在电子制造过程中

1、在电子制造过程中在电子制造业，随着无铅焊接工艺的逐步导入，髙含锡量的无铅焊料合金逐步替代传统 的Sn63/37合金焊料：随着无铅焊料的广泛应用，氧化渣问题变得更为严峻，白费率高达 30%-50%以上；产品的焊接质量及可靠性能也受到相当大的阻碍：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. 阻碍锡液流淌性和锡而髙度，阻碍焊接质量。2. 附着于板而，造成如锡球等质量问题，直截了当阻碍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治理问题，且对环境有一定的阻碍。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，

2、无法利用，造成极大白费。二、锡渣的形成：1>>静态熔融焊料的氧化依照液态金属氧化理论，熔融状态的金属表而会强烈的吸附氧，在高温状态下被吸附的 氧分子将分解成氧原子，得到电子变成离子，然后再与金属离子结合形成氧化物。疑露在空 气中的熔融金属液而瞬时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藹子传递的方式穿过氧化膜进行，静态熔融焊料的氧化逐步减少。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 也在一左程度上解析了为什麽无铅化以后氧化渣大量的增加;通常静态熔融焊锡的氧化膜为 Sn02和SnO的混合物。氧化物按分配

3、立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，这在一左程度上能够说明为何通过高 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；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取和分解速度、表而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。2、动态熔融焊料的氧化动态时形成的焊料渣有三种形状：3、表面氧化膜锡炉中的熔融焊料在在髙温下，通过其在空气中的疑露ifii和氧相互接 触发生氧化。这种氧化膜要紧形成于锡炉中相对静止的熔融焊料表而呈皮膜状，要紧成分是 SnO。只要熔融焊料表

4、而不被破坏，它就能起到隔绝空气的作用，爱护内层熔融焊料不被连 续氧化。这种表而氧化膜通常占氧化渣量的5%左右。b、黑色粉末这种粉末的颗粒都专门大，产生于熔融焊料的液而和机械泵轴的交界处, 在轴的周朗呈圆形分布并堆积。轴的髙速旋转会和熔融焊料发生摩擦，但由于熔融焊料的导 热性专门好，轴周用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，而是轴旋转造成周国熔融焊料而的漩涡，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髙而加剧氧化：约占氧化渣量的10%左右。C、氧化渣 机械泵波蜂发生器中，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

5、动。这些漩涡和翻动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，堵塞泵腔 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呈:的 85%,是造成白费最大的。应用无铅焊料后将

6、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。这种氧化渣的形成与熔融焊料的流体流淌有关，流体的不稳固性及瀑布效应，可能造成 吸氧现象及熔融焊料的翻动，使氧化渣的形成过程变得更加复杂。另外，从工艺角度讲，阻 碍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、 便用助焊剂的类型、通过波好PCBA的数战及原始焊料的质墳等。三、氧化锡渣的结构通常我们所说的锡渣要紧是由氧化锡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形

7、而定）。锡渣中的氧化锡（即锡灰）通常是SnO2,灰色粉末状;密度为6.95克/立方厘米;熔点 1630°C：结构式：O：SnO：分子量:150.69 ；锡含量：70% - 96.5%不等。四、氧化渣减少的措施国内外学者和企业对波峰焊氧化渣减少措施进行了大量的研究，要紧有以下几方而：1、采纳氮气爱护氮气爱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：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。氮气爱护也会带来不足，要紧表现是增加了 PCBA表而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爱护成本。

8、2电磁泵的研究与使用1969年瑞士学者第一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第一推出了单相交流传导式电磁波U金焊 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：其技术要紧是去掉了 机械泵所有旋转的零部件（含电机）；不足之处：乳波峰打起的速度专门慢，耗电量大.b、同样存在流体的不稳固性及瀑布效应，由这几种现象形成的锡渣无法减少.c、且目前电磁泵的价格比较昂贵，远不如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，苴工作原理利用对装入氧化渣的滚筒加热到400°C以上并 进行压缩，分

9、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）被堆积在一用于淸除和循环利用的容器中。这种设备属离线分离处理，要紧利用的是物理分离法，已氧化的锡渣SnO2是不可能被 还原岀锡Sn的，我们看到所谓还原出来的锡，只只是是在打牢锡渣时混杂在英中的纯锡而 已：大多数焊料生产厂家都采纳加入P元素来改善苴抗氧化性能，而通过高温分离出来的合 金焊料中的抗氧化元素早已消耗完毕，内部金属含氧逐步增多而使焊料质量变差；因此这种 方法处理出来的焊料专门容易氧化：利用这种锡渣分离装置即行业中所说的锡渣还原机处理锡渣，需专人操作、耗电、占用 空间、噪音大，打捞、运输、储存、

