大锡炉锡渣产生原理及减少锡渣的方法

大錫爐產生錫渣的原理及減少錫渣的方法Siyong2009/5/11初稿大錫爐產生錫渣的原理錫渣：為液態焊錫與空氣中的氧氣反應所生成的金屬氧化物和在過板時助焊劑中的松香及清潔時生成的松香酸銅浮於液態焊錫外表以及各個原料物質的微量元素所組成的混合物。現在分別闡述錫渣中各物質的具體來歷：錫渣中金屬氧化物的來歷：目前，廠內大錫爐使用之焊錫有2種：SAC305＆SC07，使用之焊錫，金屬成份為：錫，銀，銅。由元素活動順序表可知：錫排在H之前，在常溫度下即可同空氣中的氧氣反應微弱，生成對應的金屬氧化物，在液態下其氧化速度更快：錫＋氧氣→氧化錫〔黑色〕〔常溫下微弱氧化及液態下急快速氧化〕銅雖排在H之後，其常溫下很難與氧氣反應或是在某一條件下反應緩慢，但銅在液態下也能進行氧化：銅＋氧氣→氧化銅〔黑色〕〔常溫下非常緩慢及液態下緩慢進行〕銀雖比銅更難氧化，但它與空氣中的硫元素能發生反應，生成硫化銀：銀＋硫元素→硫化銀〔黑色〕〔在有硫元素存在的環境中—空氣中含有硫元素〕〔常溫下非常緩慢及液態下緩慢進行〕錫渣中松香的來歷：助焊劑錫渣中松香酸銅的來歷助焊劑在過預熱時，低沸點的溶劑〔醇類〕被蒸發掉，由呈粘狀的松香膜繼續包裹pcb外表形成活性劑的載體和保護膜，當溫度＞70度後松香酸被釋放出來，活性物質逐漸趨於活化溫度，進行pcbpad的清潔〔除渣滓及氧化物〕，於此生成松香酸銅，過錫波時，局部松香酸銅被錫波帶走，成為錫渣的一局部。其它渣滓：所有的物質都是不純的，其或多或少參有別的渣滓，此渣滓也稱微量元素。以上敘述了錫渣中各物質的來歷，但我們必須清晰地知道：在沒有助焊劑參與的情況下，錫渣為金屬氧化物，也就是說在沒有過板的情況下，錫渣為金屬氧化物；在助焊劑參與的情況下，主要為松香，松香酸銅和金屬氧化物。下面接合錫槽的結構來談談錫渣各成份產生的區域。錫槽從上往下看〔此方法看到的圖稱為下視圖〕，圖形簡化如下：錫槽結構中產生錫渣的地方主要有2個，一為錫波馬達處，二為錫槽噴口處。在靜態時，液態焊錫外表會被氧化生成一層灰色的薄膜，此薄膜會大力減緩空氣中的氧氣進一步氧化焊錫，所以焊錫在靜態時，只會生成一層灰色的氧化物薄膜。在動態時，也就是在錫波馬達的轉棒局部置於錫波中，當馬達轉動時，因轉棒不夠光滑，轉棒會給與接觸它的焊錫外力，就會帶動其周邊的錫波轉動，並且離轉棒越近，錫波轉動越快，因錫波的轉動會導致氧化薄膜被撕裂，在撕裂處的焊錫會迅速的氧化，如此下去，氧化物不斷的生成，錫渣就越來越多。產生錫渣很多的另外一個地方就是噴口。當馬達轉動時，其泵就會抽取液態焊錫並在噴口處噴出。在不過板時，噴出的焊錫會在其外表生成一層金屬氧化物，焊錫回流到錫槽中時，因金屬氧化物不與焊錫相容且密度比焊錫小，錫渣就會漂浮在液態焊錫上，形成錫渣，因焊錫不斷往外流，氧化物不端的生成又不斷地漂浮在固定的局部區域，形成錫渣堆積；當過板時，助焊劑(松香及松香酸銅)會保護焊錫，形成保護膜，此保護膜隨錫波的流動會進入到錫槽中，又因為松香與松香酸銅不溶於焊錫且密度比焊錫小，它們就會漂浮在焊錫上，形成錫渣，隨著過板的進行，此局部錫渣也會不斷的堆積。錫槽噴口馬達錫槽噴口馬達錫渣產生處錫渣產生處錫渣產生處錫渣產生處結論：焊錫在靜態下會產生一層灰色的氧化物，此氧化物能起保護作用，阻止焊錫進一步被氧化；當焊錫有相對移動時〔相對錫槽本體〕，焊錫會不斷地生成氧化物薄膜，並不斷地堆積。