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氧化锡渣的危害及解决方案

氧化锡渣的危害及解决方案

氧化锡渣的危害及解决方案
 
        
在电子制造过程中,波峰焊接工艺必不可少,对电子产品的焊接质量起着关键性的作用;而波峰焊接工艺的特点决定了焊接过程中不断有新的液态焊料表面暴露在空气中,熔融焊料在流动状态下与空气中的氧接触并不断的发生氧化形成氧化渣;焊料氧化渣主要是合金焊料氧化物与大量合金焊料的混合物,其不断的产生并堆积在熔融合金焊料的表面,不但使液态焊料的流动性受到影响,还有可能污染PCBA板面,直接影响产品的焊接质量及可靠性能,并且造成合金焊料的巨大浪费。
在电子制造业,随着无铅焊接工艺的逐步导入,高含锡量的无铅焊料合金逐步替代传统的Sn63/37合金焊料;无铅焊料中Sn的含量比传统的有铅焊料高出很多,因而更容易氧化,产生更多的氧化渣(SnO2); 随着无铅焊料的广泛应用,氧化渣问题变得更为严重,浪费率高达30%-50%以上;产品的焊接质量及可靠性能也受到相当大的影响;如何减少氧化锡渣的产生变成电子制造业所面临的必修之课程!
一、氧化锡渣的危害
1.        影响锡液流动性和锡面高度,影响焊接质量。
2.        附着于板面,造成如锡球等质量问题,直接影响电子产品的电气可靠性能。
3.        锡渣的处理及运输造成的额外管理问题,且对环境有一定的影响。
4.        松散的氧化渣使空气更容易停留在熔融焊料内,从而加剧焊料的氧化。
5.        有用金属被锡渣包裹,无法利用,造成极大浪费。
二、氧化锡渣减少的意义
锡为全球最稀缺的矿种之一,据1993年已探明情况,锡的储量1000万吨,以年产18万吨计,还可开采55.5年,其中,中国储量还可开采29.6年;2008年全球探明的有价锡金属储量约712万吨! 锡属于稀缺资源,但锡的用途却非常广泛,锡又是一种绿色环保金属,被世界各国列为战略性的储备物资;金属资源中的环保概念,表现在在焊接材料中取代铅,化工材料中取代锑、铅、镉等;而目前在焊材、马口铁、玻璃、陶瓷釉料等领域仍然找不到锡的替代品,在电子、化工行业稳定增长及全球化的环保浪潮下,锡的年均需求量至少以5%(保守估计)的速率增长;以2006年全球锡消费量36万吨为基数计算,若锡资源未来全球无重大的新发现,20年左右就将消耗完毕,非常稀缺!20年后谁仍拥有锡资源,将堪比黄金!
未来的竞争就是资源的竞争!
谁掌握资源谁就掌握了未来的话事权!
 
据伦敦12月11日消息,英国国际锡研究所(InternationaITinResearchInstitute,简称ITRI)周二公布的初步数据显示,2007年全球锡消费量将几乎持平于2006年达到的36.2万吨纪录的高水准。该位于英国的组织称:“除了焊料,在所有主要应用软件上的全球锡使用量自2004年来一直大致平稳。”换句话说,自2004年以来锡消费量的增长主要表现在焊料行业用锡量的快速增长。
  LME三个月期锡价格在2007年已上涨了逾40%,价格自2004年底以来增长一倍;ITRI数据显示,2006年焊料约占全球锡消费量的52%,高于上一年的50%;统计及市场研究部的经理PeterKettle称:“亚洲用于焊接的锡消费占到约80%,仅中国就占全球焊料业务的55%”。
在电子制造业,随着无铅焊接工艺的逐步导入,高含锡量的无铅焊料合金逐步替代传统的Sn63/37合金焊料;原材料的单位成本成倍增加、无铅焊料的氧化渣也大量增加,整个电子制造业成本大幅攀升;加上近几年原材料价格成倍数的不断上涨及劳动成本不断增加,使原本利润空间有限的电子制造业犹如雪上加霜!同时氧化锡渣对焊接质量及可靠性能的影响,让电子制造工程师们头疼不已;2007年8月,上海有色金属网长江锡现货价高达13.6万元(约18000美元)/吨,而6月29日,现货价才10.5万元/吨;短短一个月暴涨3.1万元,涨幅达30%;随着全球锡消费量的快速增长,锡资源也将快速衰竭,锡价也将不断地向上攀升。
 
在环保的基础上提倡节能、降耗自然显得攸关重要!
 
