【正文】 以提供良好的、均勻的加熱。IR + 強制對流加熱　　今天的最先進的回流爐技術結(jié)合了對流與紅外輻射加熱兩者的優(yōu)點。元件之間的峰值溫度差別可以保持在8176。C，同時在連續(xù)大量生產(chǎn)期間PCB之間的溫度差別可穩(wěn)定在大約1176。C?！　R + 強制對流的基本概念是，使用紅外作為主要的加熱源達到最佳的熱傳導，并且抓住對流的均衡加熱特性以減少元件與PCB之間的溫度差別。對流在加熱大熱容量的元件時有幫助，諸如BGA，同時對較小熱容量元件的冷卻有幫助?！　≡趫D三中，(1)代表具有大熱容量的元件的加熱曲線，(2)是小熱容量的元件。如果只使用一個熱源，不管是IR或者對流，將發(fā)生所示的加熱不一致。當只有IR用作主熱源時，將得到實線所示的曲線結(jié)果?？墒?，虛線所描述的加熱曲線顯示了IR/強制對流系統(tǒng)相結(jié)合的優(yōu)點，這里增加強制對流的作用是，加熱低于設定溫度的元件，而冷卻已經(jīng)升高到熱空氣溫度之上的那些零件?！　∠冗M回流焊接爐的第二個特點是其更有效地傳導對流熱量給PCB的能力。圖四比較傳統(tǒng)噴嘴對流加熱與強制對流加熱的熱傳導特性。后面的技術可均勻地將熱傳導給PCB和元件，效率是噴嘴對流的三倍?！　∽詈?，不象用于較舊的回流焊接爐中的加熱棒和燈管型IR加熱器，這個較新一代的系統(tǒng)使用一個比PCB大許多的IR盤式加熱器，以保證 均勻加熱(圖五)。PCB加熱偏差　　一個試驗設法比較QFP140P與PCB之間的、45mm的BGA與PCB之間在三種條件下的溫度差別：當只有IR盤式加熱器的回流時、只有對流加熱和使用結(jié)合IR/強制對流加熱的系統(tǒng)?！　α骰亓鳟a(chǎn)生在QFP140P與PCB之間22176。C的溫度差(在預熱期間PCB插入后的70秒)。相反，通過結(jié)合式系統(tǒng)加熱結(jié)果只有7176。C的溫度不一致，而45mm的BGA對流加熱結(jié)果是9176。C的溫度差別，結(jié)合式系統(tǒng)將這個溫度差減少到3176。C。另外，在PCB與45mm的BGA之間的峰值溫度差別當用結(jié)合式系統(tǒng)回流時只有12176。C，使用的是傳統(tǒng)的溫度曲線設定。這個差別使用梯形曲線可減少到8176。C，如后 面所述。(在連續(xù)大生產(chǎn)中，回流爐中的溫度不穩(wěn)定在使用無鉛錫膏時將有重大影響。、分開5cm插入，其峰值溫度在大約1176。C之內(nèi)。)最佳回流溫度曲線　　對于無鉛錫膏，元件之間的溫度差別必須盡可能地小。這也可通過調(diào)節(jié)回流曲線達到。用傳統(tǒng)的溫度曲線，雖然當板形成峰值溫度時元件之間的溫度差別是不可避免的，但可以通過幾個方法來減少：　　延長預熱時間。這大大減少在形成峰值回流溫度之前元件之間的溫度差。大多數(shù)對流回流爐使用這個方法?？墒?，因為助焊劑可能通過這個方法蒸發(fā)太快，它可能造成熔濕(wetting)差，由于引腳與焊盤的氧化?！　√岣哳A熱溫度。傳統(tǒng)的預熱溫度一般在140~160176。C，可能要對無鉛焊錫提高到170~190176。C。提高預熱溫度減少所要求的形成峰值溫度，這反過來減少元件(焊盤)之間的溫度差別?？墒牵绻竸┎荒芙蛹{較高的溫度水平，它又將蒸發(fā)，造成熔濕差，因為焊盤引腳氧化?！　√菪螠囟惹€(延長的峰值溫度)。延長小熱容量元件的峰值溫度時間，將允許元件與大熱容量的元件達到所要求的回流溫度，避免較小元件的過熱。使用梯形溫度曲線，如圖六所示，一個現(xiàn)代結(jié)合式回流系統(tǒng)可減少45mm的BGA與小型引腳包裝(SOP, small outline package)身體的之間的溫度差到8176。C。氮氣回流爐　　無鉛錫膏可能出現(xiàn)熔濕的困難，因為其熔化溫度通常高，而在峰值回流溫度之間的溫度差不是很大。另外，無鉛錫膏的金屬成分一般特性是可擴散性差。