整个无铅工艺角度看对最后的产品质量起着至关重要的作用。但是,从整条SMT生产线的投资角度看,无铅焊炉的投资往往只占到整条SMT线投资额的10-25%。这也就是为什么很多电子制造商在转入无铅生产后马上将原有回流焊炉更换成更高品质回流焊炉的原因。日趋成熟的无铅工艺究竟对回流焊设备提出了哪些新的要求呢?我们从下列几个方面来加以分析:

回流焊设备

回流焊设备


一、如何获得更小的横向温差

由于无铅焊接工艺窗口很小,因此横向温差的控制非常重要。回流焊内的温度一般受到四个因素的影响:

1、热风的传递

目前主流的无铅回流焊炉均采取100%全热风的加热方式。在回流焊炉的发展进程中也出现过红外加热的方式,但由于红外加热存在不同颜色器件的红外吸收反射率不同和由于相邻原器件遮挡而产生阴影效应,而这两种情况都会造成温差而使无铅焊接存在跳出工艺窗口的风险,因此红外加热技术在回流焊炉的加热方式中已被逐渐淘汰。 在无铅焊接中,需要重视热传递效果。特别对于大热容量的原器件,如果不能得到充分的热传递,就会导致升温速度明显落后于小热容量器件而导致横向温差。

2、链速的控制

链速的控制会影响线路板的横向温差。常规而言,降低链速,会给予大热容量的器件更多的升温时间,从而使横向温差减小。但是毕竟炉温曲线的设置取决于焊膏的要求,所以无限制的降低链速在实际生产中是不现实的。

3、风速与风量的控制

我们做过这样一个实验,保持回流焊炉内的其他条件设置不变而只将回流焊炉内的风扇转速降低30%,线路板上的温度便会下降10度左右。可见风速与风量的控制对炉温控制的重要性。

为了实现对风速与风量的控制,需要注意两点:

a. 风扇的转速应实行变频控制,以减小电压波动对它的影响;

b. 尽量减少设备的抽排风量,因为抽排风的中央负载往往是不稳定的,容易对炉内热风的流动造成影响。

c. 设备的稳定性

即时我们获得了一个最佳的炉温曲线设置,但要实现他还是需要用设备的稳定性,重复性和一致性来给予保证。特别是无铅生产,炉温曲线如果由于设备原因稍有漂移,便很容易跳出工艺窗口导致冷焊或原器件损坏。所以,越来越多的生产厂家开始对设备提出稳定性测试的要求。

二、氮气的使用

无铅时代的到来使回流焊是否充氮变成了一个热门的讨论话题。由于无铅焊料的流动性,可焊性,浸润性都不及有铅焊料,尤其是当电路板焊盘采用OSP工艺(有机保护膜的裸铜板)时,焊盘容易氧化,常常造成焊点的润湿角太大和焊盘露铜现象。为了提高焊点质量,我们有时需要在回流焊时使用氮气。氮气是一种惰性保护气体,可以保护电路板焊盘在焊接中不被氧化 ,对提高无铅焊料的可焊性起到明显的改善效果。

尽管目前不少电子产品制造商出于运行成本考虑暂时没有使用氮气,但是随着对无铅焊接质量要求的不断提高,氮气的使用会越来越普遍。所以比较好的选择是虽然目前实际生产不一定使用氮气,但设备最好留有充氮接口,以保证设备具备未来满足充氮生产要求的灵活性。

三、有效的冷却装置和助焊剂管理系统

无铅生产的焊接温度明显高于有铅,这就对设备的冷却功能提出了更高的要求。此外,可控的较快冷却速度可以使无铅焊点结构更致密,对提高焊点机械强度带来帮助。特别是当我们生产如通讯背板等大热容量的线路板时,如果我们仅仅使用风冷方式,线路板在冷却时将很难达到3-5度/秒的冷却要求,而冷却斜率达不到要求将使焊点结构松散而直接影响到焊点的可靠性。因此,无铅生产更建议考虑采用双循环水冷装置,同时设备对冷却斜率应可以按要求设置并完全可控。

无铅锡膏中往往加有较多的助焊剂,助焊剂残留物容易堆积在炉子内部,影响到设备的热传递性能,有时甚至会掉到炉内的线路板上面造成污染。要在生产过程中将助焊剂残留排出有两种方式;

1、 抽排风

抽排风是排出助焊剂残留物的最简单的方式。但是,我们在前文中已提到,过大的抽排风会影响到炉腔内热风气流的稳定性。此外,增加抽排风量会直接导致能耗(包括用电和用氮)的上升。

2、多级助焊剂管理系统

助焊剂管理系统一般包括过滤装置和冷凝装置。过滤装置将助焊剂残留物中的固体颗粒部分进行有效分离过滤,而冷装置凝则是在热交换器中将气态的助焊剂残留物冷凝成液态,最后汇集在收集盘中集中处理。
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