In de elektronica-industrie is selectief solderen, met zijn precisie en flexibiliteit, een belangrijk proces geworden voor het solderen van printplaten. Veel professionals staan echter voor een belangrijke vraag bij het configureren van selectief soldeerapparatuur: is een stikstofgenerator noodzakelijk? Dit artikel gaat dieper in op de nauwe relatie tussen selectief soldeerapparatuur en stikstofgeneratoren, evenals de belangrijke rol die stikstof speelt in het soldeerproces. Het biedt elektronicafabrikanten een professionele referentie bij de selectie van apparatuur.
1. De grootste uitdaging van selectieve soldeertechnologie: oxidatie.
Selectief solderen maakt gebruik van lokale verhitting om specifieke soldeerpunten op een printplaat te solderen. Dit voorkomt effectief schade aan warmtegevoelige componenten veroorzaakt door batchprocessen zoals golfsolderen, waardoor het bijzonder geschikt is voor het bewerken van complexe printplaten met precisiecomponenten zoals BGA's En CSP'sIn de daadwerkelijke productie is het echter zo dat oxidatiereacties bij hoge temperaturen blijven een belangrijke factor die de kwaliteit van het solderen beperkt.
Wanneer soldeer (of het nu gaat om traditionele tin-lead-legering of milieuvriendelijk lead-vrij soldeer) wordt verhit tot een gesmolten toestand van 200-300 °C, reageert het oppervlak snel met de zuurstof in de lucht, waardoor een dichte oxidefilm ontstaat. Deze oxidefilm brengt drie uitdagingen met zich mee: ten eerste vermindert het de vloeibaarheid van het soldeer, wat resulteert in koude soldeerpunten waar het soldeer de soldeerpad niet kan bereiken; ten tweede verstopt de resulterende oxideslak de soldeermond, waardoor de machine stil moet staan en elke acht uur moet worden gereinigd, wat de productie-efficiëntie ernstig beïnvloedt; en ten derde verminderen de onzuiverheden die door oxidatie ontstaan de geleidbaarheid van de soldeerpunt, waardoor contactbreuken in trillingsomgevingen waarschijnlijker worden.
Industriestatistieken tonen aan dat oxidatie-geïnduceerde soldeerdefecten verantwoordelijk zijn voor 62% van het totale defectpercentage bij selectief solderen. In de auto-elektronicasector verhoogt oxidatie de revisiekosten met gemiddeld 18%. Daarom is het aanpakken van oxidatieproblemen een hoofddoel geworden van procesoptimalisatie in productiescenario's met een hoge betrouwbaarheid.
2. Stikstofgenerator: een anti-oxidatiewapen voor selectief lassen
Als standaard hulpsysteem voor selectieve lasapparatuur is de kernfunctie van een stikstofgenerator het creëren van een zeer zuivere stikstofomgeving voor de lasomgeving. Met behulp van PSA-drukwisseladsorptie of membraanscheidingstechnologie extraheert de stikstofgenerator stikstof met een zuiverheid tot 99,999% rechtstreeks uit de lucht en transporteert deze via leidingen nauwkeurig naar de omgeving van het lasmondstuk, waardoor een lokale zuurstofvrije zone ontstaat.
Voor fabrikanten biedt de inzet van een stikstofgenerator drie directe voordelen: Ten eerste een verbeterde lasopbrengst. Gegevens van een fabrikant van auto-elektronica tonen aan dat de implementatie van stikstofbescherming het aantal defecte soldeerverbindingen verminderde van 3,2% tot minder dan 0,5%. Ten tweede, lagere onderhoudskosten voor apparatuur: de reinigingscycli voor de nozzles zijn verlengd van 8 uur naar 72 uur, wat jaarlijks meer dan 200 stilstanden bespaart. Ten slotte een verbeterd materiaalgebruik: minder slak vermindert soldeerverlies met ongeveer 15%. Vanuit technisch perspectief maken de inerte eigenschappen van stikstof het mogelijk om zuurstof effectief uit het lasgebied te weren (het zuurstofgehalte wordt onder de 50 ppm gehouden), waardoor oxidatiereacties bij de bron worden voorkomen. Deze aanpak van "gasisolatie in plaats van nareiniging" is standaard geworden voor hoogwaardige selectieve lasprocessen.
