無鉛波峰焊和無鉛回流焊的趨勢及要求
作者： 深圳市偉達(dá)科電子設(shè)備有限公司發(fā)表時(shí)間：2018/12/6 10:55:40瀏覽量：2789
2006年7月1日起，歐洲WEEE（電氣與電子設(shè)備廢棄物）指南明確規(guī)定，禁止進(jìn)口含鉛的電子產(chǎn)品，并將最高含鉛量(以重量計(jì))不超過1000ppm的產(chǎn)品標(biāo)記為“綠色環(huán)保”產(chǎn)品。業(yè)界必須研發(fā)出理想的焊料和相應(yīng)的處理設(shè)備，以滿足現(xiàn)階段無鉛生產(chǎn)的要求。
文本標(biāo)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(shè)備廢棄物）指南明確規(guī)定，禁止進(jìn)口含鉛的電子產(chǎn)品，并將最高含鉛量(以重量計(jì))不超過1000ppm的產(chǎn)品標(biāo)記為“綠色環(huán)保”產(chǎn)品。業(yè)界必須研發(fā)出理想的焊料和相應(yīng)的處理設(shè)備，以滿足現(xiàn)階段無鉛生產(chǎn)的要求。
更新設(shè)備要付出昂貴的花費(fèi)，同時(shí)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(duì)設(shè)備和工藝的新特點(diǎn)有深刻的認(rèn)識(shí)，同時(shí)不但要考慮初期投資費(fèi)用，還應(yīng)該注重設(shè)備的長期成本。另外，無鉛回流焊的維護(hù)便利性可減少生產(chǎn)時(shí)間和降低維護(hù)成本，所以在采購時(shí)應(yīng)該重視無鉛回流焊的維護(hù)便利性。
無鉛焊料高熔點(diǎn)使工藝窗口變窄
260℃為回流焊爐的危險(xiǎn)溫度，多數(shù)元件的測試溫度不會(huì)超過這一點(diǎn)，因此可以將它認(rèn)為是回流焊工藝的溫度上限。要正確地進(jìn)行回流焊，焊爐的峰值溫度要最少比合金的熔點(diǎn)高15℃。錫-鉛(Sn-Pb)焊料的共熔溫度曲線峰值為225℃，高于熔點(diǎn)42℃，低于危險(xiǎn)溫度35℃。因此，焊爐溫度應(yīng)設(shè)定為230℃到280℃之間。所選無鉛回流焊最高額定溫度只要達(dá)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(diǎn)28℃，低于危險(xiǎn)溫度15℃。這使得工藝窗口幾乎減小了50%，因此溫度控制要嚴(yán)格。錫-銀-銅合金的峰值溫度為245℃，根據(jù)無鉛工藝的溫度曲線，焊爐溫度必須設(shè)定為約280℃到325℃。多數(shù)無鉛回流焊設(shè)備的最大額定溫度為350℃，也符合采購需要。
加熱時(shí)間對(duì)回流焊的影響也極大，它是由加熱器的總長度所決定的。產(chǎn)品加熱時(shí)間長，其溫度越高。對(duì)于大件的產(chǎn)品，如果將傳送帶的速度降低10%到15%會(huì)獲得較好的無鉛回流焊溫度曲線，但降低生產(chǎn)率會(huì)降低。即使額定溫度為325℃(甚至300℃)的焊爐也可以不經(jīng)過任何改動(dòng)而用于無鉛回流焊，視產(chǎn)品的體積大小而定。如果產(chǎn)品體積大同時(shí)散熱器面積大，則需要速度較慢、爐腔較長及額定溫度高達(dá)350℃的焊爐。
控制對(duì)流需要閉環(huán)式靜壓控制
對(duì)流是熱傳導(dǎo)過程的相當(dāng)重要的因素，而靜壓是衡量回流焊爐對(duì)流情況的標(biāo)準(zhǔn)。靜壓的產(chǎn)生與焊爐加熱艙的熱傳導(dǎo)量直接關(guān)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(jìn)行測試。我們?cè)诓煌叽绲脑醒b了四個(gè)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(dāng)靜壓減小時(shí)，這塊帶有各種元件的測試板的峰值溫度變化了大約7℃。對(duì)靜壓加以閉環(huán)式控制可將對(duì)流設(shè)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(duì)無鉛回流焊至關(guān)重要
回流焊爐的對(duì)流情況與其噴嘴結(jié)構(gòu)、氣壓和所用氣體有關(guān)。對(duì)流較強(qiáng)時(shí)則要求焊爐溫度較低，以便熱傳導(dǎo)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(duì)流有三個(gè)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(jìn)行加熱。在不同的步驟加熱，焊爐相應(yīng)部位的加熱特征也不同。吸氣步驟加熱，氣體密度相對(duì)較低，加熱會(huì)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(shí)加熱系統(tǒng)會(huì)反應(yīng)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(gè)方面來考慮。不過，我們應(yīng)該關(guān)注設(shè)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(guān)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用及維護(hù)成本。擁有成本主要包括三個(gè)方面：加熱效率及熱損耗、維護(hù)成本和資源損耗。產(chǎn)生熱損耗是自然的，損耗量的多少與焊爐的絕緣質(zhì)量和設(shè)計(jì)用途用關(guān)。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(dǎo)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(zhì)量好的焊爐還可減少輻射到環(huán)境中的熱量并降低相關(guān)成本，因?yàn)槿绻h(huán)境溫度上升，為了散熱就會(huì)導(dǎo)致空調(diào)的耗電量增加。
焊爐維護(hù)是擁有成本的另一個(gè)部分。頻繁維護(hù)增加了勞動(dòng)成本，也占用生產(chǎn)時(shí)間。回流焊工藝的唯一副產(chǎn)品是焊爐內(nèi)會(huì)堆積焊料，需要經(jīng)常清潔。
第三項(xiàng)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(duì)于某件產(chǎn)品而言，將其冷卻與加熱所需的電力一樣。氮是一種保護(hù)氣體，可防止金屬在回流焊過程中過度氧化。此外，氮?dú)獾臒醾鲗?dǎo)性比空氣更佳。使用氮?dú)饪色@得更大的工藝窗口，同時(shí)保持最佳的可焊性，因此，我們希望焊爐能夠以細(xì)小的精度控制氧氣不出現(xiàn)波動(dòng)。選擇可控制焊爐中的廢氣、優(yōu)化或縮小爐腔大小、擴(kuò)展?fàn)t腔入口及在可接受的氧濃度下焊接產(chǎn)品的回流焊設(shè)備，可以減少焊爐的氮?dú)馐褂昧俊?
設(shè)備可維護(hù)性也是采購的關(guān)注點(diǎn)
在回流焊的高溫下，約有50%或更多的焊料會(huì)汽化進(jìn)入爐體。由于焊爐的生產(chǎn)率較高，因此如果它的設(shè)計(jì)不利于清潔，維護(hù)十分麻煩。
無鉛工藝所需的溫度增高，堆積的焊料也會(huì)更多，需要加以控制或簡化維護(hù)。因此，選擇焊爐設(shè)計(jì)得易于更換維護(hù)的設(shè)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(chǎn)時(shí)間。
