焊接制程中氮气的使用! [复制链接]

焊接制程中氮气的使用!
回流焊接需要用氮气吗？
有什么效果，是否有详细的资料

需要用，在无铅焊接中，用氮气的话能够使焊接的可靠性提高

氮气焊接出来的产品性能好很多

因为在空气中有氧，焊接的时候会把氧也一同混入，日子久了，就会发生氧化反应，从而影响产品的寿命以及稳定性。但氮气就不会有这种隐患，所以如果追求产品的品质，就可以用氮气，所以，对于航天和医疗产品上这种不允许有重缺陷的产品是肯定要用氮气的。但是成本方面.................增加10倍

所以很多厂是在有客户来AUDIT的时候就通氮气，然后等客人走了，就把氮气关掉了^o^

焊接過程中使用氮氣的目的, 主要是防止焊接過程中因為高溫造成pcb焊盤, 錫膏, 及零件接腳, 因空氣中
含氧而氧化, 如果產生氧化, 焊盤, 錫膏, 及零件接腳表面易產生氧化物, 而妨礙焊點接合, 形成空/冷/假焊等缺點, 在迴焊爐中加入氮氣, 可隔離空氣, 因此可改善焊接時氧化的問題

简单一点就是帮助吃锡，防止氧化。。。

以N为前提的焊剂可以选用分子量小而少的活性组分...这个是得到较高清洁度的必然...一般来说分子量大的DD残留也就比较的多（相对可少用或不用N）...。

我同意四楼说的，直接明了又有概括性

同意4#楼的意见。不过我们公司做无铅产品是就没有用过氮气。^0^

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年国际组织发现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第一份报告，是德国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。
氮气加甲波峰焊锡系统如下图：


氮气波峰焊锡系统


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。

焊接工艺使用氮气的理由
　　焊接的一个行进中的问题是在回流焊接炉中使用氮气的好处。在这个主题上我遇到的问题至少每周一次。这个问题不是什么新问题。十年前，所订购的回流焊接炉至少一半规定有氮气容器。最近与回流焊接炉制造商的交谈告诉我，这个比例保持还是一样的，尽管使用氮气的关键理由现在再不是什么站得住脚的理由。那些理由是什么呢？
　　首先，理解惰性化回流环境怎样影响焊接过程是重要的。焊接中助焊剂的作用是将氧化物从要焊接的表面去掉(元件引脚和PCB焊盘)。当然，热是氧化的催化剂。因为我们不可能从回流焊接必要的加热过程中去掉热，所以我们要减少氧化的其它因素 - 氧气 - 通过用惰性的氮气来取代它。除了减少，如果不能消除，可焊接表面的进一步氧化之外，它也改善熔化焊锡合金的表面张力。
　　在八十年代中期，根据即将出台的蒙特利尔和约(Montreal Protocol)，基于氟里昂的(freon-based)溶剂是很难行得通的，免洗锡膏成为一个可行的替代者。在锡膏制造商中间的许多研究与开发得出免洗配方。理解的锡膏是外观上可接受的(清洁、淡薄、没有粘性)，腐蚀与电移良性的，足够薄而不干涉ICT所用的针床测试探针。很低的残留锡膏助焊剂，大约2.1~2.8%的固体含量，满足前两个标准，但通常干涉ICT。只有超低残留材料，低于2%的固体含量，才可算得上与测试探针不干涉。
　　可是，低残留的优点是以低活性助焊剂作用为代价的，这需要所有可能得到的帮助，包括防止回流期间进一步的氧化物形成。这个防止是通过惰性化来完成的，如果你想要使用超低残留物锡膏，可能需要氮气容器的炉子。可是，在最近，已经在市场上出现了超低残留物的锡膏，在室内空气环境(非氮气)中表现非常好。
　　原来的有机焊锡保护剂(OSP, organic solder protectant)在加热中消失，因此对双面装配，要求氮气回流气氛来维持第二面的可焊接性。现在的OSP，正如以前所讨论的一样1，在助焊剂和热出现时消失。因此，第二面的保护剂直到印刷锡膏、或通过波峰焊接系统的上助焊剂、和焊接期间的加热时仍保护完整。因此，惰性气体是不要求的。
　　氮气环境回流焊接的最早动机是前面所提到的改善表面张力现象，通过减少缺陷来改进焊接合格率已经证明这一点。回到七十年代末期和八十年代早期，许多的文章都是关于回流焊接中惰性气氛的使用。更少锡球的形成、更好的熔湿(wetting)和因而更少的开路与锡桥，这些都是支持的优点。
　　我作为一个见证人，记得一个西南中部的非常好心的实验家写了一篇这个主题的专业论文。他使用了一个空气对流/红外炉，并用氮气容器将它改型。我访问他时，他向我显示他的有关生产运行的统计过程数据(SPC)，他交替地使用和不使用氮气环境来运行。当我们翻阅其数据时，他会说，“看看这个，看看那个”，这些数据描述了在氮气环境中缺陷比空气中轻微的减少。
　　当然，我们有时遇到一些文章“喔，不用看这些了”，两种气体环境之间没有发生什么差别。我要补充的是，我们从来不知道气体中有多少残留氧气，因为没有人使用过一个氧气分析器 - 就象一个支持预知结论的试验。无论如何，虽然意图良好，但该方法是不科学的。不管怎样，这篇文章是有关在回流焊接中使用氮气这个主题上引用最多的“权威” - 特别是在气体供应商所作的文章中。
　　这个时期的另一本书，提倡对密间距使用氮气，把它的公布基于合理的科学实验。可是，这个试验只是在实验室完成 - “烧杯试验”与现实的生产相反 - 为了很少的改进没有计入生产中使用氮气的成本。我自己使用氮气回流焊接的经验是，对大多数表面贴装焊接，相对于运行氮气的成本，收效甚微。
　　记住，在过去13年中，炉子制造商已经花了大笔的研究开发经费来完善紧密的氮气容器。他们非常想补偿其投资，这是回流焊接中的最大的唯一问题。减少气体消耗不是一个简单的技巧，当你使用诸如在对流为主(强制对流)的炉膛中的所谓紊流气体的时候。的确，有几个制造商使用高炉内气体流动和低氮气总消耗，已经达到惊人的低氧水平。这样做，他们已经相当程度地降低了使用氮气的成本。在某些方面，使用正确的设备，这个增加的工艺成本是极小的。据此，我与我的朋友Dave Heller一致认为，“在回流焊接中使用氮气就好象鸡汤 - 可能有帮助，但无厉害关系。”
　　当然，随着连接的密度增加，工艺窗口受到冲击。在焊接芯片规模元件和倒装片的应用中使用氮气是很好的保险。在这种节骨眼上，我会毫不犹豫地为这种应用使用一种惰性气体。

我认为有益，1使用同样锡膏用N焊点会更光   2，方便精密焊接   3，有利爬伸高度 4，能去除PCB表面污染防止焊点氧化 5，提高产品的稳定性和可靠性

#8楼说   【字体：大 中 小】


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年国际组织发现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
就这一小段把氮气的作用都说出来了

无铅和有铅都是需要氮气来防止氧化的，其实用不用主要还是厂商要求和产品的品质要求

提高焊接品质.减少空焊,锡珠等良的发生.不过成本提高了

一点经验：1000PPM N2环境下，QFN无吃锡不良，AIR环境下，5-10%吃细不良，就外观而言