無鉛波峰焊和無鉛回流焊的趨勢及要求
作者： 深圳市偉達科電子設備有限公司發(fā)表時間：2018/12/6 10:55:40瀏覽量：2629
2006年7月1日起，歐洲WEEE（電氣與電子設備廢棄物）指南明確規(guī)定，禁止進口含鉛的電子產品，并將最高含鉛量(以重量計)不超過1000ppm的產品標記為“綠色環(huán)?！碑a品。業(yè)界必須研發(fā)出理想的焊料和相應的處理設備，以滿足現階段無鉛生產的要求。
文本標簽：無鉛波峰焊和無鉛回流焊的趨勢及要求
2006年7月1日起，歐洲WEEE（電氣與電子設備廢棄物）指南明確規(guī)定，禁止進口含鉛的電子產品，并將最高含鉛量(以重量計)不超過1000ppm的產品標記為“綠色環(huán)保”產品。業(yè)界必須研發(fā)出理想的焊料和相應的處理設備，以滿足現階段無鉛生產的要求。
更新設備要付出昂貴的花費，同時錫-銀-銅(Sn-Ag-Cu)合金也有望成為一種無鉛焊料。這種變化也改變了傳統(tǒng)焊接工藝，因此采購無鉛回流焊必須對設備和工藝的新特點有深刻的認識，同時不但要考慮初期投資費用，還應該注重設備的長期成本。另外，無鉛回流焊的維護便利性可減少生產時間和降低維護成本，所以在采購時應該重視無鉛回流焊的維護便利性。
無鉛焊料高熔點使工藝窗口變窄
260℃為回流焊爐的危險溫度，多數元件的測試溫度不會超過這一點，因此可以將它認為是回流焊工藝的溫度上限。要正確地進行回流焊，焊爐的峰值溫度要最少比合金的熔點高15℃。錫-鉛(Sn-Pb)焊料的共熔溫度曲線峰值為225℃，高于熔點42℃，低于危險溫度35℃。因此，焊爐溫度應設定為230℃到280℃之間。所選無鉛回流焊最高額定溫度只要達到300℃，就能滿足峰值溫度要求。
錫-銀-銅合金的峰值溫度為245℃，高于熔點28℃，低于危險溫度15℃。這使得工藝窗口幾乎減小了50%，因此溫度控制要嚴格。錫-銀-銅合金的峰值溫度為245℃，根據無鉛工藝的溫度曲線，焊爐溫度必須設定為約280℃到325℃。多數無鉛回流焊設備的最大額定溫度為350℃，也符合采購需要。
加熱時間對回流焊的影響也極大，它是由加熱器的總長度所決定的。產品加熱時間長，其溫度越高。對于大件的產品，如果將傳送帶的速度降低10%到15%會獲得較好的無鉛回流焊溫度曲線，但降低生產率會降低。即使額定溫度為325℃(甚至300℃)的焊爐也可以不經過任何改動而用于無鉛回流焊，視產品的體積大小而定。如果產品體積大同時散熱器面積大，則需要速度較慢、爐腔較長及額定溫度高達350℃的焊爐。
控制對流需要閉環(huán)式靜壓控制
對流是熱傳導過程的相當重要的因素，而靜壓是衡量回流焊爐對流情況的標準。靜壓的產生與焊爐加熱艙的熱傳導量直接關系。通過用一塊大尺寸四方扁平封裝(QFP)、塑料引腳芯片載體(PLCC)和小尺寸的小引腳IC(SOIC)的15英寸×11英寸×1/16的電路板進行測試。我們在不同尺寸的元件中裝了四個熱電偶，用來檢測靜壓是如何影響不同尺寸元件的峰值溫度的。當靜壓減小時，這塊帶有各種元件的測試板的峰值溫度變化了大約7℃。對靜壓加以閉環(huán)式控制可將對流設置為希望值。此外，使用靜壓控制器后，無論焊爐是以50Hz還是60Hz的交流電工作，其靜壓均相同。
熱性能對無鉛回流焊至關重要
回流焊爐的對流情況與其噴嘴結構、氣壓和所用氣體有關。對流較強時則要求焊爐溫度較低，以便熱傳導均勻。因此選擇熱性能好的無鉛回流焊爐十分重要。
典型的循環(huán)對流有三個基本步驟，即吸氣、加壓和傳送。在任一步驟置入加熱器均可進行加熱。在不同的步驟加熱，焊爐相應部位的加熱特征也不同。吸氣步驟加熱，氣體密度相對較低，加熱會比較緩慢。在加壓過程中加熱，氣體的密度較高，與氣體分子的碰撞加劇，加熱速度最快。在傳送步驟加熱需要板狀加熱器，要求氣流必須十分緩慢，這樣才能均勻的加熱。但由于加熱器面積較大，在需要突然升溫時加熱系統(tǒng)會反應較慢。
相比初期成本，長期擁有成本更重要
擁有成本可從多個方面來考慮。不過，我們應該關注設備的長期收益，而不是折舊成本。相比之下，長期擁有成本更重要，它決定了相關的運轉費用及維護成本。擁有成本主要包括三個方面：加熱效率及熱損耗、維護成本和資源損耗。產生熱損耗是自然的，損耗量的多少與焊爐的絕緣質量和設計用途用關。絕緣好的無鉛回流焊爐有助于保持熱量并減少焊爐的工作量。熱傳導效率較高，加熱器只需要少量工作便可提供所需熱量。絕緣質量好的焊爐還可減少輻射到環(huán)境中的熱量并降低相關成本，因為如果環(huán)境溫度上升，為了散熱就會導致空調的耗電量增加。
焊爐維護是擁有成本的另一個部分。頻繁維護增加了勞動成本，也占用生產時間。回流焊工藝的唯一副產品是焊爐內會堆積焊料，需要經常清潔。
第三項成本是資源損耗，包括用電量和用氮量。用電量的多少由加熱效率而定。對于某件產品而言，將其冷卻與加熱所需的電力一樣。氮是一種保護氣體，可防止金屬在回流焊過程中過度氧化。此外，氮氣的熱傳導性比空氣更佳。使用氮氣可獲得更大的工藝窗口，同時保持最佳的可焊性，因此，我們希望焊爐能夠以細小的精度控制氧氣不出現波動。選擇可控制焊爐中的廢氣、優(yōu)化或縮小爐腔大小、擴展爐腔入口及在可接受的氧濃度下焊接產品的回流焊設備，可以減少焊爐的氮氣使用量。
設備可維護性也是采購的關注點
在回流焊的高溫下，約有50%或更多的焊料會汽化進入爐體。由于焊爐的生產率較高，因此如果它的設計不利于清潔，維護十分麻煩。
無鉛工藝所需的溫度增高，堆積的焊料也會更多，需要加以控制或簡化維護。因此，選擇焊爐設計得易于更換維護的設備十分重要。如果能夠方便地用干凈部件替換污染部件，就可以盡可能短得占用生產時間。
