回流焊技术资料目录
一． 公司简介
二． 诺斯达无铅回流焊设备选型的特点介绍
1）微循环运风系统 2）运风马达的特异设计 3）隔离式炉胆设计 4）特制星式发热丝 5）强制式运风冷却温度 6）废气过滤系统 7）全对称铝合金导轨 8）N2供气图 9）温度曲线设置
三． 无铅化的起源及替代进程 四． 无铅焊料的种类及选购] 五． 无铅回流焊工艺变更
六． 无铅制程对设备构件的具体要求：
1）炉胆结构 2）运风系统 3）运输及调宽 4）冷却系统 5）控制系统 6）保护功能 七． 回流焊规格介绍 1） 普通回流焊 2） 无铅回流焊 3） N2无铅回流焊
八． 回流焊常见焊接缺陷及对策
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公 司 简 介 诺斯达自动化设备公司成立于1993年，是东南亚地区最有经验与实力的制造商之一，本公司专业生产波峰焊、回流焊、SMT周边设备。其中无铅波峰焊、无铅回流焊经过几年大力开发，已经达到国际先进水平，并获行索尼、松下、三洋、三星、佳能等国际名企认可，建立了良好的长期合作关系。
因公司发展、市场需求，诺斯达公司已在深圳福永、沙井、江苏昆山各设有工厂，有员工500余人，其中技术人员占80%。企业引入ISO9001质量管理体系，使研发设计、生产制造、质量控制及售后服务协调高效的运作。为了更好的服务客户，公司另在苏州、厦门、天津等地设有办事处，并配备了专业技术人员，大大方便客户要求。
秉承以高技术、高品质、优服务的宗旨，坚持国际化、标准化、专业化的方针，诺斯达公司的无铅波峰焊、无铅回流焊已成功出口至新加坡、马来西亚、印尼、日本、越南等国，并以优良的品质与良好的服务获得客户的一致好评。
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一．
2.1 微循环运风系统（专利号ZL03245235.7）
a.结构简图 特点介绍
运风马达风帽风轮风道小嘴子 小嘴子出风口局部图 b.组成：蜗轮增压式风道由风轮、风帽、风道和出风板四部组成，风帽由若干个蜗轮叶片组成，（注叶片形状为阿基米德螺旋线，采用冲压工艺制作）：整个系统由运风马达与蜗轮增压式风道两部分组成，诺斯达微循环运风系统的出风板采用小嘴子出风口形式;而目前大部分生产厂家采用的都是平板式出风口。 c.原理：当风轮旋转时，风轮带动其周围的空气运动在风轮和风帽之间会产生具有一定压力的气流场，在该压力作用下，气流被压入风箱中，气流在风箱中均压后由出风板的风孔吹向炉腔中，当热风与PCB板面接触后，能从回风口返回风道经运风马达再次搅均后吹出，从而使板面在受热时不产生因折射而导致的受热空区，不产生阴影。（见图） d.优点：
1). 温区内出风均匀一致 2) 各温区同向异性好 3) 有效解决导向式，滤网式等出风不均匀的毛病 e.缺点：制造成本高，故销售价格较小循环系流回流焊高约半价。 运风马达蜗轮增压式风道 小循环运风系统 2.2 运风马达的特异设计 a. 结构简图： b. 优点： 1）线圈漆包线采用特殊材料制成，能耐150℃高温； 第 3 页 共 26 页
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2）经测试，在连续开机120小时后，线圈最高温度为120℃，设计能满足使用要求； 3）内部接有热敏电阻，当线圈温度在意外情况下超过额定值时，热敏电阻能自动切断
电源，保护电机；
4）电机噪音小，当回流焊整机开动时，其振动音量为20dB; 2.3 隔离式炉胆设计 a.结构简图 运风马达 图4.2
b.组成：炉胆由内胆、外壳、保温棉和连接件组成
c.原理：由于炉胆内的温差和炉体外壳的温度有较大差别，内外平均温差至少大于150℃，而金属材料受热后会产生膨胀，因此内外炉在不同的温度场内会产生不同的伸长。 d．优点：
1）该炉胆采用隔离式设计，因而有效解决整体式炉胆难以克服的翘曲变形的缺点 2)风道在炉胆内为单个独立温区，每个独立温区间间隔为50mm，但可接受设置相差100℃的温差而相互间不产生窜温。
e.有关炉体受热伸长计算
内腔 外壳 误差
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平均温度 200℃ 60℃ ≥140℃ 材料 不锈钢 碳钢 线膨胀系数 17×10-6/℃ 12×10-6/℃ 计算长度 环差温度 2700mm 2800mm 25℃ 25℃ 伸长值 8.03mm 1.2mm 6.8mm 内部资料
2.4 特制星式发热丝
a.结构简图
风向效率高，寿命长 b.组成：该发热体由发热丝、绝缘体、磁帽等组成
c.原理：该发热体采用特殊之缠绕工艺，将发热丝缠绕成星式结构，发热丝完全裸在空气中和风道内的气流充分接触，产生最佳的热交换
d.优点：
1). 发热快 2). 散热效果好 3). 寿命长 4). 热惯性小
5). 克服螺旋缠绕式散热不好的缺点
6). 克服了翅片式热容量大和发热丝易断的缺点 7). 使用至今已三年多，无维修记录
e. 几种发热体对比
硼砂风向翅片式（不锈钢）发热丝绝缘材料缠绕丝效率高，寿命长风向效率低，寿命短风向 2.5 强制式运风冷却温区 c. 结构简图 运风马达外循环冷却器小嘴子蜗轮增压式风道 第 5 页 共 26 页
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d. 组成：该冷却温区由蜗轮增压式风道，运风马达和外循环冷却等组成
e. 原理：采用蜗轮增压成风道，强制风道循环运风，经过外循环冷却器将气体冷却，产生
充分的热交换，并采用调速方式来控制冷却区内气体流量（可控范围0～1000M/h）获得不同的冷却速率 f. 优点：
1). 冷却曲线平滑、无突变 2). 下降速率可达－1～－4℃/s 3). 冷却风速可调0～1000M/h 4). 不产生立碑现象 5). 节约氮气消耗
2.6 废气过滤系统
a. 结构简图 3
3
蜗轮外循环冷却杯 b. 组成：过滤系统由上述两组组成 c. 原理： 风扇 1).利用外循环冷却装置，强制废气流向使废气经过冷却器冷却，废气中的助焊剂经冷却后并分离出来，流落到杯中，此即形成烟雾回收装置
2).利用热对流原理，在焊接区和冷却区之间加装冷凝板进行部分助焊剂过滤 d. 优点：
1). 方便清洁
2). 不设运动部件，无粘连现象 3). 可有效防止氮气泄露
2.7 全对称铝合金导轨
a. 结构简图
图4.8
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b.特点：1). 采用全对称结构设计，并采用加硬铝合金材质，导轨的受热变形一致性好
2). 端面尺寸的高宽比为1:3，有利导轨在受热后在宽度方向的变形，不会造成掉
板和卡PCB板等现象
3)采用整体导轨安装，一端固定，一端自由伸缩的方式，无须截断导轨
c. 其它导轨的缺陷
1). 非对称结构，受热后容易发生扭转变形 2). 高:宽≈1:1，受热变形方向无法预知 3). 须将导轨中部截断来补偿伸缩量
2.8 N2供气图
a. 炉胆结构：由入口气阻腔、加热炉体、冷却炉体、出口气阻腔组成
1002345678C1C200 图4.9
b. 组成：
i. ii. iii. iv. v.
