CN101886182A - 一种可净化熔锡焲的合成化学粉末及其应用治具与使用方法 - Google Patents

Abstract

一种可净化熔锡焲的合成化学粉末及其应用治具与使用方法，其中，将所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末倒入达到生产温度(230℃-275℃)的一波峰锡炉的熔锡焲面后，可熔解成一活性化合物净化焲，在熔锡焲面上即时随线(Real-time，In-line)形成一个活性化合物净化焲的焲面，可持续吸收及包覆悬浮于熔锡焲面各项杂质，以防止熔锡焲面的不熔锡(Dross)产生，并可有效使氧化锡的损耗降低，进而可将各种形态的焊点用锡量有效减低，在相同产品相同生产量的条件下，其用锡量节省可达到65％-80％。

Description

一种可净化熔锡焲的合成化学粉末及其应用治具与使用方法

技术领域

一种可净化熔锡焲的合成化学粉末及其应用治具与使用方法，用以净化一波峰锡炉的熔锡焲，本发明尤指一种添加于熔锡焲面上以后，具有在熔锡焲面上可即时随线(Real-time，In-line)形成一个活性化合物净化焲的焲面，并持续分离锡渣(氧化锡或不熔锡，Oxide solder or Dross)中的锡与杂质并立即将分离的各项杂质吸收包覆的可净化熔锡焲的合成化学粉末。

背景技术

熔锡焲焊接方法及设备，应用于印刷电路板(PCB)、电子零组件、印刷电路板组装(PCBA)等生产技术与工业领域，此种技术于第二次世界大战前就已受到运用，二战后更因相关科学与技术的蓬勃发展，进而全面广泛的应用于全球军事及民生电子工业。迄今，相关技术与设备经过不断演变、改善创新，以适应印刷电路板线路布局、零组件微型化，及提升信赖度及电路功能复杂化的需求，而波峰沾锡及其焊接技术应用于稳定品质、大量生产印刷电路板组装与电子零组件焊接更显得重要；所述的波峰沾锡设备历史已超过三十年以上，制造代表厂商如：美国Electrovert、日本春田Tamuna、日本Koki、日本Yoshida、台湾超钺电子、台湾日椿电机、德国Vitronics Soltec、加拿大Cofin、新加坡CEM、荷兰Harris等公司；同时，为降低与改善波峰锡炉工作时产生的锡渣(氧化锡、不熔锡、Oxidesolder&Dross)、对焊锡用量的损耗与焊接品质不良的负面影响，相关厂商也相应推出“抗氧化或还原粉末”或同性质的溶液，将这些化学品与从熔锡焲面捞出的锡渣进行混合，进而分离锡渣中的杂质与熔锡，以便于回收熔锡；另一种实施的方式，则是将这些化学品直接倒入熔锡焲面，直接分离锡渣中的杂质与熔锡，此类型的抗氧化或还原粉末与溶液的代表制造厂商如下：美国Alfa Metals、日本Tamuna、荷兰Kester、美国Qualitech、新加坡PMI等公司。

然而，现有的抗氧化或还原粉末与溶液的配方，在实务上应用时，对锡渣(氧化锡、不熔锡)中杂质与熔锡的分离回收率并不高，其一般的省锡量约只有22％-42％，因此，所产生的经济效益较低，故未能普遍应用于波峰锡炉量产生产线中，绝大部分的使用者，都采用直接将锡渣卖回给锡供应商，以锡渣重量约60％原锡价格由锡供应商回收，极少部分使用者则采用锡料回收再使用***(Solder recovery system，SRS)对锡渣(氧化锡、不熔锡)中杂质与熔锡进行回收，其锡量回收率约可提高到约45％，但SRS设备价格与操作使用零组件耗材费用加入成本计算后，则回收金额会远低于直接将锡渣卖回给锡供应商。

请参阅图1，图中所示为一现有锡炉的运行示意图，如图所示，当一锡炉10于常态运行时，杂质20会逐渐形成，而所述的杂质20包括锡渣及不熔锡层(Oxide solder&Dross Layer)，常态锡炉10运行时，杂质20只会浮在熔锡焲30的焲面301，因为比重与质量较低的杂质20，以自由基分子的方式悬浮在熔锡焲30的焲面301，由于这些杂质20分子含有大量的氧化锡、锡粉等，所以与熔锡焲30有相互的亲和性，而缘于此亲和性，进而转化成熔锡分子间的假性或临时架桥键(False or TemporaryCatalist)，这样的转化形成的新合成分子一般就称为锡渣及不熔锡(Oxidesolder&Dross)，即所述的杂质20；如上，所述的杂质20生成的原因主要包括：