3. De specifieke rol van stikstof bij selectief solderen
a. Voorkomen van soldeer oxidatie:
Zonder stikstofbescherming kan gesmolten soldeer oxideren met een snelheid tot 0,3 μm per seconde, wat overeenkomt met de vorming van een oxidelaag van ongeveer 1 μm dik per soldeerpunt. Een stikstofatmosfeer kan het zuurstofgehalte echter verlagen tot minder dan 0,005%, waardoor de oxidatiereactiesnelheid met meer dan 99% afneemt.
Tijdens de daadwerkelijke productie is te zien dat gesmolten soldeer onder stikstofbescherming een zilverwitte glans behoudt, terwijl soldeer dat aan de lucht wordt blootgesteld snel grijszwart wordt. Dit visuele verschil is te wijten aan een significant verschil in de structuur van de intermetallische verbinding (IMC) in de soldeerverbinding. De IMC-laag die in een zuurstofvrije omgeving wordt gevormd, is gelijkmatiger en dichter, met een dikte binnen het ideale bereik van 2-4 μm, terwijl de IMC-laag die in een oxiderende omgeving wordt gevormd, scheuren en holtes vertoont.
b. Verbetering van de bevochtigbaarheid van soldeerverbindingen:
Onvoldoende bevochtigbaarheid is de belangrijkste oorzaak van "nep-soldeerverbindingen", waarbij soldeer "ballen" vormt op de soldeerpad in plaats van zich gelijkmatig te verspreiden. Stikstofbescherming verbetert de bevochtigbaarheid via twee mechanismen: ten eerste vermindert het de weerstand van de oxidefilm tegen soldeerverspreiding, waardoor de contacthoek van het soldeer wordt verkleind van meer dan 60° naar minder dan 30°; ten tweede verlaagt het de oppervlaktespanning van het soldeer. Experimentele gegevens tonen aan dat een stikstofatmosfeer de oppervlaktespanning van tin-zilver-kopersoldeer met ongeveer 8% kan verlagen.
Deze verbetering is met name cruciaal bij het solderen van soldeerverbindingen met hoge dichtheid, zoals die op moederborden van mobiele telefoons. Tests door een fabrikant van communicatieapparatuur toonden aan dat de overbruggingssnelheid voor soldeerverbindingen met een spoed van 0,4 mm daalde van 12% naar 1,3% na het inschakelen van stikstof, wat de betrouwbaarheid van het product aanzienlijk verbeterde.
c. Verminderen van soldeerballen en overbrugging:
Het vormen van soldeerballen en het vormen van overbruggingen zijn kritieke defecten die de isolatieprestaties van printplaten negatief kunnen beïnvloeden. Stikstof bestrijdt deze defecten via drie belangrijke mechanismen: ten eerste onderdrukt de stabiele luchtstroom soldeerspatten, waardoor het aantal soldeerballen met meer dan 70% afneemt; ten tweede verbetert het de vloeibaarheid van het soldeer, waardoor een nauwkeurigere soldeerverbinding mogelijk is; en ten derde versnelt het de afkoeling van het soldeer (de thermische geleidbaarheid van stikstof is 1,2 keer die van lucht), waardoor de doorlooptijd van vloeibaar soldeer wordt verkort. Deze rol is met name belangrijk bij de productie van printplaten voor elektronische regeleenheden in de auto-industrie. Nadat een fabrikant stikstofbescherming had toegepast, daalde het gemiddelde aantal soldeerballen per printplaat van 15 naar minder dan 3, waardoor het probleem van functionele testfouten veroorzaakt door soldeerballen volledig was geëlimineerd.