降低无铅焊料氧化渣的产生、提高无铅焊料的利用率,可直接、有效的降低电子制造业的制造成本;提高电子产品的品质与可靠性能;是企业提升自身竞争力最简单、最直接、最有效的措施!同时对全球锡资源的有效、合理利用也将做出巨大的贡献!
三、锡渣的形成:
    1〉、静态熔融焊料的氧化
根据液态金属氧化理论,熔融状态的金属表面会强烈的吸附氧,在高温状态下被吸附的氧分子将分解成氧原子,氧原子得到电子变成离子,然后再与金属离子结合形成金属氧化物。暴露在空气中的熔融金属液面瞬间即可完成整个氧化过程,当形成一层单分子氧化膜后,进一步的氧化反应则需要电子运动或离子传递的方式穿过氧化膜进行,静态熔融焊料的氧化速度逐渐减小;熔融的SnCu0.7比Snpb37合金氧化的要快。
毕林-彼德沃尔斯(Pilling-Bedworth)〈1〉理论表明:金属氧化膜是否致密完整是抗氧化的关键,而氧化膜是否致密完整主要取决于金属氧化后氧化物的体积要大于金属氧化前金属的体积;熔融金属的表面被致密而连续氧化膜覆盖,阻止氧原子向内或金属离子向外扩散,使氧化速度变慢。氧化膜的组成和结构不同,其膜的生长速度和生长方式也有所不同;熔融SnCu0.7和Snpb37合金从260℃以同等条件冷却凝固后,SnCu0.7的表面很粗糙,而Snpb37的表面较细腻。从这一角度反映了液态SnCu0.7合金氧化膜得致密完整度较Snpb37 要差。
哈佛大学的Alexei Grigoriev〈2〉 等人用99.9999%的纯锡样本放置在坩埚中,并在超低真空下加热到240℃,然后向其中充纯氧,通过X光线衍射、反射及散射观察熔融Sn的氧化过程。他们在研究中发现,在没到达氧化压之前,熔融锡液具有抗氧化能力。压力达到4×10﹣4Pa至8.3×10﹣4Pa范围时,氧化开起发生。在这个氧分压界限上,观察到了在熔融锡表面氧化物“小岛”的生长。这些小岛的表面非常粗糙,并且从清洁锡表面的X射线镜面反射信号一致减少,这种现象可以证明氧化碎片的存在。表面氧化物的X射线衍射图案不与任何已知的Sn氧化物相相匹配,而且只有两个Bragg峰出现,它的散射相量是√3/2,并观察到强度很明确的面心立方结构。通过切向入射扫描(GID)测量了熔融液态锡表面结构,并与已知锡氧化物进行比较。可以说熔融液态锡在此温度和压力情况下,在纯氧中的氧化物相结构不同于SnO或SnO2。
另外,不同温度下SnO2与PbO的标准生成自由能不同,前者生成自由能低,更容易产生,这也在一定程度上解析了为什麽无铅化以后氧化渣大量的增加。表一列出了氧化物的生成Gibbs自由能,可以看出SnO2比其他氧化物更易生成。通常静态熔融焊锡的氧化膜为SnO2和SnO的混合物。
氧化物按分配定律可部分溶解于熔融的液态焊料, 同时由于溶差关系使金属氧化物向内部扩散,内部金属含氧逐步增多而使焊料质量变差,这在一定程度上可以解释为何经过高温提炼(或称还原)出来的合金金属比较容易氧化,且氧化渣较多;氧化膜的组成、结构不同,其膜的生常速度、生长方式和氧化物在熔融焊料中的分配系数将会有很大差异,而这又和焊料的组成密切相关。此外,氧化还和温度、气相中氧的分压、熔融焊料表面对氧的吸收和分解速度、表面原子和氧原子的化合能力、表面氧化膜的致密度、以及生成物的溶解、扩散能力等有关。
 
