氮气在焊接中的应用

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1、从隧道式到屏蔽式：氮气在焊接中的应用尽管七十年代初氮气就已经应用于电子制造，但直到引入了免清洗技术，因其需要在惰性气体环境中进行焊接，氮气的使用才得到广泛的认可。1968首次进行惰性气体实验时，波峰焊接设备都是开放式的。既没有关于作业者安全和健康的规范，也没有密封(enclosure)的要求。最初，在波峰焊中使用氮气仅仅是为了降低成本：‧减少或消除氧化渣‧减少机器的保养‧改进免清洗焊接的性能氮保护层九十年代初期开发的设备已采用隧道式结构，以形成氮保护层(envelope)。保护层包围着波峰焊接传送带，阻止空气从入口和出口进出。

2、隧道腔的垂直高度应尽可能低，密封框架上有窗口，便于观察焊接过程。也可以取下窗口，接触机器的内部，对机器进行维护和调整制程流程。在印制板进出的过程中，注入焊接系统的氮气阻止空气从开口处进入。因此，氮气必须维持正压。一些轻的悬挂活动门铰接在隧道的长度方向，以减少空气的侵入。当电路组件靠近时，这些悬挂门可以向上翻转。当氮气流出隧道进出口时，所有末端开口的隧道设计都有一些排放氮气的方法。通常需要平衡这种“废气”，以便将房间的空气送到排气管，这样有助于防止废气从隧道中抽吸过量的氮气。注意，此时的关键是要降低温度和减少氮气的损耗。隧道的长

3、度可以很短，仅履盖预热区和焊接槽；也可以是很长，从上料端到下料端。因而，长隧道的设备实际上覆盖了助焊剂发配装置(fluxer)、预热区和波峰焊接区。短隧道与长隧道之间的区别表现在所需氮气的量上：向系统注入杂质含量为1ppm至2ppm的低温氮气时，焊接波峰周围的氧气杂质应低于10ppm。与长隧道相比，短隧道消耗更多的氮气，并且对车间的空气气流更加敏感。对空气气流的高敏感度往往会导致在波峰中所测量的纯度不稳定。不管怎样，这种装置一直都在100ppm至200ppm的杂质含量下使用，而且它为焊接制程带来了明显的好处。你可以对现有设备进

4、行改装，使其可以使用氮气，但这将是一个昂贵、耗时的过程。屏蔽波峰惰性气体环境中的波峰焊接还有另外一种方法，即采用屏蔽(shroud)设计制成的护罩，围绕在焊嘴的周围直至焊接波峰回落到焊接槽的位置。“喷雾器”位于护罩底部，供给氮气。这种方法的主要优点是可以直接接触系统。在密封的系统中，有可能使表面黏着零配件的表面达到回流焊的温度，导致焊料回流。如果印制板翘曲或隧道出口处的“帘”接触了印制板上面的SMD，这种可能性将会增加。另一方面，采用这种“屏蔽”技术，完全消除了波峰焊后周围区域的温度问题。Electrovert和Soltec公

5、司已经制造出了在开放式波峰中使用氮气的焊接系统，他们发现氧化渣的减少同隧道式焊接系统做得一样好。“屏蔽”的结果可以与采用电镀、热涂或热风整平印制板的焊接组件所获得的结果相比。使用这项新技术的另外一个优点是，其氮气消耗量与最昂贵的封闭式波峰焊接系统相同，甚至更低。在用于表面黏着焊接的双波峰系统中，可以对每一个波峰使用独立的屏蔽罩和氮气供给控制。系统中没有焊接组件时，系统可进入等待模式，将焊接波峰设置在较低的高度以减少氧化渣的生成，并停止或降低氮气的流速。当系统探测到印制板时，它能够重新激活正常作业控制设置。这种控制机理进一步降低

6、了氮气消耗量。如果能够只用一个波峰进行焊接，便可节省更多的氮气。在隧道系统中，要求喷嘴扩展到焊料槽的边缘上方到达隧道内。而在屏蔽系统中，喷嘴黏着在系统的下部，对于不需要氮气也能进行良好焊接的组件允许快速彻底地关闭氮气。此外在焊料返回到焊槽中这段较短的距离也有屏蔽，焊料溅落的机会也减少了。与隧道设计相比，屏蔽式容易改装，消耗时间也少。大多数组件的焊接结果是相同的，而且作业成本是所有惰性气体波峰焊接中最低的。但是，这些系统要求的维护比隧道式的要多。回流焊中的氮气在惰性气体应用于波峰焊接制程之前，氮气就一直用于回流焊接中。部份原因是

7、在表面黏着陶瓷混合电路的回流焊中，混合IC工业长期使用氮气，当其它公司看到混装IC制造的效益时，他们便将这个原理应用到了PCB焊接中。在这种焊接中，氮气也取代了系统中的氧气。氮气可引入到每一个区域，不只是在回流区，也用于制程的冷却过程。现在大多数回流焊系统已经为应用氮气作好了准备；一些系统能够很容易地进行升级，以采用气体喷射。在回流焊接中使用氮气有以下的优点：‧端子和焊盘的润湿(wetting)较快‧可焊性变化少‧改善了助焊剂残留物和焊点表面的外观‧快速冷却而没有铜氧化基本原则对于高质量的焊接，你很难推算出使用氮气回流焊的成本

8、，但是，你可以容易地发现直接节约的成本。因此，最好的回答是PCB技术的改变。在过去的几年里，我们已经看到PCB焊料涂层(finish)对丝网印刷、黏接剂点涂和零配件的贴装产量有较大的影响。在检查使用各种焊料镀层的成本时，你可能会发现使用氮气付出的代价是将PCB涂层改变为铜(O