無鉛化電子組裝設備
 

一、               歐盟WEEE和RoHS指令正式生效及其影響.

    歐盟WEEE、RoHS指令正式生效，要求2006年7月1日起在歐洲市場銷售的電子產品
   必須為無鉛的電子產品。同時各成員國必須在2004年8月13日之前完成相應的立法
   工作。

1.      WEEE和RoHS指令所涉及的電力電子產品種類.

a.       大型家用器具 (冰箱、洗衣機、微波爐等).

b.      小型家用器具 (吸塵器、熨斗、鐘錶等 )

c.       資訊技術和遠端通訊設備 (電腦、影印機、印表機 )

d.      用戶設備 (電視機等)

e.       照明設備(螢光燈等)

f.        電氣和電子工具(電鋸、縫紉機等)

g.       玩具、休閒和運動設備

h.       醫用設備

i.         監視和控制裝置

j.        自動售貨機

2.      鉛含量的上限值問題對於Sn-Ag，Sn-Cu等二元合金可遵照ISO 9453標準及日本JIS Z3282標準 .

3.      無鉛焊料成分的選擇,已經達成的共識：以Sn為基體，添加Cu, Ag, Bi, Zn, In等合金元素,選擇要考慮以下因素:資源、毒性、熔點、潤濕鋪展性能、強度與可靠性.

4.      熔點.

這是一個直接關係到焊接溫度的重要參數,可作為無鉛焊料的Sn基二元共晶合金的熔點..

二、   無鉛設備要求.

             針對以上無鉛新的要求,建時組成無鉛設備開發小組,針對波峰焊及回流焊開發與設計,並在2005年推出了Super EP &Super Pro新形設備,針對無鉛波峰制程及回流焊制程完成以下需要解決的問題.

1.             無鉛波峰焊設備.以下的特殊設計可以保證一個較好的DIP Profile.

(1). 設備材料及結構設計必須具有良好的耐熱性，在高溫下不變形.

(2). 由於可能要使用較大量的無鉛專用助焊劑 ，必須配備優良的抽風過濾系統，以最小化無鉛專用助焊劑中揮發物質的污染.

(3). 新型無鉛波峰焊設備必須與環保型助焊劑----低VOC/無VOC無鉛專用助焊劑相相容，無鉛專用助焊劑塗敷方式優選噴霧方式，要求噴霧氣壓穩定，電腦控制參數設置，同時提供便捷的無鉛專用助焊劑更換方法.

噴霧系統	噴霧頭	外置式噴霧系統

           (4).無鉛波峰焊設備在關鍵部件/經常接觸熔融無鉛焊料的部件上採用鈦合
                  金材料,如錫缸,鍵爪.

                 (5).與Sn-Pb焊料相比，無鉛焊料將產生更多的錫渣(dross),因此Kince設備本
                      身配刮除錫渣裝置和焊錫液面高度自動監測裝置.

                 (6).無鉛波峰焊的焊接溫度較高(一般設定為260oC)，為減少印刷電路板組裝
                       件與波峰接觸時的熱衝擊，需要增加預熱時間。最好的解決方法是增加
                       設備的預熱區長度，因此我們提供1.8m加溫區,分3個可控預熱溫區,1個
                       遠赤紅外補償.可提供從入板到波峰良好的預熱溫度.

                  (7)   無鉛波峰焊應採用雙波峰系統

a.       前面的湍流波可滲入到所有待焊表面以保證良好潤濕.

b.      後面的雙向寬平波流動緩慢且平坦，有利於保證印刷電路板在流動速率最小點處脫離焊料波峰，進而最大限度地抑制橋連(bridge)、毛刺(icicle)等焊接缺陷的產生.

                   (8). 快速冷卻系統,工業冷幹機冷卻.

                   (9). 氮氣保護.採用預熱區與錫缸分別密封,減少錫渣量，節省焊料成本和處
                         理錫渣帶來的人工費用及在保證良好潤濕的前提下可以減少助焊劑的
                         使用量，節省成本並減少印刷電路板表面殘餘物.

2.             無鉛回流焊設備,考慮到印刷電路板及電子元器件的耐熱能力，無鉛回流焊的最大特點是工藝視窗很窄,因此對熱循環對流量、回流焊本身的操控性、冷卻系統的冷卻效果等要求更高.

                       (2)、焊接區底部紅外線補償系統，與熱風合併，形成高效能快速升溫，對無鉛合金提供足夠熱能焊接，同時從板底滲透熱能，讓BGA, CSP等精密元件亦能得到充分熱能焊接例子：Figure 1 為整體示意圖，如Figure 2, 以D作為焊盤上錫膏充分融化點，A 是利用熱風從焊盤表面開始融化， B 為正常熱風從底部滲透加熱讓焊盤錫膏開始融化，但以紅外熱風合併後，可讓底部錫膏更快速開始融化如FigureC，減小碑立情況.

Figure 1                       Figure 2                                  Figure 3

                      (3)、冷凍式助焊劑過濾系統，比風冷式回收系統更快速有效將大部分霧化助焊劑凝結收集，符合ISO 14000 的環保要求.

                       (4)、雙迴圈式冷卻區，節省冷凍資源，同時由於配合冷幹機使用，無需  安裝熱交換器，避免松香積聚，便於清拆。上下雙面冷卻，可讓於高溫情況下的無鉛產品雙面同時降溫，避免單面冷卻做成元件及焊點因板材彎曲變形導致撕裂.

                    (5).各溫區間的死區(Dead Zone)安裝紅外線補償，根據溫度曲線顯示，能讓整個無鉛升溫過程完全順滑流暢，避免于溫區之間出現升溫速度變慢，讓無鉛助焊劑連貫性進行活化分解氧化物.

                    (6).智慧式節能系統，於短時間內不作生產時，讓各溫區發熱率下降至150˚C, 同時熱風風機轉速亦調至正常的30%，充分起到減小浪費電源效果，于需要生產時，只需10分鐘便能恢復到所需操作溫度.

                    (7).核心保證溫區內的均勻加熱，板上溫差可以控制在5oC之內.

                    (8). 幾種國際上推薦的溫度-時間曲線參考.

鳴謝

此文章由建時自動化設備Kince Worldwide Co., Ltd.提供

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