氮气在SMT行业的应用
氮气在SMT技术的应用
氮气在SMT技术的应用
氮气在SMT焊接中的主要作用包括：氮保护层、屏蔽波峰、回流焊等。
无铅焊要求的温度很高，在200度以上时，焊料会加速氧化，为了提高无铅焊点焊接质量，以及焊点表面不被氧化，需要采用惰性气体保护。
氮气由于制造成本低，容易获取，成为一种合适的保护气。
回流焊中的氮气在惰性气体应用于波峰焊接制程之前，氮气就一直用于回流焊接中。
在回流焊接中使用氮气有以下优点：端子和焊盘的湿润较快；可焊性变化少；改善了助焊剂残留物和焊点表面的外观；快速冷却而没有铜氧化。
高纯氮气在冶金、电子行业中的应用
退火 ， 渗碳 、 碳氮共渗 、软氮化及复碳等工艺都可
以采用氮基气气氛来完成 ， 所处理的金属零件在质
量上可与传统 的吸热式气氛处理相媲美 。 高纯氮气 是一种中性气体 ， 在非活化状态下 ， 高纯氮气可用 作保护加热 ，防止钢、铁 、铜 、铝制品的氧化 、脱
催化氧化器是连续工作 的， 两个脱氧干燥吸附 器交替工作和再生 ，由可编程序控 制器 自动控制 ，
再生气 由产 品气引出一部分 ， 加入适量 的高纯氢气
而成 ，再生尾气放空到室外 。 度Ｄ∞锄∞即∞加 温 ｏ ４ ３ ３ ２己 Ｈ ０
形势对高纯材料 和高纯试剂提 出了更高要 求。 对高纯气体而言 。 要 求具有高稳定性。 本文初步介绍 了高纯 氮气在 冶金 、
电子行业的 应用 ， 详 细阐述 了高纯氮气纯化 工艺技术 。
关键词：高纯氮气 ； 催 化氧化 ； 脱 氧干燥
１ 高纯 氮气在 冶金行 业的应用
随着我 国冶金行业 的发展 ， 国家对工业产品质 量要求 的提高 ， 人们 日益感到控制气氛热处理落后 状况的影响 ， 迫使人们去寻找新 的气源 ， 寻求发展
已达指标要求 ， 经过滤器 和产 品气控制阀送人使用
点。
３ ． ２ ． ２脱氧 干燥技 术
除去了还原性杂质的氮气 ， 通过脱氧干燥吸附 器， 氮气 中的氧、水、二氧化碳被脱氧干燥吸附剂 吸附， 从气相转移到 固体表面上 ， 当吸附达到饱和 时， 卸压升温 ， 通人氮 、 氢混合气活化脱氧干燥 吸 附剂 ， 活化完全后通人脱氧干燥吸附器出口产品氮
３ ． １工艺流 程
原料氮气经手动 阀到热交换器 ， 气体 由室温加
热到２ ５ ０ ￣ Ｃ 左右 ， 进 入催 化 氧 化器 ， 在３ ３ ０ ℃左 右 的
SMT表面贴装回流工艺中使用氮气的理由
SMT表面贴装回流工艺中使用氮气的理由2009年01月05日点击: 1537 编辑: tg_lig工厂实际应用心得随着无铅制程已经提上日程，其中一个关键环节——N2的供应也是令各位大伤脑筋，是向气体公司买N2呢？还是自己买N2产生机？其实N2有3个供应方式，下面我就大概说一说。
1. N2 Distillation 也就是气体分馏塔。
这类设备占地面积很大，而且造价昂贵（560K美金以上！），一般是气体公司或者是N2使用量特别大的公司才会配备。
其工作原理是把空气压缩，使其液化，然后再利用氮气、氧气的沸点不同，将其分馏。
一般来说生产出来的N2的纯度可以达到5个9（99.999%）。
我们经过分馏，除了得到所需的79%的氮气，还有增值品——21%的氧气和不到1%的氩气。
氧气需另找销路，可以卖给医院或者是钢材加工厂（氧焊）。
点评：造价太高，需要场地，其维护成本也高，为了生产线造气体分馏塔？还不如直接成立气体公司卖气体得了。
2. 向气体公司买气体。