而且，高熔點的無鉛錫膏在貼裝頂面和底面PCB時將產(chǎn)生問題。在A面回流焊接期間，越高的溫度B面焊盤氧化越嚴重。在200176。C之上，氧化膜的厚度迅速增加，這可能導致在回流B面時熔濕性差?！　【哂蠸n/Zn成分的錫膏也可能出現(xiàn)問題(Zn容易氧化)。如果氧化發(fā)生，焊錫將不能與其它金屬融合。因此，將要求氮氣的使用，以維持無鉛工藝的高生產(chǎn)力?！　≡谝訧R盤式加熱器為主要熱源的結(jié)合式IR/強制對流系統(tǒng)中(對流是均勻加熱媒介)，氮氣的消耗可減少到少于現(xiàn)在全對流回流爐所要求的一半數(shù)量。(可接納450mm寬度PCB的爐的最大氮氣消耗為每分鐘200升。)一個可選的內(nèi)部氮氣發(fā)生器可消除大的氮氣桶的需要。自動過程監(jiān)測　　除了要求下一代的爐子技術之外，窄小的無鉛工藝窗口使得必須要做連續(xù)的工藝過程監(jiān)測，因為甚至很小的工藝偏離都可能造成不合規(guī)格的焊接產(chǎn)品。監(jiān)測回流焊接工藝的最有效方法是用自動、連續(xù)實時的溫度管理系統(tǒng)。該實時溫度管理系統(tǒng)允許裝配者通過連續(xù)的監(jiān)測在回流爐中的過程溫度，獲得和分析其焊接過程的實時數(shù)據(jù)。這種系統(tǒng)通常由30個嵌入兩個細長不銹鋼探測器的熱電偶組成，探測器永久地安裝在剛好傳送帶的上方或下方。熱電偶連續(xù)地監(jiān)測過程溫度，每五秒記錄讀數(shù)。這些溫度在爐子控制器的PC屏幕上作為過程溫度曲線顯示出來(圖七)?！　崟r溫度管理系統(tǒng)通過產(chǎn)生一個由穿過式測溫儀測定的溫度曲線與由實時溫度管理熱電偶探測器所測量的過程溫度之間的數(shù)學相關性，來提供對每個處理板的產(chǎn)品溫度曲線。來自實時溫度管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)也可通過互聯(lián)網(wǎng)來發(fā)送到遠方位置，最大利用這種稀有工程資源的價值?！　崟r連續(xù)溫度記錄的其它優(yōu)點包括，消除使用標準穿過式溫度記錄器的生產(chǎn)停頓，和所需要的預防性維護的計劃。研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代強制對流爐可以有效地工作時間延長，而不需要維護。實時溫度管理系統(tǒng)的使用立即提醒使用者爐的性能變差，允許要求時的預防性維護計劃?！　∽詈螅瑖烂芸刂频臏囟冗^程可大大減少焊接點缺陷，和有關的昂貴的返工。事實上，實時溫度管理已經(jīng)成為工業(yè)范圍的專用品質(zhì)指示器。回流溫度曲線優(yōu)化　　現(xiàn)在先進的軟件可簡化轉(zhuǎn)換到無鉛裝配的任務。在較新的軟件中，有一個自動溫度曲線預測工具，它允許使用者在數(shù)分鐘內(nèi)決定最佳的溫度曲線。該工具將曲線放在由希望設定規(guī)定界限的使用者設定的窗口中央。一個例子是前面提到的梯形曲線 即，如果裝配不能忍受高于240176。C的溫度但必須最少230176。C，那么該自動預測工具將找出一條最佳的溫度曲線，介于高限位與低限位之間的中央。結(jié)論　　無鉛錫膏的使用將大大減少回流工藝窗口，特別是對于要求的峰值溫度。元件之間的溫度差必須減少，在連續(xù)生產(chǎn)期間回流爐的變化必須達到最小，為了高品質(zhì)與高生產(chǎn)力的制造。為了達到這一點，通過回流爐的溫度傳導必須精確控制。一個具有單獨與精密控制的各個加熱單元的結(jié)合式IR/強制對流系統(tǒng)，提供要求用來可靠地處理無鉛裝配的方法。當與自動溫度曲線預測工具和連續(xù)實時溫度管理系統(tǒng)相結(jié)合時，該回流技術為未來的無鉛電子制造商提供零缺陷生產(chǎn)的潛力?！『附庸に囀褂玫獨獾睦碛葿y Phil Zarrow 　　本文介紹，在焊接工藝中使用惰性氣體的真正理由。 　　