炉体上下炉腔间采用管式密封胶条密封
出入口气阻腔，采用“T”型槽进行气阻，减少空气和氮气的交流 出入口气阻腔内分别设有二道氮气气刀 辅助密封有拉幕，以减少出入口的气流口径 六段供气，分别调整，以满足不同的工艺需要
c. 推荐的氮气流量表
总气量 （mm/h） 含氧量 ppm 入 口 （mm/h） 预 热1 （mm/h） 预 热2 （mm/h） 焊 接 （mm/h） 冷 却 （mm/h） 出 口 （mm/h） 氮气纯度 333333318 750±50 1 3.0 4 5 4 1 99.99% 22.5 450±50 1.5 3.5 4.5 7.0 4.5 1.5 99.99% 25.0 350±50 1.5 3.5 5 9 4.5 1.5 99.99% 第 7 页 共 26 页
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2.9 温度曲线设置
a. 因采用微循环增压式风道运风技术及隔离式炉胆设计等专利技术，诺斯达无铅回流焊在润湿区与焊接区的温差可拉开100℃无窜温，同时因密封性能优良，能在15分钟内从常温升至设置的焊接温度，有效节约电能，同时为适应双面板焊接的需要，可将上下温区温差设置相差20℃无窜温。
b. 通常对回流焊炉胆内温度稳定性进行检测时，同行业公司大都采用将探头用高温胶纸或红胶紧贴PCB板面的方法进行温度测试，但诺斯达公司采用的却是将探头紧贴于高度相同的铁框架上进行空气曲线检测。而空气曲线测试与板面温度测试的最根本区别在于前者受温独立，能实际反映炉内温度；后者板面受热后温度均匀，基本一致，探头所测试多条温度曲线能基本重合，故不能实时反映炉膛内热风散布的差异。在这项特有测试检验中，诺斯达回流焊的温度偏差为±2℃。
c. 无铅焊料的特性通常要求温度曲线控制在： 1). 升温斜率≤3℃/sec;
2). 150℃~180℃时问为90±30sec； 3). 220℃以上的时间控制在30~40sec；
4). 最高温度范围为230~250℃。
而普通含铅焊料最高温度范围为205~230℃，这也是二者在熔点上本质的区别。而诺斯达回流焊能完全满足不同客户的不同温度设置的曲线要求，并在使用过程中保持其稳定性，同样条件下8小时内的温度变化不超过2℃。
d. 在采用客户不同板材，不同元件进行实测时，通常有如下控制方法：
1).当元件吸热温差较大时，应将温度曲线最高处设置成尖角状，以延长吸热时间，缩小元件的吸热温差，使之满足曲线要求。（附珠海某客户温度曲线图）
2).当元件吸热温差较小时，元件之间吸热较均匀一致，则应将温度曲线最高处设置成马鞍状，以尽可能缩短吸热时间，，使之满足要求。；（附广州某客户温度曲线图） Sn63/Pb37240℃230℃ 220℃200℃183℃最小接合温度钎料熔化温度回流焊接中Sn63/Pb37与无铅钎料工艺温度比较Sn/Ag/Cu适合SMT流焊的最高峰值温度最小接合温度钎料熔化温度
尖角状曲线图 马鞍状曲线图
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二． 无铅化的起源及替代进程
焊料从发明到使用，已有几千年的历史。Sn/Pb焊料以其优异的性能和低廉的成本，一直得到人们的重用，现已成为电子组装焊接中的主要焊接材料。但是，铅及其化合物属于有毒物质，长期使用会给人类生活环境和安全带来较大的危害。当下雨时这些铅变成溶于水的盐类，逐渐溶解污染水，特别是在遇酸雨时，雨中所含的硝酸和盐酸，更促使铅的溶解。对于饮用地下水的人们，随着时间的延长，铅在人体内的积累，就会引起铅中毒。
二十世纪九十年代初，美国国会提出了关于铅的使用限制法案，而对于居住环境意识较强的欧洲，在1996年和1997年由EU先后提出了汽车环保法案和家电环保法案。前者规定2002年1月以后向市场提供的汽车不得使用铅、镉、水银、六价铬等材料，而欧盟则于1998年通过法案，已明确从2004年1月1日起任何制品中不使用含铅焊料，但因技术等方面的原因，在电子产品中完全禁止使用铅有可能推迟至2006年执行。在无模铅焊料研究和应用方面，日本走得最快。为了适应市场的需要，扩大市场份额，日本提出了生产绿色产品的概念。松下电器、日立、NEC、富士通等各大公司纷纷降低了铅的使用，并制订了无铅化的进程计划，2000年开始已大部分产品生产中使用无铅焊料。而中国规定在2008年禁止使用含铅焊料。 日本在电子、电机业界实现无铅化进程，如图1所示。 日本各大电子、电机公司各自制定的实现无铅化的目标，如表1所示。 无铅化进程半导体器件表面安装器件SMD2002底以前2001-20032003-2005 表1 日本电子、电机业界的无铅进化过程 公司 索尼（SONY） 松下电器产业 松下通信工业 松下电子工业 NEC HITACHI 目标 全废 全废 全废 全废 全废 在新产品中实施 时间期限 2002 2002 2002 2000 2002 2001 无铅钎料制品 Sn-2.5Ag-1Bi-0.5Cu Sn-Ag-Bi-In(MD、FA)；Sn-Cu-Ni(VTR) 移动电话Sn-Ag-Cu) 半导体中：铁系引线镀Sn-Bi; 铜系引线镀Sn-Pd-Au Sn-Ag-Cu( );Sn-Zn-Bi(笔记本PC) Sn-Ag-Cu(汽车、产业机器)；Sn-Ag-Cu-Bi(一般产品)； Sn-Zn-Bi(部分家用产品 半导体：铜系引线镀Sn-Pd-Au； 铁系引线镀Sn- Bi；大型 Sn- Bi- Ag FUJITSU 全废 2002 第 9 页 共 26 页 内部资料