在厂里面建一个气体储存罐，气体公司定期运液态氮气过来补充,气体纯度可以达到5个9.按照实际使用的数量买单就是了，但是有一点需要特别注意：气源不能太远，一般以300km以内为宜，否则会导致气体成本的增加。
点评：这方案应该是适用于氮气用量较少的公司和医院。
3. N2 generator 氮气生产机。
其特点是随着生产线的运转而运作，而不需要气体储存罐，除了设备的成本之外，机器运行时只需要电力成本；另外气体的纯度由客户确定之后不可改变——因为氮气产生机里面的CMS碳分子筛（三菱生产，一颗有4M个孔，其孔径正好介于氮气分子和氧气分子的直径之间。
）的孔径不可改变，同时，如果要求氮气的纯度越高，那么其生产速度就越慢。
N2 generator 分为Membrane 和PSA两种，其中membrane的纯度是95%~99。
9%，而PSA的纯度为99。
9%~99。
999%。
这两种的特点是气体流量越大，纯度越高，其耗电越大。
氮气在SMT行业的应用
-随着无铅制程已提上日程，如何顺利导入无铅化已成为SMT用户最关心的问题。
如何选择最社和自己生产的氮气源？如何肯定氮气气氛的具体参数？本钱到底增加多少？（一）氮气源的选择其实氮气源的供给方式有好几种，你能够有气体分馏塔、向气体公司购买瓶装氮、向气体公司购买液氮和现场制氮（N2 generator）可供选择。
气体公司或是N2利用量特别大的公司能够配备气体分馏塔（N2 Distillation）其工作原理是把空气紧缩，使其液化，然后在利用氮气、氧气的沸点不同，将其分馏。
这种设备占地面积专门大，而且造价昂贵，不适合一般企业。
气量很小的用户能够向气体公司购买钢瓶氮。
用高压钢瓶贮存氮气，然后直接输送到用气点进行利用。
瓶装氮气具有随开随用、灵活方便等长处。
但具有危险性高、本钱高、运输贮存麻烦等缺点。
若是瓶装氮已不能知足目前生产，你就应该向气体公司购买液态氮气或选用现场制氮来获取所需氮气。
用液氮储槽或杜瓦罐来贮存液态氮气，在需要使历时将液氮气化成气态氮，通过减压、升温后才可利用。
液氮具有方便快捷、随开随用等特点，但存罐中液氮需常常补充，这也给采购和运输带来麻烦与压力。
同时长期大量利用液氮，本钱高，运输麻烦，且受供给源的影响较大整体投资专门大。
现场制氮又有膜分离制氮（Membrane）和变压吸附（Pressure Swing Adsorption）制氮机。
膜分离制氮机是在20世纪80年代兴起的高科技技术。
该设备以空气为原料，中空纤维膜为分离利用氧和氮在膜组织里渗透速度不同——水和氧气能够通过而氮气则不能，从而实现氧氮分离。
膜分离制氮机制出的氮气纯度较低，一般为%。
而且膜分离制氮性能耗大，而且其核心部件——中空纤维膜主要依赖入口，价钱高，交货周期长，设备后续保护麻烦。
PSA制氮机主要以碳分子筛为吸附剂，紧缩空气为主要原料，利用氧气和氮气吸附速度不同，碳分子筛优先吸附氧，而氮大部份富集于不吸附相中，实现氧气和氮气的分离，取得咱们所需要的气体。
塑料制品加工中氮气辅助射出技术的应用
