现有封装生产线的改造问题

现有封装生产线的改造问题

徐波1,2，王乐1,2，史建卫2，袁和平2

1.哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点试验室，黑龙江，哈尔滨 150001

2.日东电子科技（深圳）有限公司，广东，深圳 518103

摘要：根据无铅回流焊的工艺特点，论述了对回流炉加热、冷却、助焊剂管理和氮气保护各系统的改造原则和方案，给出了氮气保护系统的评价标准，对罐装氮气和氮气发生器两种供应系统进行了成本估算和对比。

关键词：无铅回流炉；加热系统；冷却系统；助焊剂管理系统；氮气保护系统

中图分类号：TN305.94文献标识码：A文章编号：1004-4507(2005)10-0042-06 Restructure of Conventional Production Line

Xu Bo1,2，Wang Le1,2, Shi Jian-Wei2, Yuan He-Ping2

1.Harbin Institute of Technology, Harbin, 150001, China

2.Sun East Electronic Technology (Shenzhen) Company Lt.d, Shenzhen, 518103 China

Abstract: This article presents the principle and access of the restructure of reflow oven according to the specialty of lead-free soldering techniques, including heating、cooling、flux management and nitrogen protection. We also present a evaluation system of nitrogen protection and then make a cost comparison of two different N2 production systems。

Key words: lead-free reflow soldering oven; heating system; cooling system; flux management; nitrogen protection system

Document Code: A Article ID: 1004-4507(2005)10-0042-06

1.引言

电子整机行业的无铅化技术发展是国际信息产业工业发展的必然趋势，我国信息产业部也要求在2006年7月1日前，全国实现电子信息产品的无铅化。当世界电子组装逐渐实现无铅化后，无铅钎料的高熔点、低润湿性给实际的焊接生产工艺带来了很大变化。设备生产厂商应该对炉子结构和性能进行新的设计和改进，满足无铅化焊接的要求，主要包括加热系统、制程控制系统、助焊剂管理系统、冷却系统和氮气保护系统。

2.无铅再流焊设备的改造原则

实施无铅化电子组装，许多企业并不主动，而是在各种压力下才转为无铅技术的。压力主要包括法令规定、环保意识、市场利益、用户需求、有害物质管理处理和无铅技术方面等。

无铅化对再流焊设备提出了许多新的要求，主要包括：更高的加热能力、空载和负载状态下的热稳定性、适合高温工作的材料、良好的热绝缘、优良的均温性、氮气防漏能力、温度曲线的灵活性、更强的冷却能力等。

目前国内市场存在成千上万旧生产线，如果要全部通过购买新设备更换来设备来实施无铅化改造，对设备制造商而言是个很大的机遇，但对电子组装厂来说是个沉重的负担。目前一台新的再流焊设备一般在30万左右，再加上附加功能，如快冷、氮气保护等，费用相当大。对于电子组装厂，尤其是利润较低的企业，

力求寻找一些简单的改造方法来迎接无铅化的挑战。面对这样的问题，根据旧生产线的设备特点和新产品的要求，对旧生产线可以从以下三方面进行改造。

3.加热系统

在选择无铅热风再流焊设备时，加热系统是非常重要的一个性能指标，其中包括加热效率、温控精度、温度均匀性以及稳定性等。

（1）温度高效性

温度高效性是热传到效率的一个直接反映。热传导率高，设备的设定温度和实际温度就相差较小，温度补偿能力快，生产柔性系数就大，可以适用不同生产量、不同热容大小的产品。如果温度高效性不好，对于实际的无铅焊接峰值温度240℃，设定温度就会达到290℃甚至更高，导致高温下热风马达的使用寿命减少。温度高效性是一个很重要的参数，它决定了设备是否能做到无铅化生产要求。

（2）温度均匀性

当温度曲线稳定之后，常用测试板上任意两点的最大温度偏差△T来衡量温度均匀性。一般情况下，温度偏差越小，温度均匀性就越好。SnPb共晶钎料的温度均匀性要求为±5℃，而无铅钎料的温度均匀性要求为±2℃。

（3）温度稳定性

无铅再流焊炉必须具有稳定的温度曲线，如果温度曲线不稳定，就没有可靠稳定的产品质量保证。目前一些电子制造商在生产时，会每一个工作日或半个工作日测试一次温度曲线，来保证温度曲线的稳定性。而先进的设备制造商已开发出一套温度监控系统，对炉体内各温区实际温度进行实时监控，确保温度曲线的稳定性。

加热系统改造应注意以下几个方面：

（1）如果旧设备为上下两面同时加热的各模块独立控制强制热风对流系统，炉腔隔热系统良好，且热风马达能承受300～350℃高温，此设备具有较强的加热效率，容易实现较高的峰值温度，可以用于无铅化生产。

（2）如果旧设备为局部上下两面同时加热或单面加热的各模块独立控制强制热风对流系统，炉腔隔热系统不良且热风马达不能承受300～350℃的高温，此设备加热效率较低，达到较高峰值温度较难，一般不适合无铅化生产。

（3）如果旧设备为局部上下两面同时加热或单面加热的各模块独立控制强制热风对流系统，且加热模块容易增加、更换和维修，热风马达能承受300～350℃高温，此设备可通过适当的增添加热模块来提高热效率，可以用于无铅化生产。

（4）如果旧设备带有红外加热系统，此设备温度均匀性较差，不能满足无铅化生产所需温度均匀性要求的±2℃，一般不适合无铅化生产。

（5）如果旧设备为热风强制对流系统，但采用的是大循环气流流动方式，而不是各模块独立气流循环，此设备温度各温区温度不易控制，均温性和稳定性较差，一般不适合无铅化生产。

4.冷却系统

无铅化后再流焊峰值温度升高，在同等条件下产品出口温度升高，不便于焊后人工检测，这就要求需要快速冷却以达到新工艺的要求。另外一些研究表明，快速冷却可以细化组织、防止金属间化合物（IMC）增厚，提高可靠性[1]。目前无铅再流焊设备一般采用循环水冷系统，并配有一台制冷机进行强制冷却。相应地，设备的价格要增加3万左右，而且还要占用一些资源。