????電子工業(yè)正在向無(wú)鉛組裝轉(zhuǎn)變。這一努力是由環(huán)保方面的考慮，政府的立法以及無(wú)鉛電子封裝的市場(chǎng)利益所驅(qū)動(dòng)的。在無(wú)鉛組裝的執(zhí)行中雖然需要做出許多的決定，但本文將只討論回流爐設(shè)備方面的因素及其對(duì)加工高質(zhì)量無(wú)鉛產(chǎn)品能力的影響。

　　焊膏
　　一家公司實(shí)施無(wú)鉛的第一個(gè)步驟就是選擇焊膏。雖然目前有許多可用的類(lèi)型，但最大的障礙仍是為當(dāng)前使用的鉛材料找到一個(gè)平滑轉(zhuǎn)換的替代物。而面對(duì)焊膏和回流爐的最具戲劇性的問(wèn)題就是更高的熔點(diǎn)，這就使得鉛材料的平滑轉(zhuǎn)換的替代物很難被找到。到目前為止，最流行的無(wú)鉛焊膏配方包括了錫，銀，鉍和鋅。

　　無(wú)鉛焊膏的選擇也成為了許多技術(shù)論文和廣泛研究的主題。這一研究提出最可行的焊膏應(yīng)該具有217℃到220℃的熔點(diǎn)。這一溫度范圍相對(duì)傳統(tǒng)鉛錫共晶焊膏的183℃熔點(diǎn)，呈現(xiàn)出了一個(gè)大的增加。由于器件的溫度問(wèn)題，最大峰值溫度和最大加熱/冷卻斜率更收緊了回流焊接的工藝窗口。

　　溫度曲線(xiàn)
　　由于焊膏規(guī)范更嚴(yán)格的限制以及關(guān)系到在更高的過(guò)程溫度下器件的損壞，為了利用無(wú)鉛焊料，我們必須注意到不同的溫度曲線(xiàn)和設(shè)備的設(shè)置。兩種常見(jiàn)的溫度曲線(xiàn)類(lèi)型被使用在回流焊接工藝中，并且很具代表性地被稱(chēng)為浸潤(rùn)（the soak profile）和“帳篷”型（the tent profile）溫度曲線(xiàn)（圖1）。浸潤(rùn)溫度曲線(xiàn)是這樣一種工藝，它使得裝配組件在正好低于焊料液化點(diǎn)以下的溫度上停留一段時(shí)間，以獲得一個(gè)一致的組件溫度。“帳篷”型溫度曲線(xiàn)是一個(gè)連續(xù)的溫度斜坡，從組件進(jìn)入回流爐開(kāi)始直到達(dá)到期望的峰值溫度。

　　考慮到使用的焊膏類(lèi)型以及組件的結(jié)構(gòu)，實(shí)際的溫度曲線(xiàn)會(huì)有差別?；诤父嗟幕瘜W(xué)成分，焊膏制造商會(huì)給出達(dá)到最佳性能的最合適溫度曲線(xiàn)的建議。

　　無(wú)鉛回流焊溫度曲線(xiàn)
　　由于無(wú)鉛焊料的高熔點(diǎn)，對(duì)溫度曲線(xiàn)的要求將會(huì)有一點(diǎn)改變，因此在回流設(shè)備的設(shè)置上也需要有一些變化。一個(gè)基本的改變，就是在回流期間需要一個(gè)更為平坦的溫度曲線(xiàn)變化。由于更小的工藝窗口，峰值溫度和高于液化溫度的時(shí)間（TAL）的要求必須被達(dá)到，同時(shí)不能使組件或器件過(guò)熱。一個(gè)長(zhǎng)的回流區(qū)域和對(duì)產(chǎn)品的高效率熱傳導(dǎo)是必須的。