塑料制品加工中氮气辅助射出技术的应用塑胶制品在人们生产生活中已密不可分,这种供需关系也推动注塑业的迅猛发展.着眼未来石油的稀有性,控制成本是商家必争课题.由于注塑制品被各个行业广泛采用,对塑件精密度的要求也成了业内的难题......传统射出是将溶融塑料通过机械能高压注射到模腔内成型.但在注射,保压,冷却,收缩过程中产生的应力,和塑件壁厚收缩不一,使塑件变形曲翘,因此影响塑件精度.氮气辅助射出也叫氮气保压,它是将氮气高压缩(高最可达350bar)引入模腔(塑件)内部,来接替传统的射出保压.明确点说就是注塑机只需要完成注射模腔所需75%-95%的计量,余下的保压由氮气来完成.由于氮气在塑件内部形成一个中空的氮气高压气泡,并通过气体的特性均匀将压力向外扩张,所以它的应力是不变的.记住气泡永远都只会在中部,同时根据塑件的形状自动充满壁厚较厚的位置.经过冷却后在开模前排气释放压力,这样所得的结果,保压力平均(没有了注射应力),收缩应力平均.由此得到塑件的稳定的高精度尺寸.上述的动作同时能得到更多的帮助:1.在大幅度降低应力下,塑件尺寸得到精确保障;2.由于只需要注射75-95%的计量,因此,塑件本身的重量减轻,根据塑件外形而定,可以得到节省35%或以上的原料;3. 我们说过,在塑件的内部形成中空,通过圆的作用,塑件结构得到加强;4.由于它是经过高压成形,外观上的缩水痕迹也明显不见了;5.肉厚中空了,冷却时间减少了35%,成形周期也随之改变;6,因为气体形状的随意性,产品设计限制减少,不再期望抽芯或二次成型加工;7氮气是在塑件内部形成的压力,因此,锁模压力降低,只要模具尺寸允许,您可以在较小的机台上生产,由此降低设备损耗.以上技术被广泛应用于汽车,音响,电视,电脑,打印机,家具,餐具,保健器材,箱包等行业,国际国内企业都已采用并获认可,知名的如SONY,台湾奇美,,光电,京瓷,三星;海尔,奂鑫,华博,荣成等.有的为了精度,有的为了省料,都有绝对优势!。
氮气在各行业的用途
氮气在各行业中的应用1）冶金、金属加工行业用于退火保护气、烧结保护气、氮化处理、洗炉及吹扫用气等。
广泛应用于金属热处理、粉末冶金、磁性材料、铜加工、金属丝网、镀锌线、半导体、粉末还原等领域。
这些行业有的需要纯度大于99.5%的氮气，有的则要求纯度大于99.9995%、露点低于-65℃的高品质氮气。
金属生产和加工制造业钢、铁、铜、铝制品退火、炭化，高温炉窑保护，金属部件的低温装配和等离子切割等。
金属热处理在光亮退火、光亮淬火等热处理工艺过程中，为工业炉提供保护气与安全气，以防止产品的氧化。
光亮淬火、光亮退火、渗氮、氮碳共渗、软碳化等热处理的氮气源,焊接及粉末冶金烧结过程中的保护气等氮气在金属热处理应用中，用于合金钢、高碳钢退火保护气氛、金属粉末烧结保护气氛、氮化处理、洗炉及吹扫用气等，杜尔气体为此提供的高品质氮气，纯度大于99.9995% ，露点低于-65 ℃。
以氮气味基本成份的氮基气氛热处理，是为了节能、安全、不污染环境和充分利用自然资源的一种新科技、新工艺。
业已表明，几乎所有的热处理工艺，包括淬火、退火，渗碳、碳氮共渗、软氮化及复碳等工艺都可以采用氮基气气氛来完成，所处理的金属零件在质量上可与传统的吸热式气氛处理相媲美。
铝加工业铝制品、铝型材加工，铝薄轧制等气体保护。
粉末冶金粉末烧结，磁性材料烧结中的氮气保护。
合成纤维充氮压料，拉丝防氧化。
充氮无铅锡焊为回流焊和波峰焊配套。
冶金工业：连铸、连轧、钢材退火的保护气；转炉顶底复合吹氮炼钢，转炉炼钢的密封，高炉炉顶的密封，高炉炼铁煤粉喷吹用气等。
金属深加工氮气在钢铁中的应用主要是用作保护气，如轧钢、镀锌、镀铬、连续铸造等都要用氮气作保护气，而且氮气纯度要求99.99% 以上，杜尔气体为此提供的用气解决方案，氮气纯度可达99.9995% 。
中高压电缆生成需要用氮气惰性气体交联采用加入过氧化合物交联剂的聚乙烯绝缘材料，通过三层共挤完成导体屏蔽层――绝缘层―― 绝缘屏蔽层的挤出后，连续均匀地通过充满高温、高压氮气的密封交联管完成交联过程。