三． 无铅焊料的种类及选择
3.1 无铅焊料的基本性能应满足的条件：
a. 熔点低，合金共晶温度近似于Sn63/Pb37的共晶温度183℃，大致在180℃~220℃之间。 b. 无毒或毒性很低，所选用的材料现在和将来都不会污染环境。 c. 热传导率和导电率要与Sn63/Pb37的共晶焊料相当。 d. 具有良好的润湿性。
e. 机械性能良好，焊点要有足够的机械强度和抗热老化性能。
f. 要与现有的焊接设备和工艺兼容，可在不更新设备不改变现行工艺的条件下进行焊接。 g. 与目前使用的助焊剂兼容。 h. 焊接后对各焊点检修容易。
i. 成本要低，所选用的材料能保证充分供应。
这是研究开发无铅焊料的方向，要做到满足以上9点要求，有一定的难度。因此，对性能、成本均理想的绿色焊料的研制已成为研究的热点。
3.2 目前对无铅焊料研究较多的几个方面有：
3.2.1. 熔化温度范围。 封装互连中涉及锡铅合金的有三种基本类型（图1），表2 是应用锡铅和无铅合金所要求的工艺温度（一般高于焊料熔化温度的20~30℃）。晶片、芯片、模块、板卡的材料和结构等对温度都有一个敏感范围，另外高温会导致元件、板卡涂层金属的溶解迅速，加快金属间化合物的生长和焊点失效。温度的升高，使焊接工艺窗口变窄，损坏元件和板卡的可能性剧增。例如第3 类型互连中，PCB（FR4）和元件的最高耐受温度分别为240℃和235℃。无铅合金的温度一般不得超过215℃，否则，元件的爆米花效应和分层等热破坏问题就会很突出。美国国家制造科学研究中心（NCMS）经过三年多的信息收集和研究，推荐了79 种低、中、高温不同用途的无铅焊料[4]，认为42Sn58Bi（139℃）、91.7Sn3.5Ag4.8Bi（210－215℃）和96.5Sn3.5Ag（221℃）综合性能较好，适合于不同要求的SMT 应用。
3.2.2 .机械、热疲劳性能：Hwang,J.S 对用于第3类型互连的各种合金系做了各种优化设计
（见表2），并在机械热疲劳方面展开了深入研究[5-6]。提出在材料方面强化办法有：掺杂非合金化夹杂物、微观结构强化、合金化强化以及填料的宏观复合等。其合金系屈服强度、抗拉强度、断裂塑性应变、塑性性能、弹性模量等机械性能指标接近甚至远远超过63Sn37Pb。而与可靠性密切相关的热疲劳性能也远远超过63Sn37Pb（99.3Sn0.7Cu除外）。
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3.2.3 . 焊角翘起：这是无铅通孔焊接的一个突出问题。虽然SnBiAg 系合金是个较好的选择，但是发生焊角翘起的可能性也最严重。在通孔焊接过程中，面对Cu 焊盘区域的凝固受阻，热便顺着焊盘内部的孔壁传导，致使在焊接的最后阶段还有很大的热量；另外枝晶的形成使得界面处形成富Bi 区；同时焊料/Cu 引脚与PCB 之间热膨胀失配会产生应力；这些都是导致翘起的原因。日本在这方面研究较多，共发现了3 种类型的翘起[7]（图3）。解决问题的方法有改变阻焊层和焊盘设计、调整焊料成分、快速冷却等[8]。
3.2.4 其它方面： 合金的选用还涉及资源、成本物理性能等多个方面。表3 是合金元素的产量和现对成本参考值，其中Bi 和In 资源匮乏，而Ag 和In 又是贵金属，给增加额外成本。表4 列举了铅替代金属的相关物理性能。Mulugeta Abtew 和Guna Selvaduray 对电子封装中各种合金以及不同成分的无铅焊料做了成本、资源、润湿性、机械强度、抗疲劳能力、热膨胀系数、金属间化合物形成等相关方面的研究和总结，指出目前数据缺乏，也很难统一，而且只是停留在实验室研究阶段[2]。Kay Nimmo 对全球工业无铅合金也做了相关研究[9]，建议基本合金为SnAgCu 系；而SMT 使用SnAgBi 系；波峰焊则使用SnCu 系。
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3.3无铅焊料的选择
根据目前的情况看，在短期内研制出使用性能超过Sn63/Pb37的无铅钎料进困难的。在熔点靠近183℃左右的无铅钎料与Sn63/Pb37相比，存在的主要问题是焊接的工艺性，焊后的机械特征和可靠性。目前已出现的替代合金主要有：
Sn-Ag系合金：在该合金系中当Ag量在3.5wt%时形成共晶点。低于该量时组成亚共晶，高于该量则组成过共晶，其合金中添加百分之一以下的Bi和Cu组成的多元无铅钎料，其合金组织不会受添加元素的影响。在Sn-Ag系合金其固有的微细组织（细密的Ag3Sn），从而使得具有优良机械特性和使用的可靠性。
Sn-Cu系合金：当Cu量为0.7wt%时组成共晶，组织形式为Sn/Cu6 Sn5共晶。它成本低，经济性好。但作业温度比Sn-As系高，故应用在N2保护气氛中使用。
Sn-Zn系合金：Sn-Zn系共晶合金，其熔点是最靠近Sn-Pb共晶合金的，且具有良好的机械性能和经济性。该合金所存在的耐氧化性劣化和耐热性良问题是影响其实用化进展的主要因素。