　　針對(duì)回流需要使用兩個(gè)溫區(qū)或者在回流溫區(qū)采用相反峰值爬升的方法，這一問(wèn)題可以被解決。采用這種方法時(shí)，使倒數(shù)第二個(gè)加熱區(qū)相對(duì)最后一個(gè)加熱區(qū)維持一個(gè)更高的溫度，從而更快地將熱量傳導(dǎo)到板子上。最后一個(gè)溫區(qū)則用來(lái)在組件上維持一個(gè)一致的溫度。

　　設(shè)備的考慮
　　熱傳導(dǎo)
　　有一種假設(shè)，對(duì)無(wú)鉛而言高溫回流爐是必須的，但實(shí)際情況并不總是如此。更重要的是設(shè)備將能量傳導(dǎo)到組件上的效率。

　　一些回流系統(tǒng)通過(guò)將產(chǎn)品“包裹”在均勻混合的加熱氣體中的方法，來(lái)增強(qiáng)熱傳導(dǎo)的能力。一個(gè)帶加熱的進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)可允許對(duì)三個(gè)獨(dú)立進(jìn)風(fēng)區(qū)域的氣體加熱和混合。中央進(jìn)風(fēng)口采用了帶鰭狀物的柱型加熱單元，將熱量由加熱器傳遞到氣體中。這種方法可以減少加熱器的瓦特?cái)?shù)，也就是減少了能量的消耗。這種加熱設(shè)計(jì)相對(duì)傳統(tǒng)的回流解決方案，最大可減少50％的能源消耗。

　　被加熱后的氣體，通過(guò)送風(fēng)單元進(jìn)行混合，并且在壓力板后面產(chǎn)生一個(gè)適度的負(fù)壓。這一適度的壓力可以產(chǎn)生一個(gè)均勻覆蓋的同心圓氣流，這一氣流能達(dá)到將熱量傳遞到產(chǎn)品所要求的工藝平面上。這一設(shè)計(jì)的另一好處就是能做到溫區(qū)和溫區(qū)之間的隔離，從而能更好地控制被加工產(chǎn)品的溫度曲線(xiàn)。

　　冷卻產(chǎn)品在回流焊中和加熱一樣重要。過(guò)長(zhǎng)的液態(tài)時(shí)間和極端的峰值溫度會(huì)引起產(chǎn)品和元器件的損壞。因此，系統(tǒng)必須被設(shè)計(jì)成帶有可程序設(shè)定控制的冷卻參數(shù)。

　　在使用氮?dú)庀到y(tǒng)的情況下，要將氣體冷卻以將熱量從產(chǎn)品上去除，一個(gè)冷卻媒介，比如水，就是一個(gè)的好選擇。這種采用水冷卻系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中也應(yīng)該很容易實(shí)現(xiàn)。舉個(gè)例子，里面有冷卻水通過(guò)被垂直安裝的熱交換器，使得助焊劑的殘留物可以通過(guò)重力自然地排入助焊劑收集罐中。冷卻水的連接是通過(guò)無(wú)需工具即可實(shí)現(xiàn)拆裝的連接點(diǎn)（快速接頭）來(lái)獲得的。

　　氮?dú)?br>　　在回流環(huán)境中，氮?dú)馓峁┝藥讉€(gè)用途。氮?dú)獾氖褂每稍谕ㄟ^(guò)多次回流焊時(shí)可保護(hù)板子的表面，防止焊盤(pán)和引腳的氧化，可以獲得更好的引腳焊錫爬升和產(chǎn)生光亮的焊點(diǎn)。

　　這些結(jié)果在無(wú)鉛工藝中更加明顯。對(duì)氧化過(guò)程而言，更高的無(wú)鉛焊接溫度扮演了一個(gè)催化劑的角色。氮?dú)鈱?huì)幫助抵抗氧化。雖然無(wú)鉛工藝沒(méi)有要求，但是氮?dú)饪梢蕴峁└鼘挼墓に嚧翱?。它也能減少表面的氧化和獲得更好的焊點(diǎn)潤(rùn)濕。

