什么是氮气回流焊？

什么是氮气回流焊？又该如何利用它呢？ 氮气回流焊是在回流焊炉膛内充入氮气，目的在于阻断回流焊炉内空气进入，防止回流焊接中的元件脚氧化。氮气回流焊的使用主要是为了提升焊接质量，使焊接在氧含量极低（100PPM以下）的环境下进行，从而避免元件氧化问题。所以，氮气回流焊的关键在于保证氧气含量尽可能低。

随着组装密度提高以及精细间距（Fine pitch）组装技术的出现，充氮回流焊工艺和设备应运而生，这改善了回流焊的质量和成品率，成为回流焊的发展方向。

氮气回流焊具有以下优点：

(1) 防止和减少氧化；

(2) 提高焊接润湿力，加快润湿速度；

(3) 减少锡球产生，避免桥接，获得较好的焊接质量。 获得更好的焊接质量尤为重要的是，可以使用活性更低的助焊剂锡膏，同时提升焊点性能，减少基材变色。但其缺点是成本显著增加，且成本随氮气用量增加而上升。当炉内需要达到1000ppm含氧量与50ppm含氧量时，一般氮气含量测试由配套的在线式氧含量分析仪完成。氧含量测试原理是氧含量分析仪先连接氮气回流焊的采集点，采集气体后，经含氧量分析仪测验分析得出含氧量数值，从而得到氮气含量纯度范围。氮气回流焊的气体采集点至少有一个，高端的氮气回流焊气体采集点在三个以上，不同的焊接产品对氮气的需求差异极大。现在的锡膏制造厂商都在致力于开发在较高含氧量气氛中就能良好焊接的免洗焊膏，以减少氮气消耗。

对于回流焊中引入氮气，必须进行成本收益分析。其收益包括产品良率、品质改善、返工或维修费用降低等。全面准确的分析往往表明氮气引入并未增加最终成本，相反，我们还能从中获益。目前常见的有液氮和制氮机，氮气的选择也更加灵活了。

氮气炉中氧含量多少PPM才合适呢？ 查阅相关文献可知，1000PPM以下浸润性较好，1000 - 2000PPM最为常用，但在实际使用中，大部分使用的是99.99%（即100PPM）的氮气，甚至有99.999%（即10PPM）的氮气，而有的客户使用的是98%（即20000PPM）的氮气。 还有一种说法是，对于OSP制程、双面焊且有PTH时，氧含量应在500PPM以下，同时表示立碑增多是印刷精度不高导致的。 目前使用的大多数炉子为强制热风循环型，在这种炉子中控制氮气消耗并非易事。有几种减少氮气消耗量的方法：减少炉子进出口的开口面积，重要的是要用隔板、卷帘或类似装置阻挡未使用的进出口空间；另一种方法是利用热氮气层比空气轻且不易混合的原理，在设计炉子时使加热腔高于进出口，这样加热腔内可形成自然氮气层，减少氮气补偿量并维持要求的纯度。

双面回流焊的双面PCB已相当普及，且逐渐变得复杂。它之所以如此普及，主要是因为给设计者提供了良好的弹性空间，从而能设计出更小巧、紧凑的低成本产品。到目前为止，双面板一般先通过回流焊接上面（元件面），然后通过波峰焊焊接下面（引脚面）。目前的趋势是倾向于双面回流焊，但这个工艺制程仍存在一些问题。大板底部元件可能在第二次回流焊过程中掉落，或者底部焊接点部分熔融，造成焊点可靠性问题。目前发现有几种实现双面回流焊的方法： 一种是用胶粘贴第一面元件，这样当元件翻面进行第二次回流焊时就会固定在位置上而不会掉落，这种方法很常用，但需要额外设备和操作步骤，增加了成本。 第二种是应用不同熔点的焊锡合金，做第一面时用较高熔点合金，做第二面时用低熔点合金。这种方法的问题在于低熔点合金的选择可能受最终产品工作温度限制，而高熔点合金必然要提高回流焊温度，这可能会对元件和PCB本身造成损伤。对于大多数元件，熔接点熔锡表面张力足以抓住底部元件形成高可靠性焊点，元件重量与引脚面积之比是衡量能否成功焊接的一个标准，通常在设计时会使用30g/in2这个标准。 第三种是在炉子底部吹冷风的方法，这样可以使PCB底部焊点温度在第二次回流焊中维持在熔点以下。但潜在的问题是上下温差会产生内应力，需要采用有效手段和过程来消除应力，提高可靠性。以上这些制程问题都不简单，但正在被成功解决。毋庸置疑，在未来几年，双面板在数量和复杂性方面将有很大发展。