表一  氧化物的标准Gibbs自由能
 
oxide
△G0f.T(O原子)/(KJ/g)
298K
400K
500K
600K
PbO
-188.8
-178.8
-168.7
-159.5
SnO2
-260.1
-249.7
-239.7
-228.8
CuO
-129.4
-119.7
-111.0
101.7
Ag2O
-10.5
-3.8
2.5
8.8
 
2〉、动态熔融焊料的氧化
波峰焊接过程中广泛使用双波峰,第一个波峰为汌流波峰,其波面宽度比较窄,熔融焊料流速比较快;第二个波峰为层流波,波面平整稳定,如一面镜子,流速较慢。波的表面不断有新的熔融焊料与氧接触,氧化渣是在熔融焊料快速流动时形成的,它与静态氧化有很大的不同,动态时形成的焊料渣有三种形态:
a、表面氧化膜  锡炉中的熔融焊料在在高温下,通过其在空气中的暴露面和氧相互接触发生氧化。这种氧化膜主要形成于锡炉中相对静止的熔融焊料表面呈皮膜状,主要成分是SnO。只要熔融焊料表面不被破坏,它就能起到隔绝空气的作用,保护内层熔融焊料不被继续氧化。这种表面氧化膜通常占氧化渣量的10%左右。
b、黑色粉末   这种粉末的颗粒都很大,产生于熔融焊料的液面和机械泵轴的交界处,在轴的周围呈圆形分布并堆积。轴的高速旋转会和熔融焊料发生摩擦,但由于熔融焊料的导热性很好,轴周围熔融焊料的温度并不比其它区域的温度高。黑色粉末的形成并不是应为摩擦温度的升高所致,而是轴旋转造成周围熔融焊料面的漩涡,氧化物受摩擦随轴运动而球化。同时摩擦可造成焊料颗粒的表面能升高而加剧氧化;约占氧化渣量的20%左右。
C、氧化渣     机械泵波峰发生器中,存在着剧烈的机械搅拌作用,在熔融焊料槽内形成剧烈的漩涡运动,再加上设计的不合理造成的熔融焊料面的剧烈翻滚。这些漩涡和翻滚运动形成的吸氧现象,空气中的氧不断被吸入熔融焊料内部。由于吸入的氧有限,不能使熔融焊料内部的氧化过程进行得像液面那样充分,因而在熔融焊料内部产生大量银白色沙粒状(或称豆腐渣状)的氧化渣。这种渣的形成较多,氧化发生在熔融焊料内部,然后再浮向液面大量堆积,甚至占据焊料槽的大部分空间,阻塞泵腔和流道,最后导致波峰高度不断下降,甚至损坏泵叶和泵轴;另一种是波峰打起的熔融焊料重新流回焊料槽的过程中增加了熔融焊料与空气中氧的接触面,同时在熔融焊料槽内形成剧烈的漩涡运动形成吸氧现象,从而形成大量的氧化渣。这两种渣通常占整个氧化渣量的70%,是造成浪费最大的。应用无铅焊料后将产生更多的氧化渣,且SnCu多于SnAgCu,典型结构是90%金属加10%氧化物。
日本学者Tadashi Takemoto〈3〉等人对SnAg3.5、 SnAg3.0Cu0.5 、 Sn63Pb37焊料进行试验,发现所有焊料的氧化渣重量都是通过线性增长的,三种焊料氧化渣的增长率几乎相同,也就是其增长速率与焊料成分关系不大。氧化渣的形成与熔融焊料的流体流动有关,流体的不稳定性及瀑布效应,可能造成吸氧现象及熔融焊料的翻滚,使氧化渣的形成过程变得更加复杂。另外,从工艺角度讲,影响氧化渣产生因素包括波峰高度、焊接温度、焊接气氛、波峰的扰度、合金的种类或纯度、使用助焊剂的类型、通过波峰PCBA的数量及原始焊料的质量等。
四、氧化锡渣的结构
    通常我们所说的锡渣主要是由氧化锡SnO2(即锡灰)和被包裹在氧化锡内的锡Sn以及少部分的碳化物质组成,被包裹在氧化锡内的锡Sn的比例最少在50%以上,有的甚至高达90%(具体含量视捞渣的情况而定)。
锡渣中的氧化锡(即锡灰)通常是SnO2,灰色粉末状、四方、六方或正交晶体;密度为6.95克/立方厘米;熔点1630℃;结构式:O:SnO;分子量 :150.69 ;于1800~1900℃升华;难溶于水、醇、稀酸和碱液;缓溶于热浓强碱溶液并分解,与强碱共熔可生成锡酸盐;能溶于浓硫酸或浓盐酸;锡含量:70% - 90%以上。
五、氧化渣减少的措施
国内外学者和企业对无铅波峰焊氧化渣减少措施进行了大量的研究,主要有以下几方面:
     1>、采用氮气保护 
 氮气保护是一种减少氧化渣产生的有效措施,利用氮气将空气与熔融焊料隔开可有效减少氧化渣的产生。因无铅焊料的润湿性明显要弱于传统有铅焊料,并易氧化,在氮气保护下进行无铅焊接已成为普遍技术之一。
     氮气气氛下焊接,随着氧气溶度的降低,无铅焊料的氧化明显减少。氮气保护下氧气溶度低于50ppm或更低时,无铅焊料基本上不发生氧化,并将得到更好的焊接质量;氧溶度在50-500ppm时,氧化渣量可减少85%-95%左右。
     Linde 公司推出SOLDERFLEX®LIS 波峰炉惰性气体保护系统,通过对波峰焊设备进行改装,即将为波峰留有开槽的不锈钢结构伸入到焊料池中,配置多根气体喷射管、气体控制操作面板等,使惰性气体直接施加到大多数氧化渣产生的地方来控制氧化渣的产生;据称在焊接区的氧含量可控制在100PPM左右,氧化渣可减少50%-80%。
     根据Claude Carsac〈4〉等人提供的数据,对于不同合金种类,氧化渣降低的相对含量差异不大。表二是国外学者作出的研究结果〈5〉。
 