SMT制程氮气保护设备--PSA制氮机
SMT製程氮氣保護設備--PSA製氮機製氮設備是根據變壓吸附的技術（PSA），利用高品質的碳分子篩為吸附劑直接從壓縮空氣中分離氧氣提取氮氣的。
經過淨化乾燥的壓縮空氣，在壓力作用下，利用氧在碳分子篩微孔中擴散吸附速率遠大於氮在碳分子篩微孔中的擴散吸附速率這一特徵，在吸附未達到平衡時，氮在氣相中被富集起來，形成成品氮氣。
然後經減壓至常壓，吸附劑脫附所吸附的氧氣等雜質組成，實現再生。
在系統中設置兩個吸附塔，一塔吸附產氮，另一塔脫附再生，通過PLC程式控制器控制氣動閥的啟閉，使兩塔交替循環工作，實現連續生產高品質氮氣。
PSA製氮設備提取氮氣可達到的技術指標氮氣流量：氮氣純度：98%—99.9995%出口壓力：0.8Mpa以下可調露點：-45℃工作原理無鉛製程中加氮氣的優點:加氮氣可以增加無鉛焊接的上錫效果,可以增加上錫的光澤度. 加氮氣的優點:1.增進製程的空間2. 防止氧化及增進零件吃錫度3. 增進外觀美化(無鉛製程其銲點光澤較為不明顯)4. 減少因長時間高溫所產生的退色情形第一部分無鉛焊接與氮氣為什麼要導入無鉛工藝鉛是一種有毒的重金屬，人體過量吸收鉛會引起中毒，攝入低量的鉛則可能對人的智力、神經系統和生殖系統造成影響，全球電子裝聯行業每年要消耗大約60000噸左右的焊料，而且還在逐年增加，由此形成的含鉛盤的工業渣滓嚴重污染環境，因此減少鉛的使用已成為全世界關注的焦點，歐洲、日本許多大公司正在大力加速無鉛替代合金的開發，並已計劃在2002年開始在電子產品裝配中逐步減少鉛的使用。
（傳統的焊料成份63Sn/37Pb，在目前的電子裝聯行業，鉛被廣泛使用）歐盟組織2006年開始逐步導入無鉛工藝（醫療電子行業推?到2008年），7月之前全面導入無鉛工藝。
電子整機行業的無鉛化技術發展是國際信息產業工業發展的必然趨勢，我國信息產業部要求在2006年7月1日前，全國實現電子信息產品的無鉛化。
導入無鉛工藝為什麼要用氮氣無鉛化對再流焊設備提出了許多新的要求，主要包括：更高的加熱能力、空載和負載狀態下的穩定性、適合高溫工作的材料、良好的熱絕緣、優良的均溫性，氮氣防漏能力、溫度曲線的靈活性、更強的冷卻能力等。
焊接中氮气的作用
焊接中氮气的作用
焊接是一种常见的金属加工方法，它通过加热金属并将其融化，然后再将其连接在一起。
在焊接过程中，氮气起着非常重要的作用。
本文将详细介绍氮气在焊接中的作用。
氮气可以用作保护气体。
在焊接过程中，金属会受到氧气和水蒸气的影响，这会导致氧化和腐蚀。
为了避免这种情况的发生，焊接过程中需要使用保护气体。
氮气是一种非常好的保护气体，它可以将氧气和水蒸气排除在焊接区域之外，从而保护金属不受氧化和腐蚀的影响。
氮气可以用作冷却剂。
在焊接过程中，金属会受到高温的影响，这会导致金属变形或者熔化。
为了避免这种情况的发生，焊接过程中需要使用冷却剂。
氮气是一种非常好的冷却剂，它可以将焊接区域迅速冷却，从而避免金属变形或者熔化的情况发生。
氮气可以用作清洁剂。
在焊接过程中，金属表面会受到污染和杂质的影响，这会导致焊接质量下降。
为了避免这种情况的发生，焊接过程中需要使用清洁剂。
氮气是一种非常好的清洁剂，它可以将焊接区域清洁干净，从而保证焊接质量。
氮气在焊接中起着非常重要的作用。
它可以用作保护气体、冷却剂和清洁剂，从而保证焊接质量和金属的完整性。
因此，在进行焊接过程中，一定要注意使用氮气，并且正确使用氮气，以保证焊接质
量和金属的完整性。