根据采用的焊接工艺的不同，目前在产业界已被接受的无铅钎料的品牌，如表2所示。 焊接工艺 回流焊接 选择 在日本业界已占的比例 熔点（℃） 217~219 227~229 197~198 第一候选：Sn-3.5Ag-0.75Cu 66% 第二候选：Sn-Ag-Cu-0.03Bi 19% 第三候选：Sn-9Zn
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四． 无铅回流焊工艺变更及设备的选购
4.1 由于无铅钎料的熔点比Sn63/Pb37一般高出（30-40）℃（表3），造成工艺窗口变小，如图11所示。因而带来了一系列工艺问题。
4.1.1 材料成本增加，其幅度取决于采用的无铅钎料的类型，如表3所示： 元素 价格（美元/磅） Pb Zn Cu Sb Bi Sn Ag In 0.45 0.50 0.65 0.80 3.40 3.50 84.20 125.00 合金 Sn63/Pb37 Sn77.2/In20/Ag92.8 Sn90/Bi17.5/Ag92/Cu0.5 Sn96.2/Ag2.5/Cu0.8/Sb0.5 Sn96.3/Ag3/Cu0.7 Sn93.5/Ag3.5/Bi3 Sn/96.5/Ag3.5 Sn/99.3/Cu0.7 熔点（℃） 价格（美元/磅） 183 179-189 213-218 213-219 217-218 216-220 221 227 2.37 30.06 5.09 5.48 5.9 5.92 6.32 3.48 价格（美元/kg） 5.22美元/kg 66.21美元/kg 11.211美元/kg 12.07美元/kg 12.99美元/kg 5 13.64美元/kg 13.92美元/kg 7.67美元/kg 4.1.2由于许多正在使用的回流炉设备不能满足无铅钎料焊接工艺上的要求，更换或改造设备必然带来成本的增加； 4.1.3 对工艺的影响
由于无铅钎料的熔点比Sn63/Pb37一般高出（30-40）℃（表3），造成工艺窗口变小，如图11所示。因而带来了一系列问题。 a.设备面临改造或更新
部分用于Sn63/Pb37钎料焊接的回流焊接炉不能满足无铅钎料的焊接温度要求，面临改造或更新； b.辅料变化的影响
由于焊膏成分的变化，助焊剂相应也需更换，这对焊膏的印刷，元器件的贴装等会产生直接影响； c.对湿敏SMDs器件的影响
目前大多数种类的SMC/SMD能承受的最高温度为260℃左右，在回流焊接时，由于峰值温度接近于这个温度，若控制不好，极易造成器件失效。例如对塑封IC会从潮湿的空气中吸收水分，潮气扩散进入封装内部，就开始在材料结合处聚集凝结。当再流焊接时，封装内部结合处的水气就会蒸发，且内部潮气蒸发压力的大小随再流峰值温度的升高而增加。该压力会在封装内部产生应力，当应力超过封装内部材料结合处的粘接强度时，封装内部材料会出现分界现象。进一步，如果应力超过塑料的断裂强度，封装将会出现裂缝。内部分界和封装裂缝会带来严重可靠性问题，使离子污染物从裂缝进入封装内部，离子腐蚀会增加器件失效的可能性。更有甚者，将会产生“爆火花”式的爆裂。
试验表明再流温度升至260℃时，湿度敏感性至少降低1PC/JEDEC等级。即使对“干燥”封装在260℃下再流后，也发现了芯片表面裂纹。因此，在批量生产无铅化时，复杂互连结构的完全烘干问题非常重要，并定会成为未来工作的主题。
d.焊点外观质量有所下降
焊点外观(光亮度和敷形)不如锡铅钎料好，焊点表面出现凹凸不平，因此原有产品检验标准要作相应的改变。
4.2无铅化对回流焊设备的挑战
4.2.1现有强制热风大循环回流炉）性能的加热温度不一致性
4.2.1.1红外辐射(IR, infrared radiation)。用IR方法，红外加热器通过电磁波传导能量，如果控制适当，它将均匀地加热元件。可是，如果没有控制，PCB和元件过热可能发生。IR机制，如灯管和加热棒，局限于表面区域，大多数热传导集中在PCB的直接下方，妨碍均匀覆盖。因为这个理由，IR加热器必须大于所要加热的板，以保证均衡的热传导和有足够的热量防止PCB冷却。
4.2.1.2 安装在PCB上的各种器件有不同的辐射率，使得红外加热技术在许多场合不能使用。众知，红外（IR）辐射能量是直接传播，当一个体积小，薄形的器件紧靠大尺寸，高的器件就会有荫影，产生不均匀辐射。
4.2.1.3 温区少，不能有效拉开温区间的温差，故不能采用无铅锡膏焊接PCB板材。
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4.2.2 无铅回流焊接系统应具备下列特征：
⑴为缩小回流区的温度差，应增加温区； ⑵缩小温度的上升坡度，增大预热区的长度；
⑶峰值温度做成台阶型温度曲线（＞220℃，时间30s~40 s）； ⑷缩小组装板上各元器件引脚在进入回流区时的温度差（＜10℃＝ ⑸输送基板过程中要防止基板变形；
⑹采用远红外+对流热风组合加热方式，以求加热均匀。 4.2.2.1小循环强制热风对流 （附结构图）
上下独立运风模组 全热风预热
1) 使用发热丝作为主要的加热源达到最佳的热传导，并且抓住对流的均衡加热特性以减少元件与
PCB之间的温度差别。对流在加热大热容量的元件时有帮助，诸如BGA，同时对较小热容量元件的冷却有帮助。元件之间的峰值温度差别可以保持在12°C，同时在连续大量生产期间PCB之间的温度差别可稳定在大约±2°C.