(1)熔锡焲30氧化后产生的锡灰；

(2)原熔锡焲30内含有的杂质，例如：矾土；

(3)因温差所产生的氧化金属；

(4)助焊剂形成的残渣；

(5)印刷电路板的沾锡面带有的杂质；

(6)熔锡焲30流动时因摩擦产生的碳粉等。

如上，若锡炉10以全新锡料熔解成熔锡焲30，第一个小时内，杂质20产生的现象很轻微，然而，实务上的实验也证实，杂质20产生的速度和效率，与熔锡焲30内含杂质量成正比，因此，若锡熔焲30的杂质含量过高，在锡炉10运行至第二个小时后，杂质20(锡渣及不熔锡层)的厚度几乎成等比例增长，所以波峰锡炉的用户均要求维护人员每两个小时必须捞出杂质20(锡渣及不熔锡)一次。

又，一般而言，锡渣中的锡含量平均约占总重量的95％，但锡供应商回收计价则只有60％的价值，如此，即造成用户额外锡耗用损失约35％；又，锡炉10运行时所产生的锡渣及不熔锡层为一层硬化层，此硬化层经常造成PCB台车及产品撞伤，另外由于熔锡焲30内含杂质量若过高，则会连带导致润滑度(Lubrication scale)降低、粗糙度(Roughness scale)升高、及黏稠度(Viscosity scale)升高等问题，而这种杂质含量高的熔锡焲的可焊性较差；请进一步搭配参阅图2，图中所示为现有锡炉焊接产品焊点表面放大五百倍后的分子晶相排列照像图，如图所示，由于熔锡焲30的杂质含量过高时，会造成焊点表面粗糙，这样的金属表面及内层可焊性均较差，会导致焊接后产生假焊、空焊、不完整焊、导脚桥接、锡尖、冰柱等焊接不良的情况，也使得波峰沾锡用于PCBA关键制程的成本也因而增加；为了改善这个现象，大部份工程技术人员只能不断提高生产锡温，但不断提高生产锡温的结果，则是会造成零件及PCB等材料产生立即性的损伤，如此，即降低了产品整体的信赖度，甚或可能造成不良品退货及衍生赔偿费用。

发明内容

有鉴于上述的问题，本发明者依据多年来从事相关行业的经验，针对锡渣产生、回收过程进行相关的研究及分析，以期能找出更为适切的解决方案；因此，本发明主要的目的在于提供一种可节约用锡量、降低焊接温度及提升焊接品质的可信赖度，进而提升产品焊接良率的可净化熔锡焲的合成化学粉末及其应用治具与使用方法。

为达上述的目的，本发明者将数种化合物质混合后，制成一种可净化熔锡焲的合成化学粉末，所述可净化熔锡焲的合成化学粉末，其组成包括的化学物质有：碳酸氢铵、氯化铵、硼酸、氯化钙、氯酸钙、水合纤维素、尿素、泻利盐、己二酸、氧化镁、偏硼酸、溴化钾、钾铝矾、糖精、柳酸、二氟化银、醋酸钠、碳酸钠、氯化钠、碳酸氢钠、硝酸钠、硝基苯磺酸钠、氯化锌及硫化锌。

其中供该可净化熔锡焲的合成化学粉末反应的该锡炉，装置有一个单喷锡口或一个双喷锡口的任一种。

所述可净化熔锡焲的合成化学粉末的使用方法为，将可净化熔锡焲的合成化学粉末添加于熔锡焲后，在熔锡焲面上可即时随线(Real-time，In-line)形成一个活性化合物净化焲的焲面，并可持续分离锡渣(氧化锡或不熔锡，Oxide solder or Dross)中的锡与杂质并立即将分离的各项杂质吸收包覆，以达到净化熔锡焲的功效，进而提升锡的回收率。