表二  大气条件和氮气保护条件下无铅焊料氧化渣形成量对比 5
 
合金种类
 
氧化渣形成量(克/小时)
大气条件下
氮气保护条件下
ITRI实验室
某商用波峰焊设备
ITRI实验室
某商用波峰焊设备
SnCu0.7
28.7
908
1.68
45
SnAg3.5
22.8
721
1.21
36
SnAg2Cu0.8Sb0.5
19.8
626
0.98
31
SnIn20Ag2.8
 
800
 
40
 
     氮气保护也会带来不足,主要表现是增加了PCBA表面锡珠的产生和营运成本,通常节约的焊锡不足以抵消购买液氮或氮气发生器的运行和维护成本。但从焊锡质量的角度和使用昂贵的无铅焊料情况下,是否节约又得另当别论。总之,在使用氮气保护系统之前,要仔细计算和考虑。
2〉电磁泵的研究与使用 
机械泵波峰发生器如设计不当,就会存在剧烈的机械搅拌作用,在焊料槽内形成强烈的漩涡运动和液面的翻滚,形成吸氧现象,空气中的氧被不断吸入熔融焊料的内部形成大量的氧化渣,然后浮向液面不断的堆积。1969年瑞士学者R.F.J.PERRIN首先提出了利用电磁泵泵送熔融金属焊料传导的新方案,70年代中期瑞士KRISTN 公司利用此技术在行业中首先推出了单相交流传导式电磁波峰焊接机系列产品(6TF系列),1982年法国也有类似的技术获得专利权。80年代末我国电子工业部二十所发明了单相感应式熔融金属电磁泵并试制了样机,微波峰焊接设备中产生熔融焊料波峰动力技术的发展开辟了一条新的途径。他去掉了机械泵所有旋转的零部件(含电机),与瑞士学者发明的传导式电磁泵的不同就在于它完全去掉了传导电流及其产生系统,技术上有很大的进步。
电磁泵目前有单相感应式和多相感应式两种,电磁泵的优点有:
a、永不磨损、寿命长、维修方便。
b、波峰平稳、熔融焊料的氧化减少且能自动对消电网电压。
C、能量综合利用,效率高。
d、良好的焊料波峰动力学特征。
e、工作中波峰焊料温度跌落小。
不足之处:同样存在流体的不稳定性及瀑布效应,由这几种现象形成的锡渣无法减少, 且目前电磁泵的价格比较昂贵,远没有机械泵得到应用的广泛。
3〉锡渣分离装置的研究  
 即行业中所说的锡渣还原机,Cookson公司研制了一种自动清除氧化渣装置,他将喷嘴进行特殊设计而引导流出的熔融焊料到指定位置,用一撇浆将氧化渣自动撇除到收集装置。收集装置下面是一个收集、压缩氧化渣的热滚筒,分开可用的焊料被收集整理并引导流入热炉中,最后成型已备再利用。不可用的废渣Sno2(即锡灰)被堆积在一用于清除和循环利用的容器中。据说比手工清渣效率要提高80%。
