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PCBA大讲堂:SMT回流焊炉加氮气(N2)的优缺点探讨

发布时间 :2018-08-31 09:17 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCBA加工部
制程中SMT回流焊炉加氮气(N2)最主要用途在降低焊接面氧化,提高焊接的润湿性,因为氮气属于惰性气体(inert gas)的一种,不易与金属产生化合物,也可以避免空气中的氧气与金属接触产生氧化的反应。
 
而使用氮气可以改善SMT焊接性的原理(机理)是基于氮气环境下焊锡的表面张力会小于暴露于大气环境,使得焊锡的流动性与润湿性得到改善。其次是氮气把原本空气中的氧气(O2)及可污染焊接表面的物质溶度降低,大大的降低了焊锡高温时的氧化作用,尤其在第二面回流焊品质的提昇上助益颇大。
 
所以其实印刷电路板(PCB)在第一面(1st side)过回流焊(reflow)时,电路板第二面(2nd side)的表面处理实际上也同时经历着相同的高温,电路板的表面处理会因高温而有被破坏,特别是使用OSP表面处理的板子,而且氧化作用在高温下也正急速的进行着,加了氮气后就可以在第一面过回流焊时大大降低第二面表面处理的氧化程度,使其可以撑到第二面过炉得到最佳焊接效果。
 
另外,如果过完第一面回流焊后电路板闲置暴露于空气中时间过久才进行第二面回流焊,也容易造成氧化问题而让第二面回流焊时产生拒焊或空焊的问题。
 
这种时候ENIG板子的优点就显现出来了,因为ENIG的表面处理为「金(Gold)」,在目前的回流焊温度下,其第二面表面处理几乎不会有氧化的问题。喷锡或化锡板则会因为第一次回流焊高温,而提前在第二面未焊接前就产生IMC,影响第二面回流焊的可靠度。
 
对ENIG及喷锡或化锡板焊皆有兴趣的朋友可以参考本部落格的小米彩票代理相关的文章: 
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不过,深圳宏力捷必须要强调「氮气并不是解决氧化的万灵丹」,如果零件或是电路板的表面已经严重氧化,氮气是无法使其起死回生的,而且氮气也仅对轻微氧化可以产生补救的效果(是补救,不是解决)。其实,储存及作业过程中只要可以确保PCB的表面处理及零件不会产生有氧化,加氮气基本上没有太大的作用,最多就是促进焊锡的流动、增加爬锡的高度。但是,话又说回来,还真没几家公司可以百分百确保其PCB及零件表面处理没有氧化的。
 
前说了许多氮气的优点,话说回来「回流焊炉(Reflow oven)」使用氮气并不是百利而无害,先不说加氮气「烧钱」的问题,就因为氮气可以促进焊锡的流动效果,所以才会出问题,听起来怪怪的?
 
电阻电容墓碑效应因为焊锡的流动太好也意味着加温效果较好,这个效果对大部分零件有好处,但是可能会恶化电阻电容这种小零件(small-chip)的「墓碑效应(Tombstone effect)」,因为零件一端先融锡而一端未融锡,先融锡的一端内聚力加强后就会开始拉扯零件,未融锡端拉不住零件,最后形成立碑,根据经验墓碑问题特别容易发生在0603与0805大小的小电阻及电容上,因为其尺寸及锡膏印刷距离刚好容易立起零件。
 
另外,氮气也会增加焊锡的「灯芯效应」,让锡膏可以沿着零件焊脚的表面爬锡更高,这对某些零件焊脚可能是加分,但是对某些连接器可能就是剪分,因为连接器的焊脚再往上通常是与其他零件连接的接触点,这些接触点如果吃锡可能会造成其他问题,而且现在的连接器脚间距很窄,焊锡往上爬可能有短路的风险。
 
--- 来总结一下前面的观点 ---
回流焊加氮气的优点:
▪ 减少过炉氧化
▪ 提升焊接能力
▪ 增强焊锡性
▪ 减少空洞率(void)。因为锡膏或焊垫的氧化降低,空洞自然就减少了。
 
回流焊加氮气的缺点:
▪ 烧钱
▪ 增加墓碑的机率
▪ 增强灯芯效应
 
什么样的电路板或零件适合使用氮气回流焊?
▪ OSP表面处理双面回流焊的板子适合使用氮气。
▪ 零件或电路板吃锡效果不好时可以使用。
▪ 使用氮气后需注意墓碑不良是否增加,也要检查连接器焊脚爬锡是否过高?


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