为使本发明的组成，其实施后的功效及使用方法能被进一步的了解，特配合附图进行以下说明，请参阅。

附图说明

图1，为一现有锡炉的运行示意图。

图2，为现有锡炉焊接产品焊点表面放大五百倍后的分子晶相排列照像图。

图3，为本发明的化学物质的组成列表图。

图4，为本发明的实施过程的初期示意图。

图5，为本发明实施过程的成熟期示意图。

图6，为应用本发明后的锡焲焊接产品焊点表面放大500倍的分子晶相排列照像图。

图7，为现有锡炉运行时的焊点平均厚度示意图。

图8，为应用本发明后的焊点平均厚度示意图。

主要元件符号说明：

10锡炉             20杂质       30熔锡焲       301焲面

40波峰锡炉         401喷锡口    402隔离框      403泵

404上空长方形管    50熔锡焲     501熔锡焲面    502杂质

60可净化熔锡焲的化学粉末

具体实施方式

常态锡炉运行时，只有在波峰锡炉工作制造产品时，才会使杂质产生而且逐渐累积增加，而由于所述的杂质包含：氧化锡(锡灰)、各类金属氧化物、助焊剂残渣、PCB沾锡面的各类杂质、以及熔锡焲因循环流动时的摩擦而产生的碳粉等，因此可以将这些杂质归类为“熔锡焲品质恶化主因”，而且这些杂质在波峰锡炉工作制造产品时会一直增加，甚至在波峰锡炉工作一个小时以后会呈几何倍数增长，因此，最根本的解决方式，即是使杂质被迅速且有效的包覆，且此过程必需是持续不问断。

本发明所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末及其应用治具与使用方法，其中，所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末(简称AOP-22S)，具有将锡渣内杂质与熔锡分离的功效，同时并具有可持续将被分离的杂质迅速包覆的能力，其至少由下列表中所示的数项化学物质混合而成，其名称及重量比例如图3中所示，其为本发明的化学物质的组成列表图，请参阅图中所示，本发明所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末的组成成份主要包括：碳酸氢铵Ammonium Bicarbonate、氯化铵Ammonium Chloride、硼酸BoricAcid、氯化钙Calcium(II)Chloride、氯酸钙Calcium Dichlorate、水合纤维素Cellulose Hydride、尿素Diaminomethanal、泻利盐Epsomite、己二酸Hexanedioic Acid、氧化镁Magnesium Oxide、偏硼酸OxoborinicAcid、溴化钾Potassium Bromide、钾铝矾Potassium Aluminium Sulfate、糖精Saccharin、柳酸Salicylic Acid、二氟化银Silver(II)Fluoride、醋酸钠Sodium Acetate、碳酸钠Sodium Carbonate、氯化钠SodiumChloride、碳酸氢钠Sodium Hydrogen Carbonate、硝酸钠Sodium Nitrate、硝基苯磺酸钠Sodium Nitrobenzene Sulfonate、氯化锌Zinc Chloride、硫化锌Zinc Sulfide等；如上所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末，在气密包装袋内及室温条件下呈松软粉末状态，当将此粉末倒在达到生产温度(230℃-275℃)的熔锡焲面上后，此粉末即会熔解成焲态，并在熔锡焲面上形成一层净化合成化学物质焲面，该净化合成化学焲(以下简称：净化焲)具有的物理特性如下：

(1)S.G比重＜3，(9＞熔锡焲比重＞7，因此净化焲可维持漂浮于熔锡焲面上不会下沉)；

(2)pH值介于3.5-5.5；

(3)焲态粘稠度(Liquid form Viscosity)＜2000spi；

(4)在生产温度(230℃-275℃)的熔锡焲面上不冒烟；

(5)无气味；

(6)不蒸发也不挥发；

(7)可完全分离锡渣及不熔锡中的杂质与熔锡，并可立即将杂质持续性的包覆；

(8)完全溶于水，因此从熔锡焲面上捞出的吸收包覆杂质饱和的净化焲形成泥状，可在泡水后完全再分离；

(9)完全不含管制物质，符合至公元2009年为止的国际环保(RoHS，PFOS，REACH)的最新规范；

(10)熔锡焲面上净化焲层本身隔热系数所得稳定温差＞15℃，因此具备阻隔熔锡焲热量流失与阻隔空气接触熔锡焲面造成氧化金属的机会。

如上，当将本发明所述的可净化熔锡焲的化学剂倒在熔锡焲面上后，其即会熔解成焲态，而此可净化熔锡焲的化学剂会形成净化焲(以下简称：净化焲)，其因具备高分子、弱酸、低比重、低粘度及高效率分离杂质与包覆杂质特殊合成分子，因此能迅速完全分离锡渣、以及不熔锡中的所有杂质与熔锡，并可立即将杂质持续性的包覆，又由于本发明的组成多数为高分子物质，因此有能力吸收数倍体积的杂质，故具有持续耐久反应的特性。