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-随着无铅制程已提上日程，如何顺利导入无铅化已成为SMT用户最关心的问题。
怎样选择最社和自己生产的氮气源？如何确定氮气气氛的具体参数？成本到底增加多少？（一）氮气源的选择
其实氮气源的供应方式有好几种，你可以有气体分馏塔、向气体公司购买瓶装氮、向气体公司购买液氮和现场制氮（N2 generator）可供选择。
气体公司或者是N2使用量特别大的公司可以配备气体分馏塔（N2Distillation）其工作原理是把空气压缩，使其液化，然后在利用氮气、氧气的沸点不同，将其分馏。
这种设备占地面积很大，而且造价昂贵，不适合一般企业。
气量很小的用户可以向气体公司购买钢瓶氮。
用高压钢瓶储存氮气，然后直接运送到用气点进行使用。
瓶装氮气具有随开随用、灵活方便等优点。
但具有危险性高、成本高、运输储存麻烦等缺点。
如果瓶装氮已不能满足目前生产，你就应该向气体公司购买液态氮气或者选用现场制氮来获取所需氮气。
用液氮储槽或杜瓦罐来储存液态氮气，在需要使用时将液氮气化成气态氮，经过减压、升温后才可使用。
液氮具有方便快捷、随开随用等特点，但存罐中液氮需经常补充，这也给采购和运输带来麻烦与压力。
同时长期大量使用液氮，成本高，运输麻烦，且受供给源的影响较大总体投资很大。
现场制氮又有膜分离制氮（Membrane）和变压吸附（Pressure Swing Adsorption）制氮机。
膜分离制氮机是在20世纪80年代兴起的高科技技术。
该设备以空气为原料，中空纤维膜为分离利用氧和氮在膜组织里渗透速率不同——水和氧气可以通过而氮气则不能，从而实现氧氮分离。
膜分离制氮机制出的氮气纯度较低，一般为95-99.9%。
而且膜分离制氮机能耗大，而且其核心部件——中空纤维膜主要依赖进口，价格高，交货周期长，设备后续维护麻烦。
PSA制氮机主要以碳分子筛为吸附剂，压缩空气为主要原料，利用氧气和氮气吸附速率不同，碳分子筛优先吸附氧，而氮大部分富集于不吸附相中，实现氧气和氮气的分离，得到我们所需要的气体。
利用这种变压吸附的原理和工艺，采用双吸附塔并联交替进行吸附，一塔工作一塔再生，连续产氮。
一次性可能取纯度为98-99.99%的合格产品气（苏州高普公司生产的gaspu品牌制氮机一次性提取纯度可达98-99.995%）。
PSA制氮机制出的氮气若经过氮气纯化装置可进一步深度除氧，可得到99.9999%，即氧含量在1ppm以下的高纯度高品质氮气。
（二）怎样确定氮气氛的具体参数
SMT用户在决定使用氮气之前，先确定炉子中的氮气纯度（几个九，或氧含量的ppm 的值），再确定制氮机出口纯度。
氧化反应的充要条件是氧分子的存在，同样条件下氧含量越高，氧化反应越激烈；反之氧含量越低，氧化反应越微弱。
当然氮气纯度越高越好，但应考虑投资成本与产品的不良率和返工量的平衡。
目前大多数的电子厂尚包括台湾鸿海精密股份（台湾富士康）都选择：99.99%即氧含量小于100ppm,也有选择：99.9%即氧含量小于1000ppm，少数选择：99.999%既氧含量小于10ppm。
所以确切的纯度应根据产品的档次、允许的不良率、公司政策、产品对浸润性的要求等因素决定。
确定了炉子中氮气纯度后，再确定制氮机出口纯度，通常制氮机不与SMT生产线一起放在车里，而是放在屋顶，或车间外，通过管道输入炉子，之间有很多个连接口，很有可能造成氮气纯度下降，所以制氮机的出口纯度也要有余。