2) 强制热风速度的增加，加速了热量传送到PCB上贴片装器件的速度,但过大的风速会造成器件移
位或脱离原准确贴装位置。所以热风的速度一定要使得直对热风喷嘴口下面的器件不会造成移位。这正是小循环强制热风对流回流焊唯一的不足。 4.2..2.2微循环强制热风对流（附结构图）
上下独立运风模组 微循环运风方式 1) 元件之间的峰值温度差别可以保持在8°C，同时在连续大量生产期间PCB之间的温度差别可稳定
在大约1°C.
2) 热风的速度均匀，使得直对热风喷嘴口下面的器件绝对不会造成移位。 4.2.3 充氮回流焊
氮气回流焊有以下优点。 a. 防止减少氧化
b. 提高焊接润湿力，加快润湿速度
c. 减少锡球的产生，避免桥接，得到列好的焊接质量
d. 氮气保护可以部分消附除因温度提高而增加的氧化和对PCB本身的损伤。
特别重要的是，可以使用更低活性助焊剂的锡膏，同时也能提高焊点的性能，减少基材的变色，但是它的缺点是成本明显的增加，这个增加的成本随氮气的用量而增加，当你需要炉内达到1000ppm含氧量与50ppm含氧量，对氮气的需求是有天壤之别的
对于在回流焊中引入氮气，必须进行成本收益分析，它的收益包括产品的良率，品质的改善，返工或维修费的降低等等，完整无误的分析往往会揭示氮气引入并没有增加最终成本，相反，我们却能从中收益。
进口氮气发生器
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五． 无铅制程对设备部件的具体要求
① 炉胆结构 分离式炉胆结构 炉胆结构 炉胆的内胆和外壳采用分离式设计，保温性能好，无翘曲变形（详见附后介绍） 连体式炉胆受热后易发生翘曲变形 机 架 采用刚性结构设计 保证机架的刚度满足强度和刚度要求 哈式炉体结构 开 盖 便于清洁炉膛 气动启盖，方便快捷 ② 运风系统 采用蜗轮增压式风道 风道结构 〈专利技术ZL03245235.7〉 温区风压均匀一致 进口长轴耐高温 马达具有自冷却功能，寿命长，噪音小 导向式、滤网式均有出风不均匀的缺点 运风系统 上下独立式结构 温 区 大容量循环运风 热风流量0～600m/h 发热体 采用特殊方式缠绕的星式发热体，发热快、寿命长、热惯性小 2模块化结构 ③ 运输及调宽 链条输送 不锈钢链条，永不生锈 采用对称式结构，加硬铝合金材质 铝合金导轨 保证导轨受热变形一致，不发生扭转变形 宽高比为3:1，有效防止弯曲变形 非对称式导轨，受热后会发生扭转变形，时有掉板和卡板发生 第 15 页 共 26 页
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三点同步导轨调宽装置，调宽精度为0.5mm 导轨调宽 6点支撑，保持导轨水平一致 整条导轨安装，勿须截断 马达驱动，伺服控制，方便快捷，准确可靠 润滑系统 自动链条加油润滑 ④ 氮气保护系统 全密封式结构设计，密封性能好，有效防止 炉 腔 2～8点取样设计，可随时检测炉腔内不同区域的氧气浓度 氮气供气图（附图） ⑤ 控制系统 各温区运风马达转速可调 采用PID温度控制， Win98操作系统 上下独立温控 上下层可独立开闭 实时温区温度显示 自带测温系统 具有分析、打印、保存参数等功能 实时日志记录，所有操作记录在案，便查阅 具有PCB计数功能，并可生成生产统计报表 实时在线帮助，可进行远程控制 ⑥ 保护功能 运风是0～600M/h 控制精度为±1℃ 图形化操作界面 最大温差可达40℃ 3氮气泄漏 迷宫式气阻密封 氮气风刀+拉幕式设计 六段氮气流量控制 氧化锆氧气分析仪 手动流量控制 减少进出口部位气体交换 数字显示面板，炉内氧浓度一目了然 可选配自动控制装置 可进行定板温度曲线测试 出现故障问题，易于分清责任 第 16 页 共 26 页
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具有超温报警功能，报警参数可进行设置： 一级超温 二级超温 三级超温 声光报警 自动停止加热 自动切断电源 电脑死机报警 智能型专用控制器，自动侦察电脑死机，并发出报警信号 完善的自保功能，防止各种误操作
七．回流焊规格介绍
7.1 普通回流焊
普通回流焊通常只能采用有铅锡膏进行焊接，分为线外线；线外+热风；大循环全热风及小循环全热风多种形式，但随着科技的进步及市场发展的需求，诺斯达目前仅保留了小循环全热风的产品在推广中，具体可选机型为：NS-AR5220-480L；NS-AR5520-480L二款。 1）采用 7.2 无铅回流焊
7.2.1 无铅回流焊可采用有铅锡膏和无铅锡膏进行焊接，分为小循环全热风和微循环全运风两种形式，具体可选机型为：NS-AR7320-480L；NS-AR7720-480L；NS-AR8820-480L；NS-AR8820-480TOP四款。
1）采用WINDOWS2000操作界面，易于操作；
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2）外型轮廓分明，为当今世界流行、完美机型； 3）适合于无铅焊接，保护环境；
4）每个温区采用独立运风，风速均匀合理；
5）炉胆设计突破传统思维，温度均一，焊接效果极佳； 6）自动储热装置，保证热效充分发挥； 7）具有异常断电，网、链可延时功能；
8）内设UPS备用电源，停电时PCB仍可安全输出； 9）PCB流动方向从左到右，从右到左任选； 10）大量放板温度曲线精度±2℃；
11）每温区之间隔为40mm，温区温差可达100℃，耗电功率相当于同类机百分比约60%，不窜温，不产生锡珠；
12）强制冷却装置，确保焊点结晶效果（option）;
13）电气主控全套采用德国西门子PLC，主单元为CPU226，温控单元为EM231； 模拟量单元为EM232；
