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技術方案

無鉛波峰焊和無鉛回流焊的趨勢及要求

作者: admin發表時間:2018-12-06浏覽量:1

2006年7月1日起,歐洲WEEE(電氣與電子設備廢棄物)指南明確規定,禁止進口含鉛的電子産品,並將最高含鉛量(以重量計)不超過1000ppm的産品標記爲“綠色環保”産品。業界必須研發出理想的焊料和相應的處理設備,以滿足現階段無鉛生産的要求。
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)指南明確規定,禁止進口含鉛的電子産品,並將最高含鉛量(以重量計)不超過1000ppm的産品標記爲“綠色環保”産品。業界必須研發出理想的焊料和相應的處理設備,以滿足現階段無鉛生産的要求。

更新設備要付出昂貴的花費,同時錫-銀-銅(Sn-Ag-Cu)合金也有望成爲一種無鉛焊料。這種變化也改變了傳統焊接工藝,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産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℃爲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,因此可以將它認爲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爲225℃,高于熔點42℃,低于危險溫度35℃。因此,焊爐溫度應設定爲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-銅合金的峰值溫度爲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-銅合金的峰值溫度爲245℃,根據無鉛工藝的溫度曲線,焊爐溫度必須設定爲約280℃到325℃。多數無鉛回流焊設備的最大額定溫度爲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。産品加熱時間長,其溫度越高。對于大件的産品,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,但降低生産率會降低。即使額定溫度爲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,視産品的體積大小而定。如果産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准。靜壓的産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℃。對靜壓加以閉環式控制可將對流設置爲希望值。此外,使用靜壓控制器後,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。産生熱損耗是自然的,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並減少焊爐的工作量。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境中的熱量並降低相關成本,因爲如果環境溫度上升,爲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,也占用生産時間。回流焊工藝的唯一副産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。對于某件産品而言,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産品的回流焊設備,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。由于焊爐的生産率較高,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。如果能夠方便地用幹淨部件替換汙染部件,就可以盡可能短得占用生産時間。

2018-10-24 166人浏覽
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