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技术方案

无铅波峰焊和无铅回流焊的趋势及要求

作者: admin发表时间:2018-12-06浏览量:306

2006年7月1日起,欧洲WEEE(电气与电子设备废弃物)指南明确规定,禁止进口含铅的电子产品,并将最高含铅量(以重量计)不超过1000ppm的产品标记为“绿色环保”产品。业界必须研发出理想的焊料和相应的处理设备,以满足现阶段无铅生产的要求。
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    2006年7月1日起,欧洲WEEE(电气与电子设备废弃物)指南明确规定,禁止进口含铅的电子产品,并将最高含铅量(以重量计)不超过1000ppm的产品标记为“绿色环保”产品。业界必须研发出理想的焊料和相应的处理设备,以满足现阶段无铅生产的要求。

更新设备要付出昂贵的花费,同时锡-银-铜(Sn-Ag-Cu)合金也有望成为一种无铅焊料。这种变化也改变了传统焊接工艺,因此采购无铅回流焊必须对设备和工艺的新特点有深刻的认识,同时不但要考虑初期投资费用,还应该注重设备的长期成本。另外,无铅回流焊的维护便利性可减少生产时间和降低维护成本,所以在采购时应该重视无铅回流焊的维护便利性。

无铅焊料高熔点使工艺窗口变窄
260℃为回流焊炉的危险温度,多数元件的测试温度不会超过这一点,因此可以将它认为是回流焊工艺的温度上限。要正确地进行回流焊,焊炉的峰值温度要最少比合金的熔点高15℃。锡-铅(Sn-Pb)焊料的共熔温度曲线峰值为225℃,高于熔点42℃,低于危险温度35℃。因此,焊炉温度应设定为230℃到280℃之间。所选无铅回流焊最高额定温度只要达到300℃,就能满足峰值温度要求。

锡-银-铜合金的峰值温度为245℃,高于熔点28℃,低于危险温度15℃。这使得工艺窗口几乎减小了50%,因此温度控制要严格。锡-银-铜合金的峰值温度为245℃,根据无铅工艺的温度曲线,焊炉温度必须设定为约280℃到325℃。多数无铅回流焊设备的最大额定温度为350℃,也符合采购需要。

加热时间对回流焊的影响也极大,它是由加热器的总长度所决定的。产品加热时间长,其温度越高。对于大件的产品,如果将传送带的速度降低10%到15%会获得较好的无铅回流焊温度曲线,但降低生产率会降低。即使额定温度为325℃(甚至300℃)的焊炉也可以不经过任何改动而用于无铅回流焊,视产品的体积大小而定。如果产品体积大同时散热器面积大,则需要速度较慢、炉腔较长及额定温度高达350℃的焊炉。

控制对流需要闭环式静压控制
对流是热传导过程的相当重要的因素,而静压是衡量回流焊炉对流情况的标准。静压的产生与焊炉加热舱的热传导量直接关系。通过用一块大尺寸四方扁平封装(QFP)、塑料引脚芯片载体(PLCC)和小尺寸的小引脚IC(SOIC)的15英寸×11英寸×1/16的电路板进行测试。我们在不同尺寸的元件中装了四个热电偶,用来检测静压是如何影响不同尺寸元件的峰值温度的。当静压减小时,这块带有各种元件的测试板的峰值温度变化了大约7℃。对静压加以闭环式控制可将对流设置为希望值。此外,使用静压控制器后,无论焊炉是以50Hz还是60Hz的交流电工作,其静压均相同。

热性能对无铅回流焊至关重要
回流焊炉的对流情况与其喷嘴结构、气压和所用气体有关。对流较强时则要求焊炉温度较低,以便热传导均匀。因此选择热性能好的无铅回流焊炉十分重要。

典型的循环对流有三个基本步骤,即吸气、加压和传送。在任一步骤置入加热器均可进行加热。在不同的步骤加热,焊炉相应部位的加热特征也不同。吸气步骤加热,气体密度相对较低,加热会比较缓慢。在加压过程中加热,气体的密度较高,与气体分子的碰撞加剧,加热速度最快。在传送步骤加热需要板状加热器,要求气流必须十分缓慢,这样才能均匀的加热。但由于加热器面积较大,在需要突然升温时加热系统会反应较慢。

相比初期成本,长期拥有成本更重要
拥有成本可从多个方面来考虑。不过,我们应该关注设备的长期收益,而不是折旧成本。相比之下,长期拥有成本更重要,它决定了相关的运转费用及维护成本。拥有成本主要包括三个方面:加热效率及热损耗、维护成本和资源损耗。产生热损耗是自然的,损耗量的多少与焊炉的绝缘质量和设计用途用关。绝缘好的无铅回流焊炉有助于保持热量并减少焊炉的工作量。热传导效率较高,加热器只需要少量工作便可提供所需热量。绝缘质量好的焊炉还可减少辐射到环境中的热量并降低相关成本,因为如果环境温度上升,为了散热就会导致空调的耗电量增加。

焊炉维护是拥有成本的另一个部分。频繁维护增加了劳动成本,也占用生产时间。回流焊工艺的唯一副产品是焊炉内会堆积焊料,需要经常清洁。

第三项成本是资源损耗,包括用电量和用氮量。用电量的多少由加热效率而定。对于某件产品而言,将其冷却与加热所需的电力一样。氮是一种保护气体,可防止金属在回流焊过程中过度氧化。此外,氮气的热传导性比空气更佳。使用氮气可获得更大的工艺窗口,同时保持最佳的可焊性,因此,我们希望焊炉能够以细小的精度控制氧气不出现波动。选择可控制焊炉中的废气、优化或缩小炉腔大小、扩展炉腔入口及在可接受的氧浓度下焊接产品的回流焊设备,可以减少焊炉的氮气使用量。

设备可维护性也是采购的关注点
回流焊的高温下,约有50%或更多的焊料会汽化进入炉体。由于焊炉的生产率较高,因此如果它的设计不利于清洁,维护十分麻烦。

无铅工艺所需的温度增高,堆积的焊料也会更多,需要加以控制或简化维护。因此,选择焊炉设计得易于更换维护的设备十分重要。如果能够方便地用干净部件替换污染部件,就可以尽可能短得占用生产时间。

2018-10-24 166人浏览
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