14）热电偶采用日本进口K型精密热电偶，响应速度可达1mS左右，冷端自动温度补偿,精度0
可达+0.1C；
0
15）温度模块EM231自整定，冷端自动补偿，每个温区温度自整定PID控制，温度控制在+1C； 16）电压稳定、抗干扰性好、强电与弱电分布合理、主电路与控制电路全部采用隔离装置，对温度控制及模拟量无丝毫干扰；
0
17）每个温区独立运风、独立PID控制、运风单独变频调速、温区可拉开温度可达100C以上，
0
精度可达0.1C；
18）PLC、PC和网链分别用UPS单独控制，保证停电后PCB板安全输出；机器正常运行后搬走PC，机器仍正常工作；
19）每个温区分别采用漏电开关，保证使用安全方便；
20）导轨宽度采用SANYO步进电机自动调宽，自动识别当前板宽； 21）入板自动计数，模拟PCB板运行状态；
22）电气分布合理规范统一，严格按照IEC标准，标识清晰、布线整齐、维修方便； 23）界面简洁，易操作，打消了传统的界面样式，符合工业控制要求；
24）采用上位机与西门子编程器（PLC）通信，通信稳定可靠，采用西门子通信软件Prodave，通信速率最高可调187.5KBPS，指令传达时间<=0.2毫秒。自动识别上位机通信端口，无需在界面做相应的选择通信端口的对话框。通信线采用西门子专用线(PC/PPI CABLE)，抗干扰强；
25）上位机与编程器（PLC）下位机分别独立运行，电脑死机或重新启动对生产无影响； 26）上位机系统采用正版微软Microsoft Windows 2000 Professional，稳定可靠。配置高档，工业专业品牌机——中柏。主频：CIII-1.4G, 内存：128M, 硬盘：40G；
27）有远程调试操作，数据备份，共享，监控功能，可支持局域网，Internet网，达到信息化生产；
28）配方数据库功能强大，可方便选择数据库数据；
29）当再次开机时，可自动把上次生产的工艺温度提交。数据保存在PLC中，可永久记忆； 30）智能曲线测试功能，与侧温仪相当；
31）控制系统符合焊接，表面贴装工艺要求，严格遵守SMT产业认证要求； 32)回流焊温度高低变色条的变色频率可监视固态的工作状态，趋向智能化控制；
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7.2.2 规格与特点
网宽 L×W×H（mm） 传输带高度 独立运风数目 加热方式 温区数目 控制方式 传输方式 板面温度偏差 温度控制精度 加热时间 空载功耗 总功率 废气过滤装置 适合焊接对象 测温线 净重 1900Kg 1600Kg 1450Kg 18minutes 11KW 68KW 15minutes 9KW 56KW 15minutes 7.5KW 50KW 有 CHIP；PLCC；QFP；BGA 有 1350Kg 1200Kg 1150Kg 20+2（冷却） 16+2（冷却） 20 16 14 上下独立加热 14+2（冷却） 电脑 网带+链条 ±1℃ 0.1℃ 15minutes 8.4KW 35KW 12minutes 6KW 40KW 12minutes 6KW 26KW 10+2（冷却） 10+2（冷却） 7+2（冷却） 5220×1520×1480 4540×1520×1480 NS-AR10020-480L NS-AR8820-480L NS0AR7720-480L NS-AR7320-480L NS-AR5520-480L NS-AR5220-480L 480mm 4200×1520×1480 4200×1520×1480 3960×1520×1480 3960×152×14800 900±20 10 10 7
7.3 N2回流焊
氮气无铅回流焊可采用无铅锡膏进行焊接，采用微循环+电机制运风的形式，氮气、空气两用，具体可选机型为：NS-AR10020-480N2。
7.3.1 新款氮气保护热风回流焊炉结构介绍。
7.3.1.1 在结构上由于采用了上下独立运风的热风循环式结构，因此各个温区温度更加均匀，温度差异更小，热效率更高。
7.3.1.2 氮气保护结构炉内气体含氧量达500～1000PPM，焊接质量可靠。
7.3.1.3 在温度控制方面，采用诺斯达专利温度采集控制方式。因此温度控制更加精确、可靠；
焊接质量进一步提高。
7.3.1.4 在电控系统上，采用松下调速器、调速马达、台湾闭锁按钮、变频器、西门子PLC。 7.3.1.5 完善的自诊功能：具有超温报警，电脑死机报警（三色灯红灯指示）。
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7.3.2 氮气回流焊技术规格
7.3.2.1 机器特征
1） 氮气、空气两用，低氮气耗量设计
2） 采用氮气保护工艺，可实现高精度的焊接工艺，适用于无铅焊接
3） 熔锡全热风循环方式，所有温区上下加热，独立循环，独立控温，PCB板受热均匀 4） 蜗轮增压式风道设计，温区内风压均匀，炉内温区温度的均匀一致 5） 星式发热丝发热体，热效率高，发热体寿命长
6） 强制式循环运风冷却系统，冷却迅速，PCB板降温平滑，提高焊接可靠性
7） 不锈钢链条传输系统，并加有定时加油装置，链条润滑性增强，运输平稳可靠，延长链条和导轨的使用寿命
8） 炉体为哈式结构设计，气动启盖，具有保压功能，启盖安全可靠
9） 用WINDOWS98操作界面，易于操作； 10）型轮廓分明，为当今世界流行、完美机型； 11）各个温区采用独立运风，风速均匀合理；
12）炉胆设计突破传统思维，温度均一，焊接效果极佳； 13）自动储热装置，保证热效充分发挥； 12）具有异常断电，网、链可延时功能；
13）内设UPS备用电源，停电时PCB仍可安全输出； 14）PCB流动方向从左到右，从右到左任选； 15）大量放板温度曲线精度±2℃；