　　當(dāng)考慮一個(gè)加熱系統(tǒng)時(shí)，帶有空氣和惰性氣體選擇配置的回流系統(tǒng)是一個(gè)好的選擇。在加熱區(qū)內(nèi)平衡的氣流就意味著在爐內(nèi)部亂流的減少和低的氮?dú)庀牧?。時(shí)間應(yīng)該被用在熱量傳遞的設(shè)計(jì)上，以及制造商考慮氣流平衡性的概念上。將閉環(huán)送風(fēng)控制和變速送風(fēng)機(jī)的組合并入回流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，增強(qiáng)了系統(tǒng)的性能和減少了氮?dú)獾南摹?/P>

　　然而，氮?dú)獾氖褂每赡苡幸粋€(gè)下降趨勢(shì)，其中原因包括了最初的設(shè)備成本，氮?dú)獬杀?，以及由于助焊劑揮發(fā)物被限制在設(shè)備內(nèi)而引起的額外設(shè)備維護(hù)成本。當(dāng)評(píng)估回流系統(tǒng)和氮?dú)獾氖褂脮r(shí)，一個(gè)高效率的系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該被考慮進(jìn)來(lái)。

　　揮發(fā)物處理
　　另一個(gè)需要考慮的因素是助焊劑揮發(fā)物的處理?；亓鳡t應(yīng)該能做到在外部的腔室里將負(fù)載有助焊劑的氣體凈化，并且將干凈氣體送回加熱區(qū)中。舉一個(gè)例子，最近發(fā)展的系統(tǒng)包括了一個(gè)兩段過(guò)濾/分離系統(tǒng)和一體化的自清潔功能，從而減少了維護(hù)的需求。第一段過(guò)濾利用了網(wǎng)孔型的濾網(wǎng)，它包含在一個(gè)箱體內(nèi)。在進(jìn)入箱體過(guò)程中，助焊劑蒸氣經(jīng)歷了一個(gè)膨脹過(guò)程，增加了壓力并且產(chǎn)生了小液滴，如果液滴足夠大，那么就會(huì)從氣流中落下來(lái)。

　　剩下的蒸汽通過(guò)濾網(wǎng)，濾網(wǎng)會(huì)將大的、重的顆粒從蒸汽中分離出來(lái)。這些顆粒主要由被卷入的金屬、樹(shù)脂和松香構(gòu)成，并且它們保持粘附在濾網(wǎng)的外面。這一部分幫助消除了高粘度并且很難清除的殘留物向下進(jìn)入到系統(tǒng)里這一狀況的發(fā)生。

　　濾網(wǎng)的清潔是通過(guò)一個(gè)附加的馬達(dá)定期旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)而完成的。施加在顆粒上的離心力克服了將它們粘在濾網(wǎng)上的附著力，并且被向著箱體的墻壁甩出去。由于它沒(méi)有和主動(dòng)冷卻系統(tǒng)合并在一起，所以在箱體內(nèi)氣體通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)保持了一定的溫度，這使得粘在箱體壁上的較重的液體可以向下滴到位于箱體底部的排出罐里。

　　第二段過(guò)濾由包含在一個(gè)箱體里的充滿(mǎn)了不銹鋼球的填充物構(gòu)成。主要由酒精和溶劑構(gòu)成的，小的、輕質(zhì)量的顆粒，包含在蒸汽中通過(guò)了第一層的過(guò)濾，將再次經(jīng)受膨脹，從而增大了液滴的尺寸。然后，蒸汽通過(guò)填充層，和鋼球產(chǎn)生多次的碰撞。

　　由于包含在蒸汽中的液體會(huì)在鋼球的表面蔓延開(kāi)來(lái)，且這些球被確定是可浸潤(rùn)的。因此，在顆粒和球的最初碰撞中，產(chǎn)生了不同種類(lèi)的晶核，并且球被一層液體薄膜所覆蓋。一旦球完全被薄膜所覆蓋，包含在蒸汽中的顆粒就會(huì)和這層液體薄膜碰撞。由于這些是相似的物質(zhì)，不同種類(lèi)的晶核產(chǎn)生，同時(shí)液體也增大了，形成液滴，流進(jìn)助焊劑收集罐中，等待清理。