请搭配参阅图4，图中所示为本发明的实施过程的初期示意图，如图所示，将一波峰锡炉40的喷锡口401的四周，用一隔离框402围住后，并使隔离框402没入熔锡焲50的熔锡焲面501约5mm-150mm深度，又，所述的喷锡口401可为一单喷锡口或一双喷锡口的任一种；将本发明所述的可净化熔锡焲的化学粉末60投入波峰锡炉40后，其即与生产温度达230℃-275℃的熔锡焲50接触，熔解之后的可净化熔锡焲的化学粉末60即形成一净化焲601，所述的净化焲601此时被阻隔在隔离框402及喷锡口401的熔锡焲面501外，以防止净化焲601存在于喷锡口401的隔离框402内的熔锡焲面501上，可防止喷锡口401流出的锡焲直接冲击及接触净化焲601，并将部份净化焲601导引入锡流而进入一泵403后，再由喷锡口401流出，而波峰锡炉40的喷锡口401向下冲击的锡流，则会将杂质502带出隔离框402外，然后浮升到熔锡焲面501上被净化焲601包覆，此时，杂质502(锡渣及不熔锡层)则会迅速被净化焲601取代。

再请参照图中所示，将波峰锡炉40的喷锡口401流下的熔锡焲50，以一上空长方形管404承接后，再导引熔锡焲50由两侧出口，将承接锡焲从锡焲面下5mm-150mm的深度流向波峰锡炉40中，防止熔锡焲50直接向下冲击并接触到净化焲601，并将部份净化焲601导引入锡流，进入泵403后，再由喷锡口401流出，而由波峰锡炉40的喷锡口401向下冲击的锡流，会将杂质502带出至上空长方形管404外，然后浮升到熔锡焲面501上，被净化焲601包覆，此时，净化焲601发挥作用，杂质502(锡渣及不熔锡层)，被净化焲601迅速取代。

请参阅图5，图中所示为本发明实施过程的成熟期示意图，如图所示，将波峰锡炉40的喷锡口401四周用隔离框402围住，并没入锡焲面501约5mm-150mm的深度，使本发明与生产温度达230℃-275℃熔锡焲50接触后，熔解成净化焲601，并被阻隔在隔离框402及喷锡口401的熔锡焲面501外，防止净化焲601存在于喷锡口401的隔离框402内的熔锡焲面501上，防止喷锡口401流出的熔锡焲50直接冲击及接触净化焲601，并将部份净化焲601导引入锡流进入泵403，再由喷锡口401流出，而波峰锡炉40的喷锡口401向下冲击的锡流，则会将杂质502带出隔离框402外，然后浮升到熔锡焲面501上被净化焲601包覆，当本发明主要功能发挥作用达到成熟期后，其作用过程原理即如本图中所示，当净化焲601发挥作用达到成熟期后，熔锡焲50达到超纯净、高可焊性及低生产温度状态，总用锡量可节约65％-80％。

又，如图5所示，将波峰锡炉40的喷锡口401流下的熔锡焲，以上空长方形管404承接后，再导引熔锡焲50由两侧出口流出，由熔锡焲面501下约5-150mm的深度流向波峰锡炉40中，防止熔锡焲50直接向下冲击并接触到所述净化焲601(AOP-22S)，并将部份净化焲601导引入锡流，使净化焲601进入泵403后，再由喷锡口401流出，而喷锡口401向下冲击的锡流，则会将杂质502带出上空长方形管404外，然后浮升到熔锡焲面501上被净化焲601包覆，当本发明所称的净化焲601的功能发挥达到成熟期后，熔锡焲50即可达到超纯净，高可焊性及低生产温度状态，总用锡量可节约65-80％。

请参阅图6，图中所示为应用本发明后的锡焲焊接产品焊点表面放大500倍的分子晶相排列照像图，如图所示，当本发明所称的可净化熔锡焲的化学剂熔解成焲态的净化焲，且其发挥作用达到成熟期后，可使熔锡焲达到超纯净、高可焊性及低生产温度的状态，目视熔锡焲由喷锡口流出的外观，将耀眼如同镜面，而焊点外观，则如本图中所示，其分子晶相排列(Molecule Crystal Phase Array)呈现完美的直线，代表熔锡焲具有绝佳的可焊性(Perfect Solder-Ability)；请搭配参照图7，图中所示为现有锡炉运行时的焊点平均厚度示意图，如图，现有的锡炉运行时，SAC305Alloy焊点平均厚度约(265℃)2839uInch-(230℃)3405uInch之间；再请搭配参照图8，图中所示为应用本发明后的焊点平均厚度示意图，如图所示，经应用本发明后所产生的净化焲，当其作用至成熟期时，SAC305 Alloy焊点平均厚度约为(265℃)1228-(230℃)1287uInch，此足以佐证应用本发明后，可使得不熔锡(Dross)完全不产生，而氧化锡的损耗最低0.05％，并且额外将各种形态的焊点用锡量有效减低25-55％，而在相同产品相同生产量的条件下总用锡量可节约65-80％。