16）每温区之间隔为40mm，温区温差可达100℃，耗电功率相当于同类机百分比约60%，不窜温，不产生锡珠；
17）强制冷却装置，确保焊点结晶效果（option）;
18）电气主控全套采用德国西门子PLC，主单元为CPU226，温控单元为EM231； 模拟量单元为EM232；
19）热电偶采用日本进口K型精密热电偶，响应速度可达1mS左右，冷端自动温度补偿,精度可0
达+0.1C；
0
20）温度模块EM231自整定，冷端自动补偿，每个温区温度自整定PID控制，温度控制在+1C； 21）电压稳定、抗干扰性好、强电与弱电分布合理、主电路与控制电路全部采用隔离装置，对温度控制及模拟量无丝毫干扰；
0
22）每个温区独立运风、独立PID控制、运风单独变频调速、温区可拉开温度可达100C以上，
0
精度可达0.1C；
23）PLC、PC和网链分别用UPS单独控制，保证停电后PCB板安全输出；机器正常运行后搬走PC，机器仍正常工作；
24）每个温区分别采用漏电开关，保证使用安全方便；
25）导轨宽度采用SANYO步进电机自动调宽，自动识别当前板宽； 26）入板自动计数，模拟PCB板运行状态；
27）电气分布合理规范统一，严格按照IEC标准，标识清晰、布线整齐、维修方便； 28）界面简洁，易操作，打消了传统的界面样式，符合工业控制要求；
29）采用上位机与西门子编程器（PLC）通信，通信稳定可靠，采用西门子通信软件Prodave，通信速率最高可调187.5KBPS，指令传达时间<=0.2毫秒。自动识别上位机通信端口，无需在界面做相应的选择通信端口的对话框。通信线采用西门子专用线(PC/PPI CABLE)，抗干扰强；
30）上位机与编程器（PLC）下位机分别独立运行，电脑死机或重新启动对生产无影响；
31）上位机系统采用正版微软Microsoft Windows 2000 Professional，稳定可靠。配置高档，工业专业品牌机——中柏。主频：CIII-1.4G, 内存：128M, 硬盘：40G；
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内部资料
32）有远程调试操作，数据备份，共享，监控功能，可支持局域网，Internet网，达到信息化生产； 33）配方数据库功能强大，可方便选择数据库数据；
34）当再次开机时，可自动把上次生产的工艺温度提交。数据保存在PLC中，可永久记忆； 35）智能曲线测试功能，与侧温仪相当；
36）控制系统符合焊接，表面贴装工艺要求，严格遵守SMT产业认证要求；
37）回流焊温度高低变色条的变色频率可监视固态的工作状态，趋向智能化控制； 7.3.2.2 机器主要技术参数 机 器 型 号 外型尺寸（L×W×H）mm PCB板最大宽度 PCB板输送方向 输送链工作高度 输送链柱长度 输送链速度 加热温区数目 冷却温区数目 总 功 率 发热功率 空载功耗 电 源 气 源 机器重量 7.3.3 机器主要技术性能 加热区运风方式 温控方式 温控特点 发 热 体 升温时间 废气处理装置 助焊剂回收 测温线 PCB裸板实测 适用焊接工艺 适用焊接对象 上下独立运风 上下独立温控 电脑+人工智能控制器 特制星式发热丝 约20min 两端排烟 强制导流式助焊剂回收 2条 温差≤2℃ 无铅 BGA、CSPS、多层板及双面焊接 强制全热风结构 控温精度±1℃ 品牌工控机 发热快、寿命长 供参考 NS－AR8820－480N2 5300×1520×1635 450mm 左→右 910±20mm 5mm 0.3～1.3M/min 16 2 62KW 66KW 9.0KW 三相五线制 ＞4kg/cm 约1650kg 2 无级调速 上8 下8 第 21 页 共 26 页
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7.3.4 氮气保护 氮气浓度 氮气气压 氮气耗量 氮气控制 氧化分析仪 炉腔内氧浓度 7.3.5 氮气流量设定 总气量 （mm/h） 入 口 （mm/h） 预 热1 （mm/h） 预 热2 （mm/h） 焊 接 （mm/h） 冷 却 （mm/h） 出 口 （mm/h） 含氧量 ppm 氮气纯度 7.4、十 大 优 点 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 项 目 蜗轮增压式风道运风技术 进口长轴高温马达 分离式炉胆设计 特制星式发热丝 强制运风冷却温区设计 强制导向式废气过滤系统 全对称铝合金导轨 三点式同步导轨调宽结构设计 工控电脑+PID温度控制 完善的保护功能 氮气、空气两用 适用无铅焊接工艺 特 点 中国专利ZL03245235.7 五年质量保证 内外炉胆完全分离 加热快、效率高 冷却曲线平滑，速率-1℃～-4℃/S 有效去除废气中助焊剂 有效防止导轨弯抿变形 同步精度0.5mm 控温精度为±1℃ 耗氮量＜25Nm/h 适用Sn/Ag、Sn/Zn、Sn/Cu等各种无铅焊料 33333333＞99.99% ＞4kg/cm ≤25Nm/h 6组 有 450±50ppm 32 0～25% 18 1 3.0 4 5 4 1 750±50 99.99% 22.5 1.5 3.5 4.5 7.0 4.5 1.5 550±50 99.99% 25.0 1.5 3.5 5 9 4.5 1.5 450±50 99.99% 第 22 页 共 26 页
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7.5、技 术 性 能 7.5.1 主要技术参数
