SMT中氮气气氛下的焊接介绍

      在氮气保护下进行波峰焊和再流焊，将成为表面组装中技术的主流，环氮波峰焊机与甲酸技术相结合，环氮再流焊机活性极低的焊膏、甲酸相结合，能去除清洗工艺。当今迅速发展的smt焊接技术中，遇到的主要问题是如何破除氧化物，获得基材的纯净表面，达到可靠的连接。通常，使用焊剂来去除氧化物，润湿被焊接表面，减小焊料的表面张力，防止再氧化。但同时，焊剂在焊接后会留下残留物，对PCB组件造成不良影响。因此，必须对电路板彻底清洗，而SMD尺寸小，不焊接处的间隙也越来越小，彻底清洗已不可能，更重要的是环保问题。在1994年际组织发现CFC对大气臭氧层有破坏，作为主要清洗剂的CFC必须禁用。解决上述问题有效的办法是在电子装联领域中采用免清洗技术。

一 氮气保护加甲酸的免清洗技术基本介绍
    在氮气中加入少量且定量的甲酸HCOOH已被证实是一种有效的免清洗技术，焊接后不用任何清洗，无任何副作用或任何对残留物的担心。
    氮气作为保护气体极其合适，主要是它的内聚能量高，只有在高温和高压下(> 500°C，>100bar)或添加能量的情况下，才会发生化学反应，目前已掌握了一个生产氮气的有效方法。空气中氮气约占78%，是一种取之不尽、用之不竭，经济性极好的保护气体。
    氮气作为保护气体，在焊接中的主要作用是排除焊接过程中的氧气 ，增加可焊性，防止再氧化。
    焊接可靠，除了选择合适的焊料，一般还需要焊剂的配合，焊剂主要是去除焊接前SMA组件焊接部位的氧化物以及防止焊接部位的再氧化，并形成焊料优良的润湿条件，提高可焊性。试验证明，在氮气保护下加入甲酸后即能起到如上作用。另外，在氮气保护下使用甲酸HCOOH作为活化剂焊接时，金属氧化物的还原程序为：
   MeO + HCOOH + 热 Me + CO2 + H2
   注：Me即金属
    此化学方程式表明，在金属氧化物的分解过程完成后，没有任何残留物留下来，亦没有留下任何对环境有害的物质，并且，由于在缺氧环境下，还原出的金属不会再氧化。
    此外，甲酸在160°C以上即分解放出二氧碳和氢气，因此，经过波峰焊与回流焊的产品上无残留甲酸。

二 氮气加甲酸技术用于波峰接机
   有关保护气体用在焊锡方面的一份报告，是德西门子公司在八十年代初发表的，经过多年发展后，现已被很多厂家采用。实验表明，通常的波峰焊接机不能改装成氮气保护的机器。目前，有一种产品是采用隧道式焊接槽结构的环氮波峰焊接机，其机身主要是一个隧道式的焊接加工槽，上盖由几块可打开的玻璃组成，确保氧气不能进入加工槽内。当氮气通入焊接，利用保护气体和空气的不同比重，氮气会自动把空赶出焊接区。
   在焊接进行过程中，PCB板会不断带入氧气注入焊接区内，因此要不断将氮气注入焊接区内，使氧气不断排到出口。
 这种系统的氮气耗量为18-20M3/h，成本较高，甲酸用量少，几乎可不计成本。  
效果：
   1、从根本上消除了焊料的氧化，改善了液态焊料的润湿性能。
   2、焊后无残留物，实现了彻底的免清洗工艺，节省了清洗设备的投资及清洗设备所需的材料费、操作费，保护了环境。
   3、用氮气后不良率降低75%。
   4、在氮气下形成的焊点寿命较长。

三  氮气加甲酸技术用于再流炉
    氮气加甲酸技术一般应用于红外加强力对流混合的隧道式再流焊炉中，进口和出口一般设计成开启式，而在其内部有多道门帘，密封性好，能使组件的预热、干燥、再流焊接冷却都在隧道内完成。在这种混合气氛下，使用的焊膏中不需含有活化剂，焊后无残留物留在PCB板上。
效果：
   1、减少氧化，减少焊球的形成，不存在桥接，对精细间距器件的焊接极为有利。
   2、节省了清洗设备，保护了地球环境。
   3、由氮气所带来的附加成本容易从节约的成本中收回，成本节约从缺陷减少及其所需人工节约而来。
缺点：
   1、氮气用量16-18M3/h，成本较高。
   2、使用时需为炉内的残氧浓度进行测试，因实现清洗焊接是以高纯度氮气为代价。
   以上简单介绍了一种技术。要提高可靠性，于96年引进了smt生产线，其中的再流焊炉与波峰焊均为使用氮气保护技术的机型，使用至今取得了较为理想的效果。由于航天产品数量较少，因而是我们的生产线多数情况下是在加工对外承接的民用消费电子产品，因其对可靠性并不要求万无一失而要求加工成本要低，此时只好取消氮气保护措施。