CN106881517A - 二氧化碳气体保护的电子产品焊接方法 - Google Patents

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祝志华
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Abstract

本发明公开了一种以二氧化碳作为保护气体焊接电子产品的方法，属于电子产品焊接领域。该方法是在回流焊、波峰焊和浸焊等电子产品焊接过程中，以二氧化碳为保护气体，减少焊料在焊接过程中的氧化，达到优异的焊接目的。二氧化碳气体密度较空气的密度大，可稳定存在回流焊炉腔底部或波峰焊和浸焊的液态焊料表面，起到对焊料的覆盖和保护作用，较传统使用的氮气有更好的保护效果，且操作简单、成本更低。

Description

二氧化碳气体保护的电子产品焊接方法
技术领域
本发明公开了一种二氧化碳作为保护气体的电子产品焊接方法，属于电子产品焊接领域。
背景技术
电子产品的焊接过程主要通过回流焊、波峰焊或浸焊等工艺将锡膏或液体焊料将元器件与PCB焊接达到冶金结合。
为了避免锡膏在焊接过程中锡粉被氧化，回流焊炉各个单元需连续通入氮气，以控制炉腔内氧气浓度，但存在氮气消耗量大、成本高、氧气浓度可控性差等问题。为解决氮气消耗问题，专利ZL 200820187086.3公开了一种氮气闭环控制系统，将炉腔里的氮气经回收循环使用，以减少氮气用量；专利200910115689.1公开了一种氮气过滤回收系统，降低氮气的使用量。但显然，在炉腔里不可避免的会有空气掺入，回收的氮气纯度会受到影响，会降低氮气在焊接过程中对锡膏的保护作用。
专利CN 201120516449.5公开了一种回流焊炉氮气自动关闭系统，当在没有PCB板进入回流焊炉时，及时切断氮气输入来降低氮气使用量；专利ZL 201420758431.X公开了一种回流焊炉的氮气节能控制器，可以准确的设定气源的开启时间、闲置时间和停止时间，能够最大限度的节省氮气；专利ZL 201420051070.5公开了一种回流焊炉低含氧量进出口通道，设计了吹扫氮气模块，并在通道顶盖和底座的内侧安装柔性门帘，以降低氮气的消耗。这些方法，确能在一定程度上降低氮气的用量，但毕竟回流炉的炉膛是与大气接通的，依然会有空气进入炉膛，并且空气的密度1.297g/L高于氮气的密度1.25g/L，空气会相对集中的分布在炉腔的底部，而该位置恰是输送带和焊接产品的位置，尤其当氮气停止输入的时候，空气便很容易进入炉膛，造成锡膏的氧化。
而波峰焊工艺，锡槽敞开在大气中，熔融的液态焊料很容易被空气中的氧气氧化，形成锡渣(氧化渣)。为减少锡渣的形成，通常是在焊料或锡池中添加抗氧化组分或锡渣还原剂，或使用具有抗氧化性质的锡条，但抗氧化组分和锡渣还原剂在使用过程中逐渐被消耗，会逐渐失去作用。专利ZL 20092016759.0和ZL 201220052902.6通过在液态焊料表面输入氮气来阻隔液态的焊料与空气接触，减少锡渣产生。但由于氮气的密度较空气的密度低，再加上锡池表面温度较高，氮气更容易飘逸，不容易在液态焊料表面形成保护膜。
浸焊是电子产品表面处理或预镀锡层的常用工艺，指把被镀件浸入到熔融的金属液体中使其表面形成金属镀层的一种工艺方法。当前该工艺中锡槽通常敞开在大气中，无保护气体，虽然生产过程中液体焊料表面无明显波动，但与空气接触也会产生大量锡渣。
发明内容
本发明的目的是在电子产品焊接过程中，使用一种密度较大的惰性气体——二氧化碳作为保护气体，避免上述问题，起到更好的保护作用。
二氧化碳是一种惰性很好的气体，密度为1.977g/L，大于空气的密度，当与空气混合时候，会沉在混合气体的底部。
所述的一种以二氧化碳作为保护气体的电子产品焊接方法，其特征在于，所用二氧化碳气体纯度>99.8％，氧含量<10ppm，水分含量<15ppm。为了更好的保护被焊材料，在二氧化碳气体中可掺杂氢气、一氧化碳或甲酸等还原性气体。
所述的一种以二氧化碳作为保护气体的电子产品焊接方法，其特征在于，在回流焊工艺中，在炉腔中连续通入二氧化碳气体，二氧化碳可以稳定的存在于输送带位置，覆盖在锡膏和被焊材料的表面，起到很好的保护作用。本方法适合生产的产品包括电子线路板和半导体元器件等。
所述的一种以二氧化碳作为保护气体的电子产品焊接方法，其特征在于，在波峰焊或浸焊工艺中，在液态焊料表面连续通入二氧化碳气体，二氧化碳可以稳定的存在于液态焊料表面，阻隔焊料和空气的接触，防止锡渣产生。
