无铅波峰焊钎料氧化渣的减少措施

3 锡渣还原剂(粉)的研究

由于无铅钎料中具有抗氧化性的微量元素倾向于向液态钎料表面聚集并优先于Sn与氧发生反应，所以微量元素会逐渐被消耗掉，钎料的抗氧化性也就随之变差(Sn0.7Cu一0.008P中P的抗氧化寿命为5 h)。为保证持久的抗氧化效果，很多商家推出了锡渣(氧化渣工业中又称锡渣)还原剂。

台湾某公司研制出一种锡渣还原粉，主要吸收各种杂质及各种氧化物，避免熔锡氧化及散热损失。据报道抗氧化粉末的使用可使锡氧化量降低95％以上。

P.Kay金属Fein-Line合伙公司研制的熔融钎料表面活性剂，与熔化钎料相接触有两个功能：一是在钎料表面形成单层膜保护表面钎料不被氧化，而是其中的活性成分与金属氧化物反应并使它们溶解在该活性剂中，作为有机金属化合物而悬浮在金属氧化物颗粒和残留的活性剂之间。随着时间延长直到药剂消耗掉被清除为止，清理周期一般为一周。活性剂不与金属发生反应，只与氧化渣反应，无烟无味。当氧化渣中的金属氧化物被溶解时，相互连接的金属氧化物排列是开放的，任何夹在渣中有用的金属都可以分散流回到熔锡中，并且不会受到活性剂的影响。据报道这种新技术可降低钎料成本40％～75％，工作中的状态如图10。


3.4 电磁泵的使用

机械泵波峰发生器如设计不当就会存在着剧烈的机械搅拌作用，在钎料槽内形成强烈的漩涡运动和液面的翻滚，形成吸氧现象，空气中的氧被不断地吸入钎料内部形成氧化渣，然后浮向液面出现大量堆集。1969年瑞士人R．F．J．：PERRIN首先提出了用于泵送液态金属软钎料的传导式液态金属电磁泵的新方案，20世纪70年代中期瑞士KIRSTN公司利用此技术在世界上首先推出了单相交流传导式电磁泵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。20世纪80年代末我国电子工业部第二十研究所发明了单相感应式液态金属电磁泵并试制了样机，为波峰焊接设备中产生钎料波峰动力技术的发展开辟了一个新的途径。它去掉了机械泵的所有旋转零部件(含电机)，与瑞士人发明的传导式电磁泵的不同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2种，多相感应式结构如图11。电磁泵的主要优点包括：


(1)永不磨损、寿命很长、维修方便；

(2)波峰平稳，钎料氧化轻微而且能自动对消电网电压；

(3)能量综合利用，效率高；

(4)良好的钎料波峰动力学特性；

(5)工作中波峰钎料温度跌落小。

但目前国内电磁泵的价格比较昂贵，还远没有机械泵应用得广泛。

3.5 锡渣分离装置的研制

Cookson公司研制了一种自动清除氧化渣装置，它将喷嘴进行特殊设计而引导流出的钎料到指定位置，用一撇浆将其自动撇除到收集装置。收集装置下是一个收集压缩氧化渣的热滚筒，分开可用的钎料被收集整理并引导到热炉中，最终成型以备再利用。不可用的材料被堆积在一用于清除和循环利用的容器中，比手工清除氧化渣效率提高80％，估计可能提高6%的生产量，如图12。


日本学者Tadashi Takemoto等人在试验中使用了自己研制的一种锡渣分离并再利用的装置，如图13该装置附在锡炉上。波峰焊机工作8 h而锡渣分离系统(OSS)运行半小时即可。据称该系统可使锡渣产生量减少一半(如图14)。



日本千驻公司推出了一款焊锡回收设备，其原理是将氧化渣放入设备中加热后加入经特殊加工的芝麻，使其与氧化渣混合并搅拌，芝麻油将氧化物从氧化渣混合物中还原出来并全部被吸附在芝麻上，实现了将焊锡和氧化物分开。据报道其分离效果在90％左右。

另外日本及香港的厂家推出了靠机械搅拌作用分离的锡渣分离器，其分离出的钎料成份与原成份几乎相同，见如表5。国内某厂家牛产了依靠化学作用的锡渣还原机，据报道其还原率达80％以上。这种回收设备属于离线还原处理，适用于氧化渣产生量较多的大公司。


3.6 合理喷流系统的设计

氧化渣产生与钎料液体流动行为有很大的关系。流体越不稳定、扰度越大，越容易吸氧而使氧化量增加。合理设计锡槽、流体稳流系统及喷嘴等结构，使锡波层流分量增加、紊流分量减少，可降低因瀑布效应引起的钎料氧化，从而有利于减少氧化渣的产生。

通过改进喷流系统来减少氧化量与前面的方法相比更有优势：节约成本，不会对钎料造成任何影响，不会附加操作工时。目前国内设备厂商也在这方面做了一些工作，如在喷嘴周围加装导流槽，在机械泵轴与液态钎料液面交接处加保护装置以免黑色粉末氧化物的产生等。

4 结束语

到目前为止，波峰焊过程钎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商来说，最好选择喷流系统设计合理，产生氧化渣较少、氧化渣捞取方便的设备，再配合某种性价比高的抗氧化剂(抗氧化粉)，以最终减少因氧化渣而产生的浪费，获得更高的经济效益。