現在人們越來(lái)越重視環(huán)保節能健康，電子無(wú)鉛化成為發(fā)展趨勢。在無(wú)鉛回流焊接工藝中回流爐設備對生產(chǎn)高質(zhì)量無(wú)鉛產(chǎn)品有著(zhù)重要的影響，本文就討論影響回流爐設備的因素，以及解決措施，以保證良好的無(wú)鉛產(chǎn)品生產(chǎn)能力。

由于焊膏規范更嚴格的限制以及關(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)和設備的設置。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（the soak profile）和“帳篷”型（the tent profile）溫度曲線(xiàn)（圖1）。浸潤溫度曲線(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?！皫づ瘛毙蜏囟惹€(xiàn)是一個(gè)連續的溫度斜坡，從組件進(jìn)入回流爐開(kāi)始直到達到期望的峰值溫度。

考慮到使用的焊膏類(lèi)型以及組件的結構，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 )給出達到最佳性能的最合適溫度曲線(xiàn)的建議。

設備的考慮

熱傳導

有一種假設，對無(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。更重要的是設備將能量傳導到組件上的效率。

一些回流系統通過(guò)將產(chǎn)品“包裹”在均勻混合的加熱氣體中的方法，來(lái)增強熱傳導的能力。一個(gè)帶加熱的進(jìn)風(fēng)口設計可允許對三個(gè)獨立進(jìn)風(fēng)區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數，也就是減少了能量的消耗。這種加熱設計相對傳統的回流解決方案，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，這一氣流能達到將熱量傳遞到產(chǎn)品所要求的工藝平面上。這一設計的另一好處就是能做到溫區和溫區之間的隔離，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(cháng)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，系統必須被設計成帶有可程序設定控制的冷卻參數。

在使用氮氣系統的情況下，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，在設計中也應該很容易實(shí)現。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)現拆裝的連接點(diǎn)（快速接頭）來(lái)獲得的。

氮氣

在回流環(huán)境中，氮氣提供了幾個(gè)用途。氮氣的使用可在通過(guò)多次回流焊時(shí)可保護板子的表面，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)。

這些結果在無(wú)鉛工藝中更加明顯。對氧化過(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。氮氣將會(huì )幫助抵抗氧化。雖然無(wú)鉛工藝沒(méi)有要求，但是氮氣可以提供更寬的工藝窗口。它也能減少表面的氧化和獲得更好的焊點(diǎn)潤濕。

當考慮一個(gè)加熱系統時(shí)，帶有空氣和惰性氣體選擇配置的回流系統是一個(gè)好的選擇。在加熱區內平衡的氣流就意味著(zhù)在爐內部亂流的減少和低的氮氣消耗量。時(shí)間應該被用在熱量傳遞的設計上，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)機的組合并入回流系統的設計中，增強了系統的性能和減少了氮氣的消耗。

然而，氮氣的使用可能有一個(gè)下降趨勢，其中原因包括了最初的設備成本，氮氣成本，以及由于助焊劑揮發(fā)物被限制在設備內而引起的額外設備維護成本。當評估回流系統和氮氣的使用時(shí)，一個(gè)高效率的系統設計應該被考慮進(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應該能做到在外部的腔室里將負載有助焊劑的氣體凈化，并且將干凈氣體送回加熱區中。舉一個(gè)例子，最近發(fā)展的系統包括了一個(gè)兩段過(guò)濾/分離系統和一體化的自清潔功能，從而減少了維護的需求。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。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)附加的馬達定期旋轉濾網(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(zhù)力，并且被向著(zhù)箱體的墻壁甩出去。由于它沒(méi)有和主動(dòng)冷卻系統合并在一起，所以在箱體內氣體通過(guò)時(shí)，系統保持了一定的溫度，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成。主要由酒精和溶劑構成的，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，然后對于冷卻環(huán)節再要花費能量將熱量去除。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，高效率的熱傳導也同樣很重要。

使用新的回流系統的設計，通過(guò)改進(jìn)熱傳導能力和改善氣流，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)測試，早先的回流系統在閑置狀態(tài)時(shí)，運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，使用新的系統設計，能源消耗從21kW每小時(shí)降到了12.2kW每小時(shí)。對于相似的曲線(xiàn)性能，這一結果在能量消耗方面有了41％的減少。

傳送系統的考慮

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

合格的導軌系統設計，應該允許熱膨脹，并且仍能維持導軌的平行，以減少PCBA掉落或被卡住的機率。在設計中，導軌的推出成型應該考慮具有多個(gè)角度的結合，以減小在熱膨脹過(guò)程中導軌彎曲的機率。

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變點(diǎn)，并且結合來(lái)自器件的更大的質(zhì)量，可以導致生產(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。