通孔回流焊： 通孔回流焊有时也被称为分类元件回流焊，正在逐渐兴起。它可以省去波峰焊环节，成为PCB混装技术中的一个工艺环节。其最大好处是在发挥表面贴装制造工艺优点的同时，可使用通孔插件获得较好的机械联接强度。对于较大尺寸的PCB板，其平整度可能无法使所有表面贴装元器件引脚与焊盘接触，即使接触上，所提供的机械强度往往也不够大，很容易在产品使用中脱开成为故障点。尽管通孔回流焊有诸多好处，但在实际应用中仍存在几个缺点。锡膏量大会增加因助焊剂挥发冷却而对机器造成污染的程度，需要有效的助焊剂残留清除装置。另外，许多连接器未设计成可承受回流焊温度，早期基于直接红外加热的炉子已不适用，这种炉子缺乏有效热传递效率来处理一块PCB上同时存在的一般表面贴装元件和具有复杂几何外观的通孔连接器。只有大容量、具有高的热传递效率的强制对流炉子才有可能实现通孔回流，并且这已得到实践证明，剩下的问题就是如何确保通孔中的锡膏与元件脚有合适的回流焊温度曲线。随着工艺和元件的改进，通孔回流焊将得到越来越多的应用。

影响回流焊工艺的因素众多且复杂，需要工艺人员在生产中不断研究探讨，下面将从多个方面进行探讨。 温度曲线的建立 温度曲线是指SMA（表面贴装组件）通过回流炉时，SMA上某一点的温度随时间变化的曲线。它提供了一种直观的方法来分析某个元件在整个回流焊过程中的温度变化情况，这对于获得最佳可焊性、避免元件因超温受损以及保证焊接质量非常有用。温度曲线采用炉温测试仪进行测试，目前市面上有多种炉温测试仪可供选择。 预热段 该区域的目的是尽快将室温下的PCB加热到第二个特定目标，但升温速率要控制在适当范围内。如果升温过快，会产生热冲击，可能使电路板和元件受损；升温过慢，则溶剂挥发不充分，影响焊接质量。由于加热速度较快，在温区的后段SMA内温差较大。为防止热冲击对元件造成损伤，一般规定最大速度为4℃/s，但通常上升速率设定为1 - 3℃/s，典型的升温速率为2℃/s。 保温段 保温段是指温度从120℃ - 150℃升至焊膏熔点的区域。其主要目的是使SMA内各元件的温度趋于稳定，尽量减少温差。在这个区域给予足够时间，让较大元件的温度赶上较小元件，并确保焊膏中的助焊剂充分挥发。到保温段结束时，焊盘、焊料球及元件引脚上的氧化物应被除去，整个电路板的温度达到平衡。需要注意的是，SMA上所有元件在这一段结束时应具有相同温度，否则进入回流段会因各部分温度不均产生各种不良焊接现象。 回流段 在这一区域，加热器温度设置最高，使组件温度快速上升至峰值温度。回流段的焊接峰值温度因所用焊膏不同而不同，一般推荐为焊膏熔点温度加上20 - 40℃。对于熔点为183℃的63Sn/37Pb焊膏和熔点为179℃的Sn62/Pb36/Ag2焊膏，峰值温度一般为210 - 230℃，再流时间不宜过长，以免对SMA造成不良影响。理想的温度曲线是超过焊锡熔点的“尖端区”覆盖面积最小。 冷却段 在这段中，焊膏内的铅锡粉末已经熔化并充分润湿被连接表面，应尽可能快速冷却，这有助于得到明亮、外形良好且接触角度低的焊点。缓慢冷却会导致电路板分解进入锡中，从而产生灰暗毛糙的焊点，在极端情况下，会引起沾锡不良和焊点结合力减弱。冷却段降温速率一般为3 - 10℃/s，冷却至75℃即可。 桥联 焊接加热过程中会出现焊料塌边现象，这种情况在预热和主加热时都会出现。当预热温度在几十至一百度范围内时，作为焊料成分之一的溶剂会降低粘度而流出，如果流出趋势强烈，会同时将焊料颗粒挤出焊区外的含金颗粒，在熔融时若不能返回焊区内，就会形成滞留的焊料球。 除上述因素外，SMD元件端电极是否平整良好、电路线路板布线设计与焊区间距是否规范、阻焊剂涂敷方法的选择及其涂敷精度等都可能是造成桥联的原因。 立碑（曼哈顿现象） 片式元件在急速加热情况下会发生翘立，这是因为急热使元件两端存在温差，电极端一边的焊料完全熔融后湿润良好，而另一边焊料未完全熔融导致湿润不良，从而促使元件翘立。因此，加热时要从时间要素考虑，使水平方向的加热形成均衡的温度分布，避免急热产生。防止元件翘立的主要因素有以下几点：