d. Verbetering van het uiterlijk en de betrouwbaarheid van soldeerverbindingen:
Onder stikstofbescherming vertonen soldeerverbindingen een uniforme zilverwitte kleur, vrij van cosmetische defecten zoals gaatjes en deuken. Belangrijker nog, hun mechanische eigenschappen zijn aanzienlijk verbeterd: de treksterkte is met ongeveer 10% toegenomen en bij temperatuurcycli van -40 °C tot 125 °C is de soldeerverbindingsbreukcyclus verlengd van 500 cycli tot meer dan 1500 cycli.
In gebieden waar lange levenscycli vereist zijn, zoals medische device's, vertaalt deze verbeterde betrouwbaarheid zich direct in de concurrentiekracht van het product. Trackinggegevens van een monitorfabrikant tonen aan dat de uitvalpercentages in het veld voor producten die met stikstof gesoldeerd zijn, met de 65% afnemen en met de 72% het aantal klachten van klanten.
4. Belangrijkste punten bij het selecteren van een stikstofgenerator voor lasapparatuur
a.Zuiverheid van stikstof:
Verschillende toepassingen vereisen verschillende stikstofzuiverheidsniveaus: een zuiverheid van 99,99% (vier negens) is acceptabel voor consumentenelektronica, terwijl een zuiverheid van 99,999% (vijf negens) vereist is voor auto-elektronica, de lucht- en ruimtevaart en andere sectoren. Onvoldoende zuiverheid kan het beschermende effect in gevaar brengen: wanneer het zuurstofgehalte hoger is dan 100 ppm, wordt het oxidatieremmende effect aanzienlijk verzwakt.
Houd bij het selecteren van een stikstofgenerator rekening met de stabiliteit van de zuiverheid. Hoogwaardige apparatuur moet een zuiverheidsfluctuatie van maximaal 0,001% kunnen handhaven bij een inlaatdrukfluctuatie van ±10%. Een online zuurstofgehaltemonitor wordt ook aanbevolen voor realtime monitoring van de beschermende werking.
b.Stikstofstroom:
Bij het berekenen van de stroomsnelheid wordt rekening gehouden met drie parameters: het volume van het lasoppervlak, de lassnelheid en de plaatafstand. Over het algemeen vereist één lasmondstuk een stikstofstroom van 10-20 l/min. Meerdere mondstukken moeten worden gestapeld op basis van het werkelijke aantal mondstukken. Onvoldoende stroom kan leiden tot luchtinfiltratie, terwijl een te hoge stroomsnelheid leidt tot verspilling (elke toename van de stroomsnelheid met 10 l/min verhoogt de jaarlijkse bedrijfskosten met ongeveer 3.000 yuan).
Intelligente stikstofgeneratoren zijn voorzien van automatische stroomregeling, waardoor de stikstoftoevoer in realtime wordt aangepast aan het lasproces. Zo bespaart u 20-30% energie in vergelijking met systemen met een vaste stroomsnelheid.
c. Stabiliteit en betrouwbaarheid van de apparatuur:
De gemiddelde tijd tussen storingen (MTBF) van de stikstofgenerator moet minimaal 8000 uur bedragen en kerncomponenten (zoals adsorp-torens en magneetventielen) moeten minimaal drie jaar garantie bieden. Voor fabrieken met meerdere ploegendiensten wordt een schakelbaar systeem met twee torens aanbevolen om schommelingen in de zuiverheid tijdens regeneratie met één toren te voorkomen.
Onderhoudsgemak is net zo belangrijk. Kies een model met een lange filtervervangingsinterval (minimaal 3000 uur) en een intuïtieve user-interface. Een vergelijking op de DEZSMART Uit een onderzoek van de fabriek bleek dat stikstofgeneratoren met weinig onderhoud het aantal onderhoudsuren met 50% verminderden.