日本学者Tadashi Takemoto〈3〉等人在实验中利用了自己研制的一种锡渣分离并再利用装置,该装置附在锡炉上。波峰焊机工作8小时而锡渣分离系统(OSS)工作半小时即可,据称该系统可使氧化渣减少一半。
日本千住公司推出了一款焊锡回收设备,其原理是将氧化渣放入到设备中加热后加入经特殊加工过的芝麻,使其与氧化渣混合及搅拌,芝麻油将氧化物从氧化渣混合物中还原出来并全部吸附在芝麻上,实现了将焊料与氧化物分开。
另外日本及香港的厂商推出了靠机械搅拌作用分离锡渣的分离器,国内某厂商推出了依靠化学作用的锡渣还原机,据称还原率可达到80%左右。
这种设备属离线分离处理,由于利用的是物理分离法,已氧化的锡渣SnO2是不可能被还原出锡Sn的, 我们看到所谓还原出来的锡,只不过是在打牢锡渣时混杂在其中的纯锡而已,高温、加压及还原机在工作状况下的摩擦,反而会将在打牢锡渣时混杂在其中的纯锡再度氧化;氧化物按分配定律可部分溶解于熔融的液态焊料, 同时由于溶差关系使金属氧化物向内部扩散,内部金属含氧逐步增多而使焊料质量变差,大多数焊料生产厂家都采用加入P元素来改善其抗氧化性能,经过高温分离(或称还原)出来的合金焊料中的抗氧化元素早已消耗完毕,因此这种方法处理出来的焊料非常容易氧化,且氧化渣较多;占用空间、需专人操作、耗电、噪音大,打捞、运输、储存、还原过程复杂,增加管理成本。在还原率本身就不高的情况下,减去设备占用空间的租金+储存空间的租金+员工工资+电费+设备投资等,还不如直接与厂家兑换锡条!由于易造成二次污染,又要消耗电能,在电力供应本身就很紧张的情况下,使用此类设备的可行性也将遭到质疑!
以上几种出方法都是采用物理分离的原理将混合在氧化渣中的纯锡Sn分离出来,虽可在一定程度上减少氧化锡渣的产生,但已氧化的SnO2根本无法用此方法还原出锡Sn来,且经过高温加热分理出的锡更容易氧化,产生更多的氧化锡渣,去除相关的成本后,根本就达不到节约成本的目的!因此,大多数电子制造企业都在寻求一种既可抗氧化又可将SnO2还原成Sn的化学产品。
4〉抗氧化焊料的使用  
日本学者Tadashi Takemoto〈3〉等人向焊料中加入P和Ge元素进行研究,试验用合金焊料为SnAg和SnAgCu,具体化学成分见表三。设备为可容纳15KG的小波峰锡炉,试验温度为250℃。通过实验得到:氧化渣的重量随时间线性增加;添加少量的Ge和P可有效降低氧化渣的重量,其中P的加入可使氧化渣的重量降低到原来的50%左右;对氧化渣进行化学分析表明,在氧化渣含有的微量元素中Ge是添加含量2-9%,磷是4.5倍多。氧化渣中的主要成分是SnO,氧含量为5at%左右,90%的氧化渣是由金属组成的。
 