并且单位时间的耗气量（通常以每小时多少立方米计算）不同品牌、不同型号的炉子耗气量也不同，输入PCB的尺寸不同耗气量也不同，链条转动的速度不同耗气量也不一样，所以确切的耗气量要以现场实验为依据。
参考案例：富士康集团使用的纯度为99.99%制氮机出口氧含量<＝100ppm>
一期工程一台：用于一条回焊炉生产线。
纯度为99.99%，产气量为20m3/h氮气系统二期工程三台：用于三条回焊线炉生产线。
纯度均为99.99%，产气量为20m3/h氮气系统。
三期工程四台：用于四条回焊炉生产线。
纯度均为99.999%，产气量为100m3/h氮气系统。
（三）成本分析
下面以一套纯度为99.99%，产气量为20m3/hr的氮气发生机用于一条SMT生产线，作出简要经济性分析与比较如下（电费按0.6元计算，一年运行8000小时计算）：
1、液氮使用成本
市场上的液氮约为1200元/吨，可气化成纯度为99.99%，780m3的气态氮，购买1m3的氮气价格是1.4元。
如果加上液氮储罐的租金、汽化器的购置费、每年人工的费用等，使用1m3氮气的成本接近1.6元。
2、PSA制氮机的使用成本
现场PSA制氮机的使用成本主要是电能的消耗，电能的消耗主要来自以下几个方面：空压机：空压机的额定功率为22kw，消耗功率约为额定功率的80%左右，即为：17.6kw左右
冷冻干燥机：冷冻干燥机的额定功率为1kw。
制氮机：制氮机的原料是压缩空气，而制氮机本身基本不耗电，其主要是仪表用电，额定功率大约为0.4kw。
每年电费总计：（17.6+1+0.4）×8000×0.6=9.12万
人工费：无需专人职守，可忽略不计。
设备折旧费：设备投资按20万元计算，每年折旧2万元。
每年的费用为：（9.12+2）=11.12万
每立方氮气成本112000÷800÷0.6=0.7元
两种用氮气方式每年差价为20×8000×（1.7-0.7）=16万元
所以PSA制氮机投资回收期仅为10个月。
（即16÷20）
变压吸附制氮机避免高费用的瓶装氮气，杜瓦罐所带来的不方便性，同时氮气的供应也没有必要依赖零售商，避免压力较高的瓶装氮气带来的危险，以及气体供应中断带来停产的损失，变压吸附制氮机长期稳定低费用的运行可避免不可控的气体价格上升，租赁高昂的低温储槽费用，并且操作简单，又无须另备储气罐，能在短时间内收回成本。
无需专人维护，维修也简单。
因此，一旦安装了PSA制氮机我们就可随心所欲地从空气中提取氮气。
注：以上币为人民币苏州高普企业简介：
苏州高普超纯气体技术有限公司（Suzhou Gaspu Ultrapurfication Gas Tech Co.,Ltd）与德国CarboTech公司进行全面合作，Gaspu®品牌高纯PSA制氮机以流程科学、单机一次性制取纯度高，选材精良，特别是与同类产品相比，至少节约20%能耗的优势得到广泛用户的好评CarboTech直接为苏州高普科技提供自身所独有的PSA制氮工艺设计、制造和调试技术，为客户提高产品性能、降低成本提供支持。
高普公司已为国外多家电子企业包括台湾鸿海精密股份（富士康集团）、台湾协益电子、台湾研华科技、咸阳偏转集团、理光集团提供Gaspu®品牌制氮机系统，并出口日本、美国、墨西哥、韩国、西班牙等国。
特别感谢台湾富士康在2005年向我司订购8套Gaspu®氮气产
生机，今年至5份向我司订购2套Gaspu®氮气产生机用于SMT无铅回流焊！
以上为高普公司SMT行业用气分析，希望各办事处仔细阅读学习，吸取知识，有些数据可能不是很翔实但基本思路正确。