10、还原过程复杂，增加治理成本。在还原率本身就不高的 情形下，减去设备占用空间的租金+储存空间的租金+职职员资+电费+设备投资等，还不如 直截了当与厂家兑换锡条！由于易造成二次污染，又要消耗电能，在电力供应本身就专门紧 张的情形下，使用此类设备的可行性也将遭到质疑！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TadashiTakemoto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。设备为可容纳15KG的小波U冷锡炉，试验温度为250C。通过实验得 到：氧化渣的重量随时刻线性增加；添加少量的Ge和P

11、可有效降低氧化渣的重量，苴中P 的加入可使氧化渣的重量降低到原先的50%左右。但抗氧化成效都会随时刻的延长、微量元 素的消耗而逐步失效。因此有了抗氧化还原剂的显现！锡渣还原剂(粉)的研究与应用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，微量元素专门快被消耗掉，焊料也就失去抗氧化的成效；流体的不稳固性及瀑 布效应，及熔融焊料的翻动造成的吸氧现象：氧化物按分配左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，种种缘故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，使产生的氧化锡渣赶忙被还原而无法堆积，

12、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，不阻碍生产场所的工作环境，不阻碍焊料的合金成分；b、反应后的残留物无粘性或不能飞散，不能污染PCBA的板而及现有生产设备(如 波峰焊等)；c、不易燃，无腐蚀性，不改变现有生产工艺，不阻碍现有设备的日常爱护与保养：d、用量少，还原率髙，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，要紧吸取各种杂质及氧化物，幸免熔融焊锡氧化及 散热缺失

13、。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蜂焊设备进行改进, 且反应后的残留物有粘性，冷却后变成坚硬的固体，对设备的日常爱护、保养带来一泄的不 便，甚至有客户反映炉壁被腐蚀穿孔现象。PKay金属Fein-Line合伙公司研制的熔融钎料表面活性剂，据称可降低焊料成本 40%-75%：不足之处是使用该还原剂是反应后的残留物有粘性，黏附在设备或PCBA上专 门难淸理，甚至有可能堵塞喷嘴，对设备的日常爱护、保养带来一上的不便，一旦不小心沾 到PCB板上专门难淸洗掉，将阻碍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。璽琦鑫华科技研发的ICHIMURA

14、 -JRO7锡渣抗氧化还原剂，属髙分子有机化合物，系 由多种表而活性剂、润湿剂、分散剂等经科学方法复配而成；该还原剂能够将包在氧化渣里 而的锡分离出来，也能够将氧化的锡(SnO2)还原成可利用的锡(Sn)：同时抗氧化还原剂 中的有效成分优先于Sn元素与氧元素02结合，明显减少熔融焊料内部的氧02含量，防 止熔融焊料进一步发生氧化，增强熔融焊料液而的流淌性，有效关心PCBA的焊接。英与氧化物的还原过程大致可视为：02+R=0xRx： PbOx + R = Pb + OR(l) ： SnOy + R = Sn+0R(2)式中：PbOx为铅氧化物，R为液体还原剂，Pb为还原铅，0R为氧化物，SnOy

15、为锡氧化物，Sn为还原锡。英优点要紧表现为：aPH值6-7为中性，不易燃，无腐蚀性，无粘性：b几乎无烟、无味，无卤素，不含任何重金属成分，符合ROHS：c优异的耐高温（燃点330°C以上）和耐挥发性能（几乎可不能挥发）d可不能改变焊料的有效成分；不污染PCBA,不用担忧堵塞喷嘴或叶轮；c用量少，还原率高，达90%以上，有效提高产品品质及焊料的利用率：f减少熔融焊料中氧的含量，增强焊料的流淌性和润湿性，有效关心PCBA的焊接；g无需改装设备和添加人员，可在线操作，直截了当加入锡缸，减少锡渣打捞的疑及次数; h反应后的残留物为泥状物，无粘性，易碎，可溶于水，有利于设备的日常爱护与保养；

16、卜反应后的残留物可水解或通过生物降解：真正从环保的角度为企业节能、降耗。ii产品通过SGS、MSDS、SIR、STIR、切片等的测试与认证，真正属于环保节能产品。在ICHIMURA -JR07锡渣抗氧化还原剂的再生处理工艺中，成功地采纳了液体覆盖 化学豊换反应还原法。这种还原剂为无毒的有机类材料，是可生物降解的物质，英本身和氧 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，由于温度操纵在 280C以下相对较低范畴，远低于（锡渣还原机的温度）400°C以上铅烟产生的温度；另一方 而，液体还原剂的表而覆盖也有效地抑制铅烟的逸出：不仅有效地还原了焊渣中的铅锡氧化 物，而且也