如上所述，本发明所称的可净化熔锡焲经熔解成焲态的净化焲后，能迅速完全分离锡渣及不熔锡中的所有杂质与熔锡，并可立即将杂质持续性的包覆不放，当净化焲吸收包覆杂质达到饱和程度时，再将饱和净化焲捞出后，重新加入可净化熔锡焲的化学剂，以再熔解成焲态的新鲜净化焲，保持净化熔锡焲的功效。

综上所述，本发明其据以实施后，确实可以达到提供一种可节约用锡量、降低焊接温度及提升焊接品质的可信赖度，进而提升产品焊接良率的可净化熔锡焲的化学剂的目的。

Claims (13)

1.一种可净化熔锡焲的合成化学粉末，其特征在于，所述可净化熔锡焲的合成化学粉末可供加入一锡炉内的熔锡焲的焲面，经熔解后，具有净化该熔锡焲的功效，进而提升锡的回收率，其组成包括的化学物质有：碳酸氢铵、氯化铵、硼酸、氯化钙、氯酸钙、水合纤维素、尿素、泻利盐、己二酸、氧化镁、偏硼酸、溴化钾、钾铝矾、糖精、柳酸、二氟化银、醋酸钠、碳酸钠、氯化钠、碳酸氢钠、硝酸钠、硝基苯磺酸钠、氯化锌及硫化锌。

2.如权利要求1所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末，其特征在于，该可净化熔锡焲的合成化学粉末的各组成物质呈粉末状。

3.如权利要求1所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末，其特征在于，该可净化熔锡焲的合成化学粉末的该各组成物质的重量所占比重，为混合后的0.01ppb-98％。

4.如权利要求1所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末，其特征在于，该可净化熔锡焲的合成化学粉末的各化学物质经混合后，可存在于气密包装袋内，于室温状态下，呈粉末状态。

5.如权利要求1所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末，其特征在于，供该可净化熔锡焲的合成化学粉末反应的该锡炉，装置有一个单喷锡口或一个双喷锡口的任一种。

6.如权利要求5所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末，其特征在于，该锡炉的该喷锡口四周，组设有隔离框。

7.如权利要求5所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末，其特征在于，由该喷锡口流下的该熔锡焲，以一个上空长方形管承接后，再导引该熔锡焲由成型于该上空长方形管两侧的出口流出且从锡焲面5-150mm的深度流向该锡炉中。

8.一种可净化熔锡焲的合成化学粉末的使用方法，可供净化一锡炉内的熔锡焲，进而提升锡的回收率，其特征在于包括：使该可净化熔锡焲的合成化学粉末投入该锡炉后，在熔锡焲面上可即时随线形成一个活性化合物的净化焲的焲面，该净化焲的焲面可持续吸收及包覆悬浮于该熔锡焲面的各项杂质。

9.如权利要求8所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末的使用方法，其特征在于，应用该使用方法所产生的该净化焲的焲面厚度为1-15mm。

10.如权利要求8所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末的使用方法，其特征在于，应用该使用方法所产生的该净化焲的焲面厚度为一个分子。

11.如权利要求8所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末的使用方法，其特征在于，当该可净化熔锡焲的合成化学粉末进行反应后，该净化焲吸收杂质的情况会逐渐呈饱合状态，当到达该饱和状态后应将饱和的净化焲捞除，并再倒入新的该可净化熔锡焲的合成化学粉末，以便经熔解后形成新鲜净化焲。

12.如权利要求8所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末的使用方法，其特征在于，当该可净化熔锡焲的合成化学粉末接触到该熔锡焲并达到生产温度的条件下，该可净化熔锡焲的化学粉末可熔解成熔焲状态。

13.如权利要求8所述的可净化熔锡焲的合成化学粉末的使用方法，其特征在于，该生产温度为该锡炉内熔锡焲的温度，该生产温度维持在230℃-275℃。

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