①选择粘接力强的焊料，提高焊料的印刷精度和元件的贴装精度；

②元件的外部电极需要有良好的湿润性和湿润稳定性。推荐：温度40℃以下，湿度70％RH以下，进厂元件的使用期不可超过6个月；

③采用较小的焊区宽度尺寸，以减少焊料熔融时对元件端部产生的表面张力。另外，可适当减小焊料的印刷厚度，如选用100μm；

④焊接温度管理条件设定也是元件翘立的一个因素。通常的目标是加热要均匀，特别是在元件两连接端的焊接圆角形成之前，均衡加热不可出现波动。 润湿不良 润湿不良是指在焊接过程中，焊料和电路基板的焊区（铜箔）或SMD的外部电极经浸润后不生成相互间的反应层，从而造成漏焊或少焊故障。其中原因大多是焊区表面受到污染或沾上阻焊剂，或是被接合物表面生成金属化合物层。例如，银表面有硫化物、锡表面有氧化物都会产生润湿不良。另外，焊料中残留的铝、锌、镉等超过0.005％以上时，由于焊剂的吸湿作用使活化程度降低，也会发生润湿不良。因此，要在焊接基板表面和元件表面做好防污措施。

选择合适的焊料，并设定合理的焊接温度曲线。 无铅焊接的五个步骤：

<!--[if !supportLists]-->1.<!--[endif]-->选择适当的材料和方法 在无铅焊接工艺中，焊接材料的选择最具挑战性。因为对于无铅焊接工艺而言，无铅焊料、焊膏、助焊剂等材料的选择是最关键也是最困难的。在选择这些材料时，要考虑焊接元件的类型、线路板的类型及其表面涂敷状况。所选材料应是经过自己研究证明、权威机构或文献推荐或者已有使用经验的。将这些材料列成表，以便在工艺试验中进行试验，深入研究其对工艺各方面的影响。 对于焊接方法，要根据自身实际情况选择，如元件类型（表面安装元件、通孔插装元件）、线路板情况、板上元件数量及分布情况等。对于表面安装元件的焊接，需采用回流焊方法；对于通孔插装元件，可根据情况选择波峰焊、浸焊或喷焊法进行焊接。波峰焊更适合于整块板（大型）上通孔插装元件的焊接；浸焊更适合于整块板（小型）上或板上局部区域通孔插装元件的焊接；局喷焊剂更适合于板上个别元件或少量通孔插装元件的焊接。 另外，无铅焊接的整个过程比含铅焊料的长，所需焊接温度也高，这是因为无铅焊料的熔点比含铅焊料高，且浸润性较差。在焊接方法选定后，焊接工艺类型就确定了。这时就要根据焊接工艺要求选择设备及相关的工艺控制和工艺检查仪器，或进行升级。焊接设备及相关仪器的选择和焊接材料的选择一样关键。

<!--[if !supportLists]-->2.<!--[endif]-->确定工艺路线和工艺条件 第一步完成后，就可以对所选焊接材料进行焊接工艺试验，通过试验确定工艺路线和工艺条件。在试验中，需要对列表选出的焊接材料进行充分试验，以了解其特性及对工艺的影响。这一步的目的是开发出无铅焊接的样品。

<!--[if !supportLists]-->3.<!--[endif]-->开发健全焊接工艺 这一步是第二步的延续。它是对第二步在工艺试验中收集的试验数据进行分析，进而改进材料、设备或改变工艺，以便在实验室条件下获得健全工艺。在这一步还要弄清无铅合金焊接工艺可能产生的沾染，知道如何预防，测定各种焊接特性的工序能力（CPK）值，并与原有的锡/铅工艺进行比较。通过这些研究，可以开发出焊接工艺的检查和测试程序，同时也能找出一些工艺失控的处理方法。

<!--[if !supportLists]-->4.<!--[endif]-->对焊接样品进行可靠性试验，以鉴定产品质量是否达标。如果未达标，需找出原因并解决，直至达标为止。一旦焊接产品的可靠性达到要求，无铅焊接工艺的开发就成功了，这个工艺就为规模生产做好了准备。

