深度解析氮氣在SMT焊接中的應用

氮氣在SMT焊接中的主要應用包括：氮保護層、屏蔽波峰、回流焊等。

氮保護層

90年代初期開發的設備已采用隧道式結構，以形成氮保護層(envelope)。保護層包圍著波峰焊接傳送帶，阻止空氣從入口和出口進出。隧道腔的垂直高度應盡可能低，密封框架上有窗口，便于觀察焊接過程。也可以取下窗口，接觸機器的內部，對機器進行維護和調整制程流程。

在印制板進出的過程中，注入焊接系統的氮氣阻止空氣從開口處進入。因此，氮氣必須維持正壓。一些輕的懸掛活動門鉸接在隧道的長度方向，以減少空氣的侵入。當電路組件靠近時，這些懸掛門可以向上翻轉。

當氮氣流出隧道進出口時，所有末端開口的隧道設計都有一些排放氮氣的方法。通常需要平衡這種“廢氣”，以便將房間的空氣送到排氣管，這樣有助于防止廢氣從隧道中抽吸過量的氮氣。注意，此時的關鍵是要降低溫度和減少氮氣的損耗。

隧道的長度可以很短，僅履蓋預熱區和焊接槽；也可以是很長，從上料端到下料端。因而，長隧道的設備實際上覆蓋了助焊劑發配裝置(fluxer)、預熱區和波峰焊接區。
短隧道與長隧道之間的區別表現在所需氮氣的量上：向系統注入雜質含量為1ppm至2ppm的低溫氮氣時，焊接波峰周圍的氧氣雜質應低于10ppm。與長隧道相比，短隧道消耗更多的氮氣，并且對車間的空氣氣流更加敏感。對空氣氣流的高敏感度往往會導致在波峰中所測量的純度不穩定。

不管怎樣，這種裝置一直都在100ppm至200ppm的雜質含量下使用，而且它為焊接制程帶來了明顯的好處。你可以對現有設備進行改裝，使其可以使用氮氣，但這將是一個昂貴、耗時的過程。

屏蔽波峰

惰性氣體環境中的波峰焊接還有另外一種方法，即采用屏蔽(shroud)設計制成的護罩，圍繞在焊嘴的周圍直至焊接波峰回落到焊接槽的位置。“噴霧器”位于護罩底部，供給氮氣。

這種方法的主要優點是可以直接接觸系統。在密封的系統中，有可能使表面黏著零配件的表面達到回流焊的溫度，導致焊料回流。如果印制板翹曲或隧道出口處的“簾”接觸了印制板上面的SMD，這種可能性將會增加。另一方面，采用這種“屏蔽”技術，完全消除了波峰焊后周圍區域的溫度問題。

Electrovert和Soltec公司已經制造出了在開放式波峰中使用氮氣的焊接系統，他們發現氧化渣的減少同隧道式焊接系統做得一樣好。“屏蔽”的結果可以與采用電鍍、熱涂或熱風整平印制板的焊接組件所獲得的結果相比。使用這項新技術的另外一個優點是，其氮氣消耗量與最昂貴的封閉式波峰焊接系統相同，甚至更低。

在用于表面黏著焊接的雙波峰系統中，可以對每一個波峰使用獨立的屏蔽罩和氮氣供給控制。系統中沒有焊接組件時，系統可進入等待模式，將焊接波峰設置在較低的高度以減少氧化渣的生成，并停止或降低氮氣的流速。當系統探測到印制板時，它能夠重新激活正常作業控制設置。這種控制機理進一步降低了氮氣消耗量。如果能夠只用一個波峰進行焊接，便可節省更多的氮氣。

在隧道系統中，要求噴嘴擴展到焊料槽的邊緣上方到達隧道內。而在屏蔽系統中，噴嘴黏著在系統的下部，對于不需要氮氣也能進行良好焊接的組件允許快速徹底地關閉氮氣。此外在焊料返回到焊槽中這段較短的距離也有屏蔽，焊料濺落的機會也減少了。

與隧道設計相比，屏蔽式容易改裝，消耗時間也少。大多數組件的焊接結果是相同的，而且作業成本是所有惰性氣體波峰焊接中最低的。但是，這些系統要求的維護比隧道式的要多。

回流焊中的氮氣

在惰性氣體應用于波峰焊接制程之前，氮氣就一直用于回流焊接中。部份原因是在表面黏著陶瓷混合電路的回流焊中，混合IC工業長期使用氮氣，當其它公司看到混裝IC制造的效益時，他們便將這個原理應用到了PCB焊接中。

在這種焊接中，氮氣也取代了系統中的氧氣。氮氣可引入到每一個區域，不只是在回流區，也用于制程的冷卻過程。現在大多數回流焊系統已經為應用氮氣作好了準備；一些系統能夠很容易地進行升級，以采用氣體噴射。

在回流焊接中使用氮氣有以下的優點：

• 端子和焊盤的潤濕(wetting)較快
• 可焊性變化少
• 改善了助焊劑殘留物和焊點表面的外觀
• 快速冷卻而沒有銅氧化