机器型号 外型尺寸 PCB板最大宽度 PCB板方向 输送链工作高度 输送链柱长度 输送链速度 加热温区数目 冷却温区数目 发热功率 空载功耗 升温时间 电源 氮气 氮气消耗量 炉腔氧气浓度 PCB板实测 NS－AR10020－480N2 5830×1500×1705 430mm 左→右 910±20mm 5mm 0.3～1.3M/min 16 2 66KW ≤10.0KW ＜20min 3×380V ≥99.99% 20M/h ≤500ppm ≤±2℃ 3氮气型 L×W×H 可选 右→左 上下温区各8个 三相五线制 ＞4kg/cm 可选自动流量控制 三点温差（左中右） 2用途：
此机器的目的是加热PCB板表面粘贴的元器件。使锡浆熔化和产生回流，从而得到规定的锡浆受温图。而不致引起PCB板和元器件的任何损坏（例如燃烧或暗然）。 注 意：
为了在高自动化的SMT生产环境下取得最大产量，在该机器开工前，须仔细按规定的锡浆受温图设置好加热温度。并且在随后的工作期间严格监督。在使用中建议用废PCB来协助设置各个温区的温度设定值和运输速度，从而得到规定的锡浆受温图。
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8.1 焊接缺陷及对策
序号 缺陷 说明 八．回流焊常见问题
原因分析 危害 预防处理措施 片式元件大量移大量小型片式元件偏离焊1 位 盘 短路、虚焊、调整回流焊工艺参数使之与焊膏特性相适应；使用工作寿命长的焊膏；焊料球污染人工去除焊料球并维修焊点 电路板 按规范设计焊盘；提高元件贴装位置精度；增加预热温度或预热时间；人工维修焊点 风速太高；振动太大；网带水平不够 开路 降低风速；调整网带水平；查找振动原因，减小振动 预热区温度上升太快，达到平顶时间过2 焊料球 焊点周围有所有微小焊珠 短；焊膏质量差；焊盘氧化严重 3 曼哈顿现象 片式元件一端脱离焊盘或焊盘设计间距太快，达到平顶时间过短；开路 直立 焊膏质量差；焊盘氧化量大 预热温区温度较高，时间较长，焊膏中细间距IC引线之间有焊料活化剂在未达到峰值温度前已挥发；焊降低预热温度，缩短预热时间以减少焊膏印刷模板厚度，减少印刷间隙短路、虚焊 和重印次数；提高贴片精度；人工维修焊点 4 IC引脚桥焊 桥联 膏印刷太厚；桥印；元件贴装位置偏差太大 5 冷焊 回流焊参数错误；焊接温度太低，传送严格按焊膏生产厂家提供的或经试验认可的回流焊温度曲线焊接电路焊点发黑，焊膏未完全熔化 虚焊、开路 程度太快，印制板相隔太近 板；人工维修冷焊焊点或将电路板在正确的工艺下再回焊一次 焊点焊料不足，主跟部没有焊膏印刷薄，焊料已丢失；元件引脚异焊点可靠性增加模板厚度；加大焊膏印刷间隙；控制好元器件质量；改善印制板焊6 边界焊点 焊料润湿。 面；元件可焊性差；焊盘设计不合理 差、虚焊 盘设计；防止焊料丢失；人工维修边界焊点 焊点可靠性焊点焊料凸出，焊料高度超7 焊点焊料过量 过了元件焊端厚度 故障 焊料能润湿焊盘，但不能润元件引脚氧化严重；元件引脚已被污物8 元件引脚未润湿 湿元件引脚，焊点表面没有污染 弯月反射面，润湿角大于90 焊点焊料不是集中在元件引线与焊盘接触的地方，而印制板可焊性差，焊盘和元件引线回流9 轴芯 是集中在引线的上部，焊料焊时温差大 能润湿元件引线而没有润湿焊盘 开路、虚焊 件引线之间的温差 改善印制板可焊性；调整回流焊工艺，充分预热印制板，缩小焊盘与元虚焊、开路 被异特污染；控制好元件入库质量；人工维修焊点 保证元件可焊性；改善元件储运、使用条件，缩短储存时间；防止元件焊膏印刷太厚 差、引发电路改进焊膏印刷质量；人工去除焊点上多余的焊料 印制板和元器件在贴装前进行干燥处理；避免印制板在运输、存放、安印制板变形、检测探针冲击焊点、焊接10 焊点或元件开裂 焊点或元件有裂纹或开裂 热冲击元件、焊接前元件已经开裂。 人工维修开裂焊点，更换开裂元件。 开路 装中变形；避免检测探险针强烈冲击焊点；防止元件在贴装中产生裂纹；元件引脚损伤或元件引脚共面性差；焊元件引脚与焊盘之间未形11 引脚漏焊 成接触 化严重；元件引脚已被污物污染 盘设计不当；元件贴装位置偏差大，氧开路 计和贴片工艺；人工维修漏焊引脚 控制好元件入库质量；防止元件引脚在使用中损坏；优化印制板焊盘设焊点表面粗糙；位置偏斜；12 焊点畸形 焊料或多或少；润湿不良 印制板焊盘被污染；贴片位置偏差大 焊点可靠性防止印制板焊盘被污染；提高贴片位置精度；人工维修畸形焊点 差
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8.2 机械调试
8.2.1网带跑边和张紧的调试：
a)主传动轮由6个经特殊处理的铝轮组成，节距与网带一致，在调整时应保持与网带侧的间隙。首先根据网带的槽位定好主传动网带轮的位置（注：网带的中心位置须和机架的中心位置一致）；从动轮和张紧轮由特制铝合金链轮分三组组成，调整时与网侧间隙一致，接着再调整从动网带轮和张紧轮的位置，最终达不到不跑边的目的。
a) 为了使网带在高温下能够更平稳的运行，此机除了在两端采用手动张紧结构之外，
在从动端又增加了自动张紧结构，这就避免了网带因热胀冷缩而导致网带松紧变形的弊病，在调试过程中主要以手动张紧为主，检验标准为网带能够平稳的运行。 网带传动示意图如下：
链条网带 8.2.2
导轨调宽
i. 导轨调宽部分是由特制铝导轨、特殊传送链条、高精度进口不锈钢和直线轴承、
传动丝杆组成，通过链条调节宽窄。
ii. 导轨的宽度可根据印制板的不同宽度进行相应调节，将印制板平托于运输链条上，
转动宽度调整手轮至印制板可放于其上，并能适度推动即可（注：切不可夹持太紧，会造成制板变形）。
在调试过程中应先检查导轨两端尺寸是否一致，如果不一致，请调整两端与丝杆连接为一体，取下接头，固定一端，调节另一端，直到尺寸一致为止，装上此接头即可。
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