表三     各种焊料合金的化学成分
 
成分
 
简写
元素质量百分比(%)
Ag
Cu
P
Ge
其他
Sn
SnAg3.5
SA
3.56
 
 
 
 
Bal
SnAg3.5P0.003
SA30P
3.48
 
0.00325
 
 
Bal
SnAg3.5P0.006
SA60P
3.50
 
0.006
 
 
Bal
SnAg3.5P0.01
SA100P
3.48
 
0.0092
 
 
Bal
SnAg3.5Ge0.05
SA5Ge
3.50
 
0.050
 
 
Bal
SnAg3.5Ge0.1
SA10Ge
3.51
 
0.090
 
 
Bal
SnAg3.5Cu0.7
SA7C
3.48
0.71
 
 
 
Bal
SnAg3.0Cu0.5
SA5C
3.04
0.53
 
 
 
Bal
SnAg3.0Cu0.5P0.004
SA5C40P
3.03
0.5
0.004
 
 
Bal
SnAg3.5Cu0.7Ge0.05
SA7C5G
3.51
0.67
 
0.049
 
Bal
SnAg3.5Cu3.50.7Ge0.1
SA7C10G
3.5
0.68
 
0.1
 
Bal
SnCu0.5Ag0.3
SCA
0.34
0.49
 
 
 
Bal
SnCu0.5Ag0.3P0.004
SCA40P
0.34
0.49
0.004
 
 
Bal
国内学者也都研究并提出了通过在各种不同合金无铅料焊料中分别添加诸如TI、 Ga、 Re、 Sb、 In、 Ni等各种微量元素,以减少氧化渣的产生,都收到一定的效果。目前国内波峰焊行业所用的无铅焊料主要是SnCu和SnAgCu,大多数焊料生产厂家都采用加入P元素来改善其抗氧化性能,但抗氧化效果都会随时间的延长、微量元素的消耗而逐步失效。因此有了抗氧化还原剂的出现!
 
锡渣还原剂(粉)的研究与应用
 
氧化渣的产生与熔融焊料流动行为有很大关系,流体越不稳定、扰度越大就越容易吸氧而使氧化渣大量增加,到目前为止,波峰焊接过程焊料氧化渣混合物的形成机理还不够明确,对于使用波峰焊的电子生产企业来说,最好选择喷流系统设计合理、产生氧化渣较少、捞取氧化渣方便的波峰焊设备,再配合性价比高的抗氧化还原剂,以最终减少因氧化渣(SnO2)带来的浪费,从而获得更高的经济效益。
由于无铅焊料中的抗氧化微量元素倾向于向熔融焊料表面凝聚并优先于Sn元素与空气中的氧结合,微量元素很快被消耗掉,焊料也就失去抗氧化的效果;流体的不稳定性及瀑布效应,及熔融焊料的翻滚造成的吸氧现象;氧化物按分配定律可部分溶解于熔融的液态焊料,同时由于溶差关系使金属氧化物向内部扩散,种种原因使焊料合金内部的含氧逐步增多;因此在熔融的焊料炉内添加一种抗氧化还原剂,使产生的氧化锡渣立即被还原而无法堆积,同时有效阻止氧化渣的进一步产生,是目前最切实可行的有效措施;因此国内外商家先后推出了锡渣(焊料氧化渣即SnO2工业中又成为锡渣)抗氧化还原剂(粉)。
 