焊錫同空氣接觸就會產生錫渣，當焊錫與錫槽有相對移動時錫渣就會不斷的產生。二.減少錫渣的方法：由前面錫渣產生的原理可以知道，在靜態下所生成的那層灰色的氧化物保護膜無論從本钱方便及使用性來看都沒有必要用方法進行處理。下面將討論如何減少馬達處和噴口處的錫渣。減少馬達處的錫渣的理論方法：因馬達必須運轉才能滿足噴錫完成焊接，所以馬達處的焊錫必定存在相對移動〔馬達轉棒不夠光滑，當足夠光滑時，馬達棒轉動就不會待動錫波轉動〕，也就必定存在產生錫渣的風險；同時由錫渣產生的原理可知道，有液態的焊錫和氧氣就會產生錫渣，液態的焊錫是完成焊錫的必備條碼，所以不可或缺，固要想減少此處的錫渣就是減少有相對運動的焊錫同氧氣的接觸面積。為了推導出錫波馬達處的錫渣量與哪些因數有關，現做如下設定：1〕.錫波馬達的轉棒半徑為R；2〕.錫波轉速為N；3〕.因錫波外表張力導致焊錫下陷最外點與轉棒的距離為L2；4〕.被馬達帶動的錫波最外點與因錫波外表張力導致焊錫下陷最外點的距離為L1；5〕.距離馬達最近點錫渣產生量為H；6〕.一個截面的錫渣量為M1。於是有：H＝K1*N，L1＝K2*N，其中K1＆K2為系數根據以上設定，繪制簡圖如下：由圖可知：圖中紅色區域的面積為截面所產生的錫渣量M1於是不難得出：M1＝2*其中，K3為系數，L2取決於焊錫自身，L1取決於轉速N，那麼整個區域得錫渣量M可表達成如下等式：M＝＝〔2*〕dθ其中k＝π因此處只找關係式，由以上可有：M＝K4*N2＋K5*〔R＋L2〕*N＋K6*R*L2＋K7*L22其中K4，K5，K6，K7為系數，L2是焊錫自身的特性，不會改善，R為馬達轉棒半徑，N為馬達轉速。於是得到相關結論：1〕.在空氣和轉棒處的焊錫接觸的情況下〔轉棒不夠光滑〕：錫渣量M＝M＝K4*N2＋K5*〔R＋L2〕*N＋K6*R*L2＋K7*L22此情況下要想減少錫渣，可以通過減小馬達轉棒的半徑和減小馬達轉速來實現。2〕在空氣和轉棒處的焊錫不接觸的情況下〔轉棒不夠光滑〕設定馬達轉棒直徑為D，轉速為N，產生的錫渣為M，因沒有氧氣的參與，不存在氧化的情況有：M≒03〕在空氣和轉棒處的焊錫不接觸和接觸的情況下〔轉棒足夠光滑〕當轉棒足夠光滑時，轉棒在旋轉時就不會給焊錫力，焊錫就不會轉動，此時有：M≒0將上面的理論方法整理成表，如下可得可行性方案：2.減少噴口處的錫渣的理論方法：錫波打開後，錫波從噴口的前後擋板流出，設定以錫波前後流出的地方為分水嶺，從分水嶺到錫槽液面來看，前擋板錫波液面與空氣的接觸面積為A，後擋板錫波液面與空氣接觸的面積為B，馬達轉速為N，在焊錫液面高度固定的情況下，馬達轉速越快，錫波高度越高，其接觸面積A和B越大，同時因錫波高度越高，錫波下流的速度越快，產生錫渣的速率越快，那麼其產生的錫渣量M有如下等式：M＝η*〔A＋B〕*N〔η為系數〕同時：〔A＋B〕αN〔α：相關於符號，表示A＋B與N相關〕上面等式說明，錫波轉速越大，錫渣產生就多，同時錫波與空氣接觸面積越大錫渣也越多。所以要想減少錫波噴口處的錫渣，方法如下：1〕.減小馬達轉速N；減小了接觸面積和焊錫氧化速率；2〕.減少空氣同錫波的接觸液面〔A＋B〕值得一提的是，在清潔錫槽噴口時，除了清潔噴口頂部外，還要清潔側面，要求在錫波流動時側面流動的錫波沒有紋波。同時錫波液面也要很好的管控，最理想的情況是讓自動加錫功能發揮作用。結論：在不增加本钱的情況下現行減少錫渣的