摘 要：根據(jù)無(wú)鉛回流焊的工藝特點(diǎn)，論述了對(duì)回流爐加熱、冷卻、助焊劑管理和氮?dú)獗Ｗo(hù)各系統(tǒng)的改造原則和方案，給出了氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)罐裝氮?dú)夂偷獨(dú)獍l(fā)生器兩種供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行了成本估算和對(duì)比。

電子整機(jī)行業(yè)的無(wú)鉛化技術(shù)發(fā)展是國(guó)際信息產(chǎn)業(yè)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部也要求在2006年7月1日前，全國(guó)實(shí)現(xiàn)電子信息產(chǎn)品的無(wú)鉛化，當(dāng)電子組裝逐漸實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛后，無(wú)鉛釬料的高熔點(diǎn)、低潤(rùn)濕性給實(shí)際的焊接生產(chǎn)工藝帶來(lái)了很大變化。設(shè)備生產(chǎn)廠商應(yīng)該對(duì)爐子結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行新的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，滿足無(wú)鉛化焊接的要求，主要包括加熱系統(tǒng)、制程控制系統(tǒng)、助焊劑管理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)。

1 無(wú)鉛再流焊設(shè)備的改造原則

實(shí)施無(wú)鉛化電子組裝，許多企業(yè)并不主動(dòng)，而是在各種壓力下才轉(zhuǎn)為無(wú)鉛技術(shù)，壓力主要包括法令規(guī)定、環(huán)保意識(shí)、市場(chǎng)利益、用戶需求，有害物質(zhì)管理處理和無(wú)鉛技術(shù)方面等。

無(wú)鉛化對(duì)再流焊設(shè)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(fù)載狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性、適合高溫工作的材料、良好的熱絕緣、優(yōu)良的均溫性，氮?dú)夥缆┠芰Α囟惹€的靈活性、更強(qiáng)的冷卻能力等。 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)存在成千成萬(wàn)舊生產(chǎn)線，如果要全部通過(guò)購(gòu)買新設(shè)備更換來(lái)實(shí)施無(wú)鉛化改造，對(duì)設(shè)備制造商而言是個(gè)很大的機(jī)遇，但對(duì)電子組裝廠來(lái)說(shuō)是個(gè)沉重的負(fù)擔(dān)。目前一臺(tái)新的再流焊設(shè)備一般在30萬(wàn)左右，再加上附加功能，如快冷、氮?dú)獗Ｗo(hù)等，費(fèi)用相當(dāng)大。對(duì)于電子組裝廠，尤其是利潤(rùn)較低的企業(yè)，力求尋找一些簡(jiǎn)單的改造方法來(lái)迎接無(wú)鉛化的挑戰(zhàn)。面對(duì)這樣的問(wèn)題，根據(jù)舊生產(chǎn)線設(shè)備的特點(diǎn)和新產(chǎn)品的要求，對(duì)舊生產(chǎn)線可以從以下所述進(jìn)行改造。

2 加熱系統(tǒng)

在選擇無(wú)鉛熱風(fēng)再流焊設(shè)備時(shí)，加熱系統(tǒng)是非常重要的一個(gè)性能指標(biāo)，其中包括加熱效率、溫控精度、溫度均勻性以及穩(wěn)定性等。

2.1 溫度高效性

溫度高效性是熱傳導(dǎo)效率的一個(gè)直接反映。熱傳導(dǎo)率高，設(shè)備的設(shè)定穩(wěn)定和實(shí)際穩(wěn)定就相差較小，溫度補(bǔ)償能力快，生產(chǎn)柔性系數(shù)就大，可以適用不同的生產(chǎn)量，不同熱容大小的產(chǎn)品，如果溫度高效性不好，實(shí)際的無(wú)鉛焊接峰值溫度240℃，設(shè)定溫度就會(huì)達(dá)到290℃甚至更高，導(dǎo)致高溫下熱風(fēng)電動(dòng)機(jī)的使用壽命減少，溫度高效性是一個(gè)很重要的參數(shù)，它決定了設(shè)備是否能做到無(wú)鉛化生產(chǎn)要求。

2.2 溫度均勻性

當(dāng)溫度曲線穩(wěn)定之后，常用測(cè)試板上任意兩點(diǎn)的最大溫度偏差ΔT來(lái)衡量溫度均勻性，一般情況下，溫度偏差越小，溫度均勻性就越好，SnPb共晶釬料的溫度均勻性要求為±5℃，而無(wú)鉛釬料的溫度均勻性要求為±2℃。

2.3 溫度穩(wěn)定性

無(wú)鉛再流焊爐必須具有穩(wěn)定的溫度曲線，如果溫度曲線不穩(wěn)定，就沒(méi)有可靠穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量保證，目前一些電子制造商在生產(chǎn)時(shí)，會(huì)每一個(gè)工作日和半個(gè)工作日測(cè)試一次溫度曲線，來(lái)保證溫度曲線的穩(wěn)定性，而先進(jìn)的設(shè)備制作商已開(kāi)發(fā)出一套溫度監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)爐體內(nèi)各溫區(qū)實(shí)際溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保溫度曲線穩(wěn)定性。

加熱系統(tǒng)改造應(yīng)注意以下幾個(gè)方面： （1）如果舊設(shè)備為上下兩面同時(shí)加熱的各模塊獨(dú)立控制強(qiáng)制熱風(fēng)對(duì)流系統(tǒng)、爐腔隔熱系統(tǒng)良好，且熱風(fēng)電動(dòng)機(jī)能承受300～350℃高溫，此設(shè)備具有較強(qiáng)的加熱效率，容易實(shí)現(xiàn)較高的峰值溫度，可用于無(wú)鉛化生產(chǎn)。

（2）如果舊設(shè)備為局部上下兩面同時(shí)加熱或單面加熱的各模塊獨(dú)立控制強(qiáng)制熱風(fēng)對(duì)流系統(tǒng)，爐腔隔熱系統(tǒng)不良且熱風(fēng)電動(dòng)機(jī)不能承受300～350℃的高溫，此設(shè)備加熱效率較低，達(dá)到較高峰值溫度較難，一般不適合無(wú)鉛化生產(chǎn)。

（3）如果舊設(shè)備為局部上下兩面同時(shí)加熱或單面加熱的各模塊獨(dú)立控制強(qiáng)制熱風(fēng)對(duì)流系統(tǒng)，且加熱模塊容易增加、更換和維修，熱風(fēng)電動(dòng)機(jī)能承受300～350℃高溫，此設(shè)備可通過(guò)適當(dāng)?shù)脑鎏砑訜崮K來(lái)提高熱效率，可以用于無(wú)鉛化生產(chǎn)。

（4）如果舊設(shè)備帶有紅外加熱系統(tǒng)，此設(shè)備溫度均勻性較差，不能滿足無(wú)鉛化生產(chǎn)所需溫度均勻性要求，一般不適合無(wú)鉛化生產(chǎn)。

（5）如果舊設(shè)備為熱風(fēng)強(qiáng)制對(duì)流系統(tǒng)，但采用的是大循環(huán)氣流流動(dòng)方式，而不是個(gè)模塊獨(dú)立氣流循環(huán)，此設(shè)備溫度各溫區(qū)溫度不易控制，均溫性和穩(wěn)定性較差，一般不適合無(wú)鉛化生產(chǎn)。

3 冷卻系統(tǒng)

無(wú)鉛化后再流