抗氧化还原剂必须具备的条件:
 
 
a>、必须符合环保要求,不影响生产场所的工作环境,不影响焊料的合金成分;
b>、反应后的残留物无粘性或不能飞散,不能污染PCBA的板面及现有生产设备(如波峰焊等);
c>、不易燃,无腐蚀性,不改变现有生产工艺,不影响现有设备的日常维护与保养;
d>、减少锡的润湿性上升时间,增加流动性;提升产品品质。
e>、减少锡内氧含量,真正绿色环保。
f>、用量少,还原率高,反应后的残留物易于处理,最好能通过生物降解;真正从环保的角度为企业  节能、降耗。
 
台湾某公司研究出一种锡渣还原粉,主要吸收各种杂质及氧化物,避免熔融焊锡氧化及散热损失。据称该还原粉的使用可使焊料的氧化减少95%左右。不足之处是烟雾大、有刺鼻的气味,使用该还原粉时必须对波峰焊设备进行改进,且反应后的残留物有粘性,冷却后变成坚硬的固体,对设备的日常维护、保养带来一定的不便。
美国P.Kay金属Fein-Line合伙公司研制的熔融钎料表面活性剂,与融化的焊料接触有两个功能:一是在熔融焊料表面形成一种保护膜保护焊料不被氧化,二是其中的活性成分与金属氧化物反应并使他们溶解在活性剂中,作为有机金属化合物悬浮在金属氧化物颗粒和残留的活性剂之间。直到药剂被消耗掉为止,活性剂不与金属反应,只与氧化渣发生反应,无烟无味。当氧化渣中的金属氧化物被溶解时,这相互连结的氧化物的排列是开放的,任何夹在氧化渣中的金属都聚结在一起流回到熔融的焊料中。并且成分不会受到活性剂成分的影响。据称这种性的技术可降低焊料成本40%-75%;不足之处是使用该还原剂是必须对波峰焊设备进行改进,且反应后的残留物有粘性,冷却后变成坚硬的固体,黏附在设备或PCBA上很难清理,甚至有可能堵塞喷嘴,对设备的日常维护、保养带来一定的不便,一旦不小心沾到PCB板上很难清洗掉,将影响到产品的电气性能和焊点的可靠性!且价格昂贵,降低的焊料成本与使用活性剂的成本持平。
 
深圳市堃琦鑫华科技有限公司研发的ICHIMURA --JR07锡渣抗氧化还原剂,属高分子有机化合物,系由多种表面活性剂、润湿剂、分散剂等经科学方法复配而成;不含任何重金属,可溶于大多数有机溶剂,也可溶于水;优异的耐高温(燃点330℃以上)和耐挥发性能(几乎不会挥发),几乎无烟、无味、无粘性、无腐蚀性,同时具有抗氧化及还原的功能;用量少,还原效率高,达90%以上;据FLEXTRONICS公司的评估报告显示,减去ICHIMURA --JR07锡渣抗氧化还原剂的使用成本,节约焊料用量达38%;FOXCONN、HASEE、SOLECTRON、PRIMAX、GBM、HUNTKEY等公司的评估报告都对ICHIMURA --JR07锡渣抗氧化还原剂给出了相当高的评价;该产品操作简单、方便,无需改装设备和添加人员,可直接加入锡缸还原锡渣,直接减少锡渣打捞量及打捞次数;提高生产效率及焊料的利用率;不会改变焊料的有效成分;不污染PCBA;还原效率高;优异的耐高温和耐挥发性能,残留物无粘性、易碎,可溶于水,可生物降解,不会沉入缸底,不用担心堵塞喷嘴或叶轮,并有利于设备的保养,设备的日常维护只需用湿擦拭布擦拭即可。
ICHIMURA --JR07锡渣抗氧化还原剂可以将包在氧化渣里面的锡分离出来,也可以将氧化的锡(SnO2)还原成可利用的锡(Sn);并且抗氧化还原剂中的有效成分优先于Sn元素与空气中的氧元素O2结合,明显减少熔融焊料内部的氧O2含量,防止熔融焊料进一步发生氧化,增强熔融焊料液面的流动性,有效帮助PCBA的焊接。
 
