SMT行业中氮气在焊接中的作用

在SMT行业中，越来越多的企业会购买模块式氮气发生器放在设备旁边使用。例如上图所示。相比较于传统的制氮机（AB罐体），刨除设备的美观与精密设备所产生的化学时尚的神秘性，模块式氮气发生器占地面积小，噪音小，避免了远距离输送管道焊接泄露所造成的的氮气纯度气量不足，同时，模块式氮气发生器不包含压力容器，也省去了报检及年审。

随着SMT行业生产中的认可，我们会发现模块式氮气发生器已然成为了SMT工厂焊接时不可缺少的神秘助手。

自从欧盟执行《电器与电子设备废料指令》(WEEE)和《电器与电子设备所含有毒物质限制指令》(RoHS)以来，对于严重危害环境的有毒重金属以及有害物质，在电子产品中被严格限制使用，锡铅合金焊料被禁止使用。无铅化组装工艺迅速发展，而今渐趋成熟且深入人心。但是无铅焊料的润湿性明显要弱于传统有铅焊料并更易于氧化。如何破除氧化物，从而获得基材的纯净表面，达到可靠的连接？

在焊接过程中焊点容易氧化，热是氧化的催化剂，但是我们不可能在加热过程中去掉热，所以我们要减少氧化的其它因素——通过用惰性的气体来取代含氧气氛，例如用氮气、氦气等其他惰性气体。在所有的惰性气体中，氮气是唯一廉价且方便获取的气体。

七十年代初氮气就已经应用于电子制造，直到引入了免清洗技术，因其需要在惰性气体环境中进行焊接，氮气的使用才得到广泛的认可。最初，在波峰焊中使用氮气仅仅是为了降低成本，氮气的加入，可以减少或消除氧化渣，减少机器的保养，改进免清洗焊接的性能。

不同氮气含量下纯焊点外观

在氮气应用于波峰焊接制程之前，就一直被应用于回流焊接中。表面黏着陶瓷混合电路的回流焊中，混合IC工业长期使用氮气，当看到混装IC制造的效益时，便将这个原理应用到了PCB焊接中。在这种焊接中，氮气可引入到每一一个区域，不只是在回流区，也用于制程的冷却过程。氮气的加入可以使端子和焊盘的润湿(wetting)较快，改善了助焊剂残留物和焊点表面的外观，同时快速冷却而没有铜氧化。

在无铅化电子组装中，实施惰性氮气保护性焊接，对于回流和波峰焊接工艺的重要性及作用，具体表现为以下几个方面:

1、降低焊接过程中氧化的危害

惰性氮气氛回流焊接，可以防止焊接过程中焊料、元器件引脚和焊盘的表面氧化;通常随着残留氧气量减少液态焊料的表面张力越小，其焊接润湿效果也更好;实践表明，氧气含量需低于1000ppm，比较适合回流焊接。在波峰焊接中，通过实施氮气保护性焊接，熔融钎料氧化渣的量明显减少;研究资料显示，对于常用的两种无铅钎焊料Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn0.7Cu，在氧气含量浓度降到500ppm 时，锡渣量可减少60-70 %。

2、提高焊接的润湿性

热风强制对流回流焊，由于助焊剂扩展率大于钎料合金扩展率，再加上其大量挥发、氧化以及热风的吹散，不能形成致密的隔离膜起到保护熔融合金的作用。而在氮气环境下，惰性的氮气气氛直接与液态焊锡表面接触，于是焊接钎料的润湿力增大，润湿角减小可焊性能得到较大改善;润湿能力的增强，可有效降低制程缺陷的发生率。

3、扩大焊接工艺窗口

在氮气环境下（氧含量值低于1000ppm)，可以令SnAg无铅焊料的润湿效果与SnPb有铅焊料相提并论不分伯仲。同时，它对于不含(Ag)银、(In)钢和(Bi）铋的焊料，在相同焊接条件下可焊性能得到明显改善;当氮浓度控制适当时，甚至还可以一定程度上降低焊接峰值温度与液相线以上时间。于是,它使得制造商在选择器件(尤其是超细间距器件和热敏感型器件)以及焊料辅材时有更多的余地。另外，它对于可焊性相对较差的元器件、PCB焊盘、焊锡膏以及活性较低的助焊剂，对于OSP工艺较为便宜的裸铜印制板，通孔回流焊和波峰焊的焊锡爬升效果等等，可以改善其焊接性能并扩大其制程工艺窗口。

4、改善焊点的质量

在氮气环境下进行焊接,可使焊接缺陷率降至最低,在相同焊接条件可降低焊点内部空洞发生比率(参考图14);降低焊接桥连、焊锡爬升不良和元件偏移等缺陷的发生率，并减少不良返工成本。氮气保护对焊点外观质量也有一定的影响，由于焊接过程能获得更好的润湿，使得焊点更可靠外观光泽更漂亮(参考下图)。氮气保护减少了助焊剂残余量，降低了助焊剂氧化程度，有益于提高焊点质量和ICT测试通过率。如果在冷却区快速填充低温氮气，可以对表面焊点起到快速冷却和细化晶粒的作用，还能有效提高焊点强度。

那么怎样去获得更适合我们的氮气源？在上一篇文章中，我们做了详细的成本对比，有疑问的朋友可以查阅《SMT行业如何正确的获取氮气源》，或者联系昊朗科技，7*24服务电话0512-65685667。

下期内容预告：SMT企业为什么购买Holang模块式氮气发生器。