SMT中氮氣氣氛下的焊接介紹

      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，環氮波峰焊機與甲酸技術相結合，環氮再流焊機活性極低的焊膏、甲酸相結合，能去除清洗工藝。當今迅速發展的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，更重要的是環保問題。在1994年際組織發現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，主要是它的內聚能量高，只有在高溫和高壓下(> 500°C，>100bar)或添加能量的情況下，才會發生化學反應，目前已掌握了一個生產氮氣的有效方法。空氣中氮氣約占78%，是一種取之不盡、用之不竭，經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境有害的物質，并且，由于在缺氧環境下，還原出的金屬不會再氧化。
    此外，甲酸在160°C以上即分解放出二氧碳和氫氣，因此，經過波峰焊與回流焊的產品上無殘留甲酸。

二 氮氣加甲酸技術用于波峰接機
   有關保護氣體用在焊錫方面的一份報告，是德西門子公司在八十年代初發表的，經過多年發展后，現已被很多廠家采用。實驗表明，通常的波峰焊接機不能改裝成氮氣保護的機器。目前，有一種產品是采用隧道式焊接槽結構的環氮波峰焊接機，其機身主要是一個隧道式的焊接加工槽，上蓋由幾塊可打開的玻璃組成，確保氧氣不能進入加工槽內。當氮氣通入焊接，利用保護氣體和空氣的不同比重，氮氣會自動把空趕出焊接區。
   在焊接進行過程中，PCB板會不斷帶入氧氣注入焊接區內，因此要不斷將氮氣注入焊接區內，使氧氣不斷排到出口。
 這種系統的氮氣耗量為18-20M3/h，成本較高，甲酸用量少，幾乎可不計成本。  
效果：
   1、從根本上消除了焊料的氧化，改善了液態焊料的潤濕性能。
   2、焊后無殘留物，實現了徹底的免清洗工藝，節省了清洗設備的投資及清洗設備所需的材料費、操作費，保護了環境。
   3、用氮氣后不良率降低75%。
   4、在氮氣下形成的焊點壽命較長。

三  氮氣加甲酸技術用于再流爐
    氮氣加甲酸技術一般應用于紅外加強力對流混合的隧道式再流焊爐中，進口和出口一般設計成開啟式，而在其內部有多道門簾，密封性好，能使組件的預熱、干燥、再流焊接冷卻都在隧道內完成。在這種混合氣氛下，使用的焊膏中不需含有活化劑，焊后無殘留物留在PCB板上。
效果：
   1、減少氧化，減少焊球的形成，不存在橋接，對精細間距器件的焊接極為有利。
   2、節省了清洗設備，保護了地球環境。
   3、由氮氣所帶來的附加成本容易從節約的成本中收回，成本節約從缺陷減少及其所需人工節約而來。
缺點：
   1、氮氣用量16-18M3/h，成本較高。
   2、使用時需為爐內的殘氧濃度進行測試，因實現清洗焊接是以高純度氮氣為代價。
   以上簡單介紹了一種技術。要提高可靠性，于96年引進了smt生產線，其中的再流焊爐與波峰焊均為使用氮氣保護技術的機型，使用至今取得了較為理想的效果。由于航天產品數量較少，因而是我們的生產線多數情況下是在加工對外承接的民用消費電子產品，因其對可靠性并不要求萬無一失而要求加工成本要低，此時只好取消氮氣保護措施。