针对无铅回流焊接工艺的思考

文章摘要：氮气在回流环境中，氮气提供了几个用途。氮气的使用可在通过多次回流焊时可保护板子的表面，防止焊盘和引脚的氧化，可以获得更好的引脚焊锡爬升和产生光亮的焊点。这些结果在无铅工艺中更加明显。对氧化过程而言，更高的无铅焊接温度扮演了一个催化剂的角色。氮气将会帮助抵抗氧化。虽然无铅工艺没有要求，但是氮气可以提供更宽的工艺窗口。它也能减少表面的氧化和获得更好的焊点润湿。当考虑一个加热系统时，带有空气和惰性气体选择配置的回流系统是一个好的选择。在加热区内平衡的气流就意味着在炉内部乱流的减少和低的氮气消耗量。时间应该被用在热量传递的设计上，以及制造商考虑气流平衡性的概念上。将闭环送风控制和变速送风机的组合并入回

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　　氮气
　　在回流环境中，氮气提供了几个用途。氮气的使用可在通过多次回流焊时可保护板子的表面，防止焊盘和引脚的氧化，可以获得更好的引脚焊锡爬升和产生光亮的焊点。
　　这些结果在无铅工艺中更加明显。对氧化过程而言，更高的无铅焊接温度扮演了一个催化剂的角色。氮气将会帮助抵抗氧化。虽然无铅工艺没有要求，但是氮气可以提供更宽的工艺窗口。它也能减少表面的氧化和获得更好的焊点润湿。
　　当考虑一个加热系统时，带有空气和惰性气体选择配置的回流系统是一个好的选择。在加热区内平衡的气流就意味着在炉内部乱流的减少和低的氮气消耗量。时间应该被用在热量传递的设计上，以及制造商考虑气流平衡性的概念上。将闭环送风控制和变速送风机的组合并入回流系统的设计中，增强了系统的性能和减少了氮气的消耗。
　　然而，氮气的使用可能有一个下降趋势，其中原因包括了最初的设备成本，氮气成本，以及由于助焊剂挥发物被限制在设备内而引起的额外设备维护成本。当评估回流系统和氮气的使用时，一个高效率的系统设计应该被考虑进来。
　　挥发物处理
　　另一个需要考虑的因素是助焊剂挥发物的处理。回流炉应该能做到在外部的腔室里将负载有助焊剂的气体净化，并且将干净气体送回加热区中。举一个例子，最近发展的系统包括了一个两段过滤/分离系统和一体化的自清洁功能，从而减少了维护的需求。第一段过滤利用了网孔型的滤网，它包含在一个箱体内。在进入箱体过程中，助焊剂蒸气经历了一个膨胀过程，增加了压力并且产生了小液滴，如果液滴足够大，那么就会从气流中落下来。
　　剩下的蒸汽通过滤网，滤网会将大的、重的颗粒从蒸汽中分离出来。这些颗粒主要由被卷入的金属、树脂和松香构成，并且它们保持粘附在滤网的外面。这一部分帮助消除了高粘度并且很难清除的残留物向下进入到系统里这一状况的发生。
　　滤网的清洁是通过一个附加的马达定期旋转滤网而完成的。施加在颗粒上的离心力克服了将它们粘在滤网上的附着力，并且被向着箱体的墙壁甩出去。由于它没有和主动冷却系统合并在一起，所以在箱体内气体通过时，系统保持了一定的温度，这使得粘在箱体壁上的较重的液体可以向下滴到位于箱体底部的排出罐里。
　　第二段过滤由包含在一个箱体里的充满了不锈钢球的填充物构成。主要由酒精和溶剂构成的，小的、轻质量的颗粒，包含在蒸汽中通过了第一层的过滤，将再次经受膨胀，从而增大了液滴的尺寸。然后，蒸汽通过填充层，和钢球产生多次的碰撞。
　　由于包含在蒸汽中的液体会在钢球的表面蔓延开来，且这些球被确定是可浸润的。因此，在颗粒和球的最初碰撞中，产生了不同种类的晶核，并且球被一层液体薄膜所覆盖。一旦球完全被薄膜所覆盖，包含在蒸汽中的颗粒就会和这层液体薄膜碰撞。由于这些是相似的物质，不同种类的晶核产生，同时液体也增大了，形成液滴，流进助焊剂收集罐中，等待清理。
　　能量效率
　　在电子制造环境中，回流焊炉引出了一个对能源消耗问题的关注。这一关注是可以理解的，由于很自然地需要向组件传递热量，然后对于冷却环节再要花费能量将热量去除。为了获得有铅和无铅工艺所需的正确的回流曲线，高效率的热传导技术必须被考虑到。但是在能量消耗的考虑方面，高效率的热传导也同样很重要。
　　使用新的回流系统的设计，通过改进热传导能力和改善气流，在热效率和减少能量消耗方面，一个巨大的改善已经产生了。经测试，早先的回流系统在闲置状态时，运行一条有铅回流曲线的平均每小时消耗21kW。比较最近推出的回流系统，使用新的系统设计，能源消耗从21kW每小时降到了12.2kW每小时。对于相似的曲线性能，这一结果在能量消耗方面有了41％的减少。

　　传送系统的考虑
　　传送导轨系统是将需装配的组件传送通过回流系统的非常流行的方法。伴随着无铅工艺更高的操作温度，传送导轨必须要能维持足够的强度。暴露在外的支撑轴和小的导轨剖面，在更高的操作温度和大质量的组件下，可能会承受更重的负载。
　　合格的导轨系统设计，应该允许热膨胀，并且仍能维持导轨的平行，以减少PCBA掉落或被卡住的机率。在设计中，导轨的推出成型应该考虑具有多个角度的结合，以减小在热膨胀过程中导轨弯曲的机率。

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