五、氧化渣减少的措施
国内外学者和企业对无铅波峰焊氧化渣减少措施进行了大量的研究,主要有以下几方面:
1>、采用氮气保护
氮气保护是一种减少氧化渣产生的有效措施,利用氮气将空气与熔融焊料隔开可有效减少氧化渣的产生 。因无铅焊料的润湿性明显要弱于传统有铅焊料,并易氧化,在氮气保护下进行无铅焊接已成为普遍技术之一 。
氮气气氛下焊接,随着氧气溶度的降低,无铅焊料的氧化明显减少 。氮气保护下氧气溶度低于50ppm或更低时,无铅焊料基本上不发生氧化,并将得到更好的焊接质量;氧溶度在50-500ppm时,氧化渣量可减少85%-95%左右 。
Linde 公司推出SOLDERFLEX?LIS 波峰炉惰性气体保护系统,通过对波峰焊设备进行改装,即将为波峰留有开槽的不锈钢结构伸入到焊料池中,配置多根气体喷射管、气体控制操作面板等,使惰性气体直接施加到大多数氧化渣产生的地方来控制氧化渣的产生;据称在焊接区的氧含量可控制在100PPM左右,氧化渣可减少50%-80% 。
根据Claude Carsac〈4〉等人提供的数据,对于不同合金种类,氧化渣降低的相对含量差异不大 。表二是国外学者作出的研究结果〈5〉 。
表二大气条件和氮气保护条件下无铅焊料氧化渣形成量对比 〈5〉
合金种类
氧化渣形成量(克/小时)
大气条件下
氮气保护条件下
ITRI实验室
某商用波峰焊设备
ITRI实验室
某商用波峰焊设备
SnCu0.7
28.7
908
1.68
45
SnAg3.5
22.8
721
1.21
36
SnAg2Cu0.8Sb0.5
19.8
626
0.98
31
SnIn20Ag2.8
800
40
氮气保护也会带来不足,主要表现是增加了PCBA表面锡珠的产生和营运成本,通常节约的焊锡不足以抵消购买液氮或氮气发生器的运行和维护成本 。但从焊锡质量的角度和使用昂贵的无铅焊料情况下,是否节约又得另当别论 。总之,在使用氮气保护系统之前,要仔细计算和考虑 。
2〉电磁泵的研究与使用
机械泵波峰发生器如设计不当,就会存在剧烈的机械搅拌作用,在焊料槽内形成强烈的漩涡运动和液面的翻滚,形成吸氧现象,空气中的氧被不断吸入熔融焊料的内部形成大量的氧化渣,然后浮向液面不断的堆积 。1969年瑞士学者R.F.J.PERRIN首先提出了利用电磁泵泵送熔融金属焊料传导的新方案,70年代中期瑞士KRISTN 公司利用此技术在行业中首先推出了单相交流传导式电磁波峰焊接机系列产品(6TF系列),1982年法国也有类似的技术获得专利权 。80年代末我国电子工业部二十所发明了单相感应式熔融金属电磁泵并试制了样机,微波峰焊接设备中产生熔融焊料波峰动力技术的发展开辟了一条新的途径 。他去掉了机械泵所有旋转的零部件(含电机),与瑞士学者发明的传导式电磁泵的不同就在于它完全去掉了传导电流及其产生系统,技术上有很大的进步 。
电磁泵目前有单相感应式和多相感应式两种,电磁泵的优点有:
a、永不磨损、寿命长、维修方便 。
b、波峰平稳、熔融焊料的氧化减少且能自动对消电网电压 。
C、能量综合利用,效率高 。
d、良好的焊料波峰动力学特征 。
e、工作中波峰焊料温度跌落小 。
不足之处:同样存在流体的不稳定性及瀑布效应,由这几种现象形成的锡渣无法减少, 且目前电磁泵的价格比较昂贵,远没有机械泵得到应用的广泛 。
3〉锡渣分离装置的研究
即行业中所说的锡渣还原机,Cookson公司研制了一种自动清除氧化渣装置,他将喷嘴进行特殊设计而引导流出的熔融焊料到指定位置,用一撇浆将氧化渣自动撇除到收集装置 。收集装置下面是一个收集、压缩氧化渣的热滚筒,分开可用的焊料被收集整理并引导流入热炉中,最后成型已备再利用 。不可用的废渣Sno2(即锡灰)被堆积在一用于清除和循环利用的容器中 。据说比手工清渣效率要提高80% 。
日本学者Tadashi Takemoto〈3〉等人在实验中利用了自己研制的一种锡渣分离并再利用装置,该装置附在锡炉上 。波峰焊机工作8小时而锡渣分离系统(OSS)工作半小时即可,据称该系统可使氧化渣减少一半 。
日本千住公司推出了一款焊锡回收设备,其原理是将氧化渣放入到设备中加热后加入经特殊加工过的芝麻,使其与氧化渣混合及搅拌,芝麻油将氧化物从氧化渣混合物中还原出来并全部吸附在芝麻上,实现了将焊料与氧化物分开 。
另外日本及香港的厂商推出了靠机械搅拌作用分离锡渣的分离器,国内某厂商推出了依靠化学作用的锡渣还原机,据称还原率可达到80%左右 。
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