17、有效地幸免了残余物和铅烟对环境的污染。该产品水溶性的特性决左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。预备工作 客户状况 设备状况 产品状况 锡而液位ICHIMURA-JR07锡渣抗氧化还原剂的评估方法:是指打算导入评估的客户名称或地址:是指打算进行导入评估的设备型号、线别:是指正在该设备上生产的产品名称、型号:是指波峰在完全静止状态下所量出来的参数5单板上锡量:是指单片板子在过炉后与过炉前的重量差6单板耗锡屋:是指单片板子实际所消耗掉的焊锡量，即为单板上锡量与生产此片板子时所产生的锡渣量之和；7锡渣产生量:是指使用还原剂前后的打捞锡渣的数量：8锡渣兑换率:是指用锡渣在与焊

18、锡供应商兑换锡条时的比率，如出售锡渣，则可将锡渣 岀售价与锡条购宜价运算出比率=锡渣岀售价三锡条购置价；9锡渣产生率:是指冋等锡而液位下捞起的锡渣量与投放锡条量的比率=锡渣量三锡条投放量:10锡条利用率:是指单板上锡量与锡条投放量的比率二单板上锡量宁锡条投放量，原则上是锡渣产生率+锡条利用率=100%：11还原剂还原率:即为使用还原剂后的锡渣产生率；12测试时刻:即为从开始测试评估到日期到终止测试评估日期:数据收集EI 期班次添加还原剂淸理残渣添加锡条生产状况产品 规格操作 员确认备注时刻数时刻数时数时数量刻量刻量早 班中 班晚 班早 班中 班晚 班数据统计锡面液位锡条添加量锡渣产生量锡渣兑

19、换率锡渣产 生率锡条利 用率评估前ABCDEF评估后A，B，四、以锡渣的方式运算下而以100KG锡渣为类运算：按照通常换锡的处理方法（70%的兑换率）：换回锡条：100KGX 70%=70KG浪 费：100KG-70KG二30KG （锡灰）换回锡条的利用率为80%： 70KGX80%=56KG换回的锡条白费：70KG-56KG二14KG总共白费：30+14=44KG用ICHIMURA-JR07系列锡渣抗氧化还原剂处理：锡灰的锡含量按90%：44KGX90%=39. 6KG还原剂的还原率90%：39. 6KGX90V35. 64KG锡价以 100 元/KG 算：35. 64KGX 100 元二3

20、564 元30KG锡灰消耗还原剂约1KG,还原剂的单价1200元/KG则每100KG锡渣节约：3564-1200=2364元若每台炉每月产生300KG锡渣，则每台炉每月可节约：2364X3=7092元生产线越多，锡价越贵（例如无铅SnAg3CuO. 5约300元/KG ）,则节约的就越多!五、以添加锡棒的方式运算连续跟踪一周，确认使用JR07还原剂前后炉膛内的锡位为一致：假设使用JR07还原 剂前后所生产的PCBA为同一型号（即上锡量一致）：还原剂前单板耗锡量（1）=锡条添加量B-（锡渣产生MCX锡渣兑换率D） /周PCBA 生产数疑：还原剂后单板耗锡量（2）=锡条添加量/周PCBA生产数量（

21、涓出的残留物视为无价 值）：还原剂成本（3）=添加还原剂的数量X还原剂单价；周PCBA的生产数量（4）;则单台波峰炉一周所节约的费用=还原剂前单板耗锡量（1八还原剂后单板耗锡量（2） X周PCBA的生产数量（4） X锡条单价-还原剂成本（3）.ICHIMURA -JR07锡渣抗氧化还原剂的使用方法：一、步骤如下a. 在方便操作的锡炉一端用作一还原区。还原区的而积为长度即锡炉的宽度，宽度为 2O-3OCM 左右。b. 在波峰正常开启熔锡状态下，淸理锡渣，锡而留约2-3KG锡渣。c. 将JR07倒入预留于焊锡液而的锡渣上搅拌平均，首次添加量一样约150-200G.之 后一样每4小时加一次，每次JR

22、07的添加量一样约5O-15OG。JR07在锡面形成糊状 防氧化物并连续还原新产生的锡渣，有效时刻达46小时。d. 每次添加JR07之前，必需将JR07与锡渣所形成的残留物轻轻搅拌成稀泥状，然后 淸理掉上层不含锡的稀泥状物质。再将锡炉其它位置的锡渣淸理到还原区，将JR07 按第三步的方法倒入锡渣中搅拌平均，约四小时后重复此过程与动作。如锡渣突然增 多，则视实际情形适当增加JR07的添加量或缩短添加时刻。c. 现在如不连续生产（即波峰长期不打起时），则无需添加JR07。待需生产时（即打 开波唸时）再将JR07按第三步的方法倒入锡渣中搅拌平均，四小时后重复此过程与 动作。f. 过程中视产品和锡炉大小或锡渣产生量的多少，加入JR07数量也酌