产品完全通过SGSSIRMSDSSTIR、切片等的测试或认证
 
其与氧化物的还原过程大致可视为:O2+R=OxRx; PbOx + R = Pb + OR (1) ;SnOy + R = Sn +OR (2) 式中:PbOx 为铅氧化物,R 为液体还原剂,Pb 为还原铅,OR 为氧化物,SnOy 为锡氧化物, Sn 为还原锡。
   在ICHIMURA --JR07锡渣抗氧化还原剂的再生处理工艺中,成功地采用了液体覆盖化学置换反应还原法。这种还原剂为无毒的有机类材料,是可生物降解的物质,其本身和氧化物对人类和环境无害。利用液体覆盖还原处理废焊料工艺,一方面,由于温度控制在 280℃以下相对较低范围,远低于(锡渣还原机的温度)400℃以上铅烟产生的温度;另一方面,液体还原剂的表面覆盖也有效地抑制铅烟的逸出;该产品水溶性的特性决定其内部含有少部分的水分,在使用时所看到的少量烟雾实为水蒸气;这样,不仅有效地还原了焊渣中的铅锡氧化物,而且也有效地避免了残余物和铅烟对环境的污染。
ICHIMURA --JR07锡渣抗氧化还原剂的优点表现为:
•水溶性,不易燃(可达330℃以上 ),无腐蚀性,无粘性
•与助焊剂混合不会起化学反应,不残留在PCB板上
•几乎无烟,无味,不含任何重金属成分,不会改变焊锡成份
• 减少焊料中氧含量,增强焊料的流动性和润湿性,降低锡表面张力;有效改善PCBA的焊接品质
•产品不含任何禁用物质成份:PFoA+PFOS+SB;特定笨并三氮唑;四溴双酚-A;石棉;甲醛等物质;符合ROHS/REACH标准
•反应残留物为泥状物,无粘性,入水分解,或生物降解;设备的日常维护与保养简单;从环保的角度为企业节能、降耗
•还原率高,1KG可还原30~50KG锡渣,
•持续时间长;添加一次可维持4-6小时;减少人力作业
•产品经过严苛的SIR/电迁移/切片等相关测试验证,真正的环保、节能产品(现已出口匈牙利、印度、泰国、马来西亚、新加坡、以色列、台湾等国家和地区)
参考文献:
1〉UR艾万思著《金属的腐蚀与氧化》北京机械工业出版社 1976.
2〉Alesei Grigoriev ,etc.Surface oxidation of liquid Sn.A.Grigoriev et al Surface Science 575 ( 2005) 223- 232.
3〉Tadashi Takemoto,Yeon Jun Joo,Shohei Mawatari,Rikiya Kato .Reduction of dorss formation during wave soldering using lead-free solders 0-7695-1266-6/01 ﹩10.00 2001IEEE.1131-1136.
4〉Claude Carsac etc,Inert soldering with lead-free Alloys Review And Evaluation[R].IPCSMEMA Council APEXSM 2001.
5〉C.Carsac ,J.Uner and M. Theriault Inert soldering with lead-free alloys: review and Evaluation.IPCSMEMA Council APEX 2001:3-7.
 
 
Nobeyan於2008/06/16
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