<!--[if !supportLists]-->5.<!--[endif]-->控制和改进工艺 无铅焊接工艺是一个动态变化的过程。工厂必须警惕可能出现的各种问题，避免工艺失控，同时还需要不断改进工艺，以提高产品质量和合格品率。对于任何无铅焊接工艺来说，改进焊接材料和更新设备都可改进产品的焊接性能。

采集某回流焊炉保养视频供大家了解！ 回流焊炉的保养对保证焊接质量和延长设备使用寿命非常重要。下面详细介绍回流焊炉的保养要点：

一、外部清洁

<!--[if !supportLists]-->1.     <!--[endif]-->外壳清洁

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->定期用干净抹布擦拭回流焊炉外壳，去除灰尘和污渍。因为灰尘积累过多可能影响设备散热性能，而且如果灰尘进入设备内部电气元件，可能引发短路等故障。

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->对于难以擦拭的污渍，可使用温和清洁剂，但要避免清洁剂流入设备内部。

<!--[if !supportLists]-->2.     <!--[endif]-->通风口清理

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->通风口是回流焊炉散热的重要通道。要定期检查通风口是否堵塞，使用小毛刷轻轻扫除通风口处的灰尘和杂物。如果通风口堵塞，会导致设备内部温度过高，影响设备正常运行，甚至可能损坏电气元件。

二、内部清洁

<!--[if !supportLists]-->3.     <!--[endif]-->加热区清洁

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->加热区是回流焊炉的核心部分。长时间使用后，加热区可能会有锡渣、助焊剂残留等物质。首先切断设备电源，待设备冷却后打开炉盖。

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->用专用清洁工具，如高温清洁布和锡渣清理工具，小心清理加热区的锡渣。锡渣若不及时清理，可能影响加热效率，导致温度不均匀，从而影响焊接质量。

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->对于助焊剂残留，可使用适当溶剂擦拭，但要注意溶剂使用安全，避免引发火灾或损坏设备。

<!--[if !supportLists]-->4.     <!--[endif]-->传送系统清洁

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->传送系统的清洁对保证PCB板平稳传送至关重要。检查传送链条、轨道等部件是否有油污、灰尘或杂物。

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->用干净抹布蘸取少量清洁剂擦拭传送链条，去除油污，然后用干抹布擦干。对于轨道上的灰尘和杂物，可用毛刷清扫后再用干净抹布擦拭。如果传送系统不干净，可能导致PCB板传送不畅，出现卡板现象，影响生产效率。

<!--[if !supportLists]-->5.     <!--[endif]-->传感器清洁与校准

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->回流焊炉中的温度传感器和其他传感器对控制设备运行参数非常关键。清洁传感器表面灰尘和污渍，确保其能准确测量温度、气体流量等参数。

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->定期对传感器进行校准，以保证测量数据的准确性。如果传感器出现偏差，可能导致设备温度、氮气流量等参数控制不准确，进而影响焊接质量。

三、氮气系统保养（针对氮气回流焊炉）

<!--[if !supportLists]-->6.     <!--[endif]-->氮气管道检查

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->检查氮气管道是否有泄漏现象。可使用氮气泄漏检测仪器沿管道检测。若发现泄漏点，要及时修复。氮气泄漏不仅浪费氮气资源，还可能导致炉内氮气含量不稳定，影响焊接效果。

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->清理氮气管道内部杂质。长时间使用后，管道内部可能有灰尘、锡渣等杂质，这些杂质可能堵塞管道或影响氮气纯度。可使用氮气吹扫方式清理管道内部杂质。

<!--[if !supportLists]-->7.     <!--[endif]-->氮气供应源维护

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->如果使用液氮供应，要检查液氮罐的压力、液位等参数，确保液氮供应充足且稳定。同时检查液氮罐的阀门、接口等部件是否正常，有无泄漏现象。

<!--[if !supportLists]-->·       <!--[endif]-->对于制氮机，要按照设备操作手册定期维护，包括更换过滤器、检查压缩机等部件的运行状况。制氮机正常运行是保证炉内氮气质量的关键，若制氮机出现故障，可能导致氮气纯度不够或氮气流量不稳定。

通过以上对回流焊炉的保养，可以提高设备的稳定性和可靠性，保证焊接质量，减少设备故障发生，从而提高生产效率和产品质量。