由于二氧化碳气体密度较大，能够稳定的覆盖在被焊材料和液态焊料表面，不易飘逸，相对于常用的氮气，操作更加简单，损耗量较低。另外，二氧化碳较氮气的生产成本低，二氧化碳的使用可大大降低生产厂家保护气体的材料成本。
二氧化碳气体保护适合当前电子产品焊接中，保护气体的各种使用方式，在此不再赘述。在使用过程中，为了更好的检测焊接环境的氧含量，在回流炉内设置氧含量监测点，或者为了更好的保护被焊材料，在二氧化碳气体掺杂氢气、一氧化碳气体或甲酸等还原性气体，也包含在本发明范围之内。
二氧化碳虽然是安全性的气体，但在使用中也应完全从工作区排出。
另外值得注意的是，在达到所生产产品品质要求前提下，为降低对环境的影响，应控制二氧化碳气体最小的使用量。
附图说明
图1回流炉结构示意图；
图2波峰焊炉结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
在7温区的回流炉中生产120mil芯片的GBU桥堆二极管，通入二氧化碳气体作为保护气体1，二氧化碳气体纯度>99.8％，氧含量<10ppm，水分含量<15ppm，掺入2％氢气，流量4m3/h。按照如下温度依次设置各个温区：480℃、510℃、550℃、500℃、450℃、430℃、400℃，过炉时长83min。测试两个监控点A和B的氧含量分别为52PPM和34PPM。同时对焊后的产品通过X-RAY检测，空洞率为3％。
对比例1：
采用在实施例1中同样的设备和温度设置，通入掺杂2％氢气的氮气作为保护气体，流量4m3/h，测试两个监控点A和B的氧含量分别为368PPM和171PPM，焊后的产品X-RAY检测空洞率为8％。
对比实施例1和对比例1，可见掺杂同样掺杂2％氢气，二氧化碳气体较氮气对被焊材料具有更好的覆盖保护作用，可大幅度降低回流炉炉腔内氧气浓度。氧浓度的降低，降低了产品焊接的空洞率，提高了产品焊接质量。
实施例2：
波峰焊炉通过具有保护气体控制阀4的保护气体导管2通入二氧化碳作为保护气体1，二氧化碳气体纯度>99.8％，氧含量<10ppm，水分含量<15ppm，流量2m3/h，如附图2所示。锡槽3中焊料为SCA305，温度280℃，8h新投入SCA305锡条77kg，产生锡渣2.4kg。
对比例2：
采用在实施例2中同样的设备通入氮气作为保护气体，流量2m3/h。锡槽中焊料为SCA305，温度280℃，8h新投入SCA305锡条92.5kg，产生锡渣15.8kg。
对比实施例2和对比例2，可见二氧化碳气体较氮气对被焊材料具有更好的覆盖保护作用，可大幅度减少锡渣产生和锡条使用量。
实施例3：
浸焊工艺，通过保护气体导管在液态焊料表面通入二氧化碳气体，二氧化碳气体纯度>99.8％，氧含量<10ppm，水分含量<15ppm，流量0.5m3/h。锡槽中焊料为SCA305，温度280℃，8h新投入SCA305锡条111kg，产生锡渣0.4kg。
对比例3：
采用在实施例3中同样的设备，焊料敞开在大气中。锡槽中焊料为SCA305，温度280℃，8h新投入SCA305锡条116kg，产生锡渣4.2kg。
对比实施例3和对比例3，可见二氧化碳气体具有显著的覆盖保护作用，可大幅度减少锡渣产生和锡条使用量。
以上所述仅为本发明的实施例，并未因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种以二氧化碳作为保护气体的电子产品焊接方法，其特征在于：在电子产品使用回流焊或波峰焊焊接过程中，使用二氧化碳作为保护气体。
2.根据权利要求1所述的一种以二氧化碳作为保护气体的电子产品焊接方法，其特征在于，所用二氧化碳气体纯度>99.8％，氧含量<10ppm，水分含量<15ppm。
3.根据权利要求1所述的一种以二氧化碳作为保护气体的电子产品焊接方法，其特征在于，在二氧化碳气体中掺杂氢气、一氧化碳或甲酸。
4.根据权利要求1所述的一种以二氧化碳作为保护气体的电子产品焊接方法，其特征在于，在使用回流焊工艺时，炉腔内连续通入二氧化碳作为保护气体。
5.根据权利要求4所述的一种以二氧化碳作为保护气体的电子产品焊接方法，其特征在于，所述电子产品为电子线路板或半导体元器件。
6.根据权利要求1所述的一种以二氧化碳作为保护气体的电子产品焊接方法，其特征在于，在使用波峰焊工艺时，液态焊料表面用二氧化碳气体覆盖。
7.根据权利要求1所述的一种以二氧化碳作为保护气体的电子产品焊接方法，其特征在于，在使用浸焊工艺时，液态焊料表面用二氧化碳气体覆盖。
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