焊接的一個行進中的問題是在回流焊接爐中使用氮氣的好處。在這個主題上我遇到的問題至少每周一次。這個問題不是什么新問題。十年前，所訂購的回流焊接爐至少一半規(guī)定有氮氣容器。最近與回流焊接爐制造商的交談告訴我，這個比例保持還是一樣的，盡管使用氮氣的關鍵理由現(xiàn)在再不是什么站得住腳的理由。那些理由是什么呢？　　首先，理解惰性化回流環(huán)境怎樣影響焊接過程是重要的。焊接中助焊劑的作用是將氧化物從要焊接的表面去掉(元件引腳和PCB焊盤)。當然，熱是氧化的催化劑。因為我們不可能從回流焊接必要的加熱過程中去掉熱，所以我們要減少氧化的其它因素 氧氣 通過用惰性的氮氣來取代它。除了減少，如果不能消除，可焊接表面的進一步氧化之外，它也改善熔化焊錫合金的表面張力。　　在八十年代中期，根據(jù)即將出臺的蒙特利爾和約(Montreal Protocol)，基于氟里昂的(freonbased)溶劑是很難行得通的，免洗錫膏成為一個可行的替代者。在錫膏制造商中間的許多研究與開發(fā)得出免洗配方。理解的錫膏是外觀上可接受的(清潔、淡薄、沒有粘性)，腐蝕與電移良性的，足夠薄而不干涉ICT所用的針床測試探針。很低的殘留錫膏助焊劑，~%的固體含量，滿足前兩個標準，但通常干涉ICT。只有超低殘留材料，低于2%的固體含量，才可算得上與測試探針不干涉。　　可是，低殘留的優(yōu)點是以低活性助焊劑作用為代價的，這需要所有可能得到的幫助，包括防止回流期間進一步的氧化物形成。這個防止是通過惰性化來完成的，如果你想要使用超低殘留物錫膏，可能需要氮氣容器的爐子?？墒?，在最近，已經(jīng)在市場上出現(xiàn)了超低殘留物的錫膏，在室內(nèi)空氣環(huán)境(非氮氣)中表現(xiàn)非常好?！　≡瓉淼挠袡C焊錫保護劑(OSP, organic solder protectant)在加熱中消失，因此對雙面裝配，要求氮氣回流氣氛來維持第二面的可焊接性。現(xiàn)在的OSP，正如以前所討論的一樣1，在助焊劑和熱出現(xiàn)時消失。因此，第二面的保護劑直到印刷錫膏、或通過波峰焊接系統(tǒng)的上助焊劑、和焊接期間的加熱時仍保護完整。因此，惰性氣體是不要求的?！　〉獨猸h(huán)境回流焊接的最早動機是前面所提到的改善表面張力現(xiàn)象，通過減少缺陷來改進焊接合格率已經(jīng)證明這一點。回到七十年代末期和八十年代早期，許多的文章都是關于回流焊接中惰性氣氛的使用。更少錫球的形成、更好的熔濕(wetting)和因而更少的開路與錫橋，這些都是支持的優(yōu)點。　　我作為一個見證人，記得一個西南中部的非常好心的實驗家寫了一篇這個主題的專業(yè)論文。他使用了一個空氣對流/紅外爐，并用氮氣容器將它改型。我訪問他時，他向我顯示他的有關生產(chǎn)運行的統(tǒng)計過程數(shù)據(jù)(SPC)，他交替地使用和不使用氮氣環(huán)境來運行。當我們翻閱其數(shù)據(jù)時，他會說，“看看這個，看看那個”，這些數(shù)據(jù)描述了在氮氣環(huán)境中缺陷比空氣中輕微的減少?！　‘斎唬覀冇袝r遇到一些文章“喔，不用看這些了”，兩種氣體環(huán)境之間沒有發(fā)生什么差別。我要補充的是，我們從來不知道氣體中有多少殘留氧氣，因為沒有人使用過一個氧氣分析器 就象一個支持預知結(jié)論的試驗。無論如何，雖然意圖良好，但該方法是不科學的。不管怎樣，這篇文章是有關在回流焊接中使用氮氣這個主題上引用最多的“權威” 特別是在氣體供應商所作的文章中?！　∵@個時期的另一本書，提倡對密間距使用氮氣，把它的公布基于合理的科學實驗?？墒牵@個試驗只是在實驗室完成 “燒杯試驗”與現(xiàn)實的生產(chǎn)相反 為了很少的改進沒有計入生產(chǎn)中使用氮氣的成本。我自己使用氮氣回流焊接的經(jīng)驗是，對大多數(shù)表面貼裝焊接，相對于運行氮氣的成本，收效甚微?！　∮涀。谶^去13年中，爐子制造商已經(jīng)花了大筆的研究開發(fā)經(jīng)費來完善緊密的氮氣容器。