　　能量效率
　　在電子制造環(huán)境中，回流焊爐引出了一個(gè)對(duì)能源消耗問(wèn)題的關(guān)注。這一關(guān)注是可以理解的，由于很自然地需要向組件傳遞熱量，然后對(duì)于冷卻環(huán)節(jié)再要花費(fèi)能量將熱量去除。為了獲得有鉛和無(wú)鉛工藝所需的正確的回流曲線(xiàn)，高效率的熱傳導(dǎo)技術(shù)必須被考慮到。但是在能量消耗的考慮方面，高效率的熱傳導(dǎo)也同樣很重要。

　　使用新的回流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)改進(jìn)熱傳導(dǎo)能力和改善氣流，在熱效率和減少能量消耗方面，一個(gè)巨大的改善已經(jīng)產(chǎn)生了。經(jīng)測(cè)試，早先的回流系統(tǒng)在閑置狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行一條有鉛回流曲線(xiàn)的平均每小時(shí)消耗21kW。比較最近推出的回流系統(tǒng)，使用新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能源消耗從21kW每小時(shí)降到了12.2kW每小時(shí)。對(duì)于相似的曲線(xiàn)性能，這一結(jié)果在能量消耗方面有了41％的減少。

　　傳送系統(tǒng)的考慮
　　傳送導(dǎo)軌系統(tǒng)是將需裝配的組件傳送通過(guò)回流系統(tǒng)的非常流行的方法。伴隨著無(wú)鉛工藝更高的操作溫度，傳送導(dǎo)軌必須要能維持足夠的強(qiáng)度。暴露在外的支撐軸和小的導(dǎo)軌剖面，在更高的操作溫度和大質(zhì)量的組件下，可能會(huì)承受更重的負(fù)載。

　　合格的導(dǎo)軌系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)該允許熱膨脹，并且仍能維持導(dǎo)軌的平行，以減少PCBA掉落或被卡住的機(jī)率。在設(shè)計(jì)中，導(dǎo)軌的推出成型應(yīng)該考慮具有多個(gè)角度的結(jié)合，以減小在熱膨脹過(guò)程中導(dǎo)軌彎曲的機(jī)率。
　　由于無(wú)鉛回流中更高的溫度，組件更傾向于產(chǎn)生翹曲和掉落問(wèn)題。更高的溫度更接近板子分層的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，并且結(jié)合來(lái)自器件的更大的質(zhì)量，可以導(dǎo)致生產(chǎn)線(xiàn)問(wèn)題更進(jìn)一步惡化。
　　中央板支撐（CBS）傳送系統(tǒng)可以解決這個(gè)問(wèn)題。CBS在更高的無(wú)鉛回流溫度下將提供更好的支撐，克服板翹曲和掉落問(wèn)題。

　　總結(jié)
　　在做出無(wú)鉛回流焊接結(jié)論之前，需要先詳細(xì)的來(lái)看一下一臺(tái)回流爐的全部特性。當(dāng)考慮向無(wú)鉛材料轉(zhuǎn)變時(shí)，需要先決定材料和溫度曲線(xiàn)的需求。一旦這些被選定了，就咨詢(xún)回流爐制造商，幫助你為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)出一個(gè)期望的溫度曲線(xiàn)。伴隨著一些調(diào)查工作，這條理想的溫度曲線(xiàn)可能是通過(guò)“帳篷”型或“反向爬升”型的溫度曲線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
　　回流系統(tǒng)的選項(xiàng)也是重要的考慮對(duì)象。氮?dú)饧庸きh(huán)境的采用，冷卻的考慮，傳送系統(tǒng)以及整個(gè)系統(tǒng)的操作成本，都應(yīng)該和回流設(shè)備的供應(yīng)商進(jìn)行討論。