他們非常想補償其投資，這是回流焊接中的最大的唯一問題。減少氣體消耗不是一個簡單的技巧，當你使用諸如在對流為主(強制對流)的爐膛中的所謂紊流氣體的時候。的確，有幾個制造商使用高爐內(nèi)氣體流動和低氮氣總消耗，已經(jīng)達到驚人的低氧水平。這樣做，他們已經(jīng)相當程度地降低了使用氮氣的成本。在某些方面，使用正確的設備，這個增加的工藝成本是極小的。據(jù)此，我與我的朋友Dave Heller一致認為，“在回流焊接中使用氮氣就好象雞湯 可能有幫助，但無厲害關系?！薄　‘斎?，隨著連接的密度增加，工藝窗口受到?jīng)_擊。在焊接芯片規(guī)模元件和倒裝片的應用中使用氮氣是很好的保險。在這種節(jié)骨眼上，我會毫不猶豫地為這種應用使用一種惰性氣體。 在表面貼裝回流焊接工藝中使用氮氣的十個主要理由 　　現(xiàn)在我們已經(jīng)回顧了使用氮氣的技術上的原因，讓我們再看看具有氮氣能力的爐子的強大市場存在的真正理由。特別感謝我們在Texas的同事Jerry Cupples ，他把這些情況總結(jié)得非常好：10)、氮氣是我們星球上最豐富的氣體，可以無限供應。9)、由于到處都有的管道與精小別致的流量計所產(chǎn)生的化學時尚的神秘性。8)、比氬氣便宜得多，你可顯示成本節(jié)約的補償。7)、不會燃燒，不用擔心爐子著火。6)、你怎樣認為Mick Jagger保持他那年青的膚色？5)、你有Air Liquide和/或PrexAir的股票。4)、BGA的采用是任何購買、變化、升級等的完美借口。3)、它可能不會使你的焊接點更好，但它會感化ISO審查員。2)、氣體銷售員的每月一次的免費午餐。1)、我們都喜歡從管口沖出的壓縮氣體的聲音。 SMT中氮氣氣氛下的焊接上海航天測控通信研究所工藝處 王菁(上海市虹口區(qū)天寶路881號 郵編：20092)[摘要]在氮氣保護下進行波峰焊和再流焊，將成為表面組裝中技術的主流，環(huán)氮波峰焊機與甲酸技術相結(jié)合，環(huán)氮再流焊機活性極低的焊膏、甲酸相結(jié)合，能去除清洗工藝。當今迅速發(fā)展的SMT焊接技術中，遇到的主要問題是如何破除氧化物，獲得基材的純凈表面，達到可靠的連接。通常，使用焊劑來去除氧化物，潤濕被焊接表面，減小焊料的表面張力，防止再氧化。但同時，焊劑在焊接后會留下殘留物，對PCB組件造成不良影響。因此，必須對電路板徹底清洗，而SMD尺寸小，不焊接處的間隙也越來越小，徹底清洗已不可能，更重要的是環(huán)保問題。在1994年國際組織發(fā)現(xiàn)CFC對大氣臭氧層有破壞，作為主要清洗劑的CFC必須禁用。解決上述問題有效的辦法是在電子裝聯(lián)領域中采用免清洗技術。一氮氣保護加甲酸的免清洗技術基本介紹 在氮氣中加入少量且定量的甲酸HCOOH已被證實是一種有效的免清洗技術，焊接后不用任何清洗，無任何副作用或任何對殘留物的擔心。 氮氣作為保護氣體極其合適，主要是它的內(nèi)聚能量高，只有在高溫和高壓下( 500176。C，100bar)或添加能量的情況下，才會發(fā)生化學反應，目前已掌握了一個生產(chǎn)氮氣的有效方法?？諝庵械獨饧s占78%，是一種取之不盡、用之不竭，經(jīng)濟性極好的保護氣體。 氮氣作為保護氣體，在焊接中的主要作用是排除焊接過程中的氧氣 ，增加可焊性，防止再氧化。 焊接可靠，除了選擇合適的焊料，一般還需要焊劑的配合，焊劑主要是去除焊接前SMA組件焊接部位的氧化物以及防止焊接部位的再氧化，并形成焊料優(yōu)良的潤濕條件，提高可焊性。試驗證明，在氮氣保護下加入甲酸后即能起到如上作用。另外，在氮氣保護下使用甲酸HCOOH作為活化劑焊接時，金屬氧化物的還原程序為： MeO + HCOOH + 熱 Me + CO2 + H2注：Me即金屬 此化學方程式表明，在金屬氧化物的分解過程完成后，沒有任何殘留物留下來，亦沒有留下任何對環(huán)境有害的物質(zhì)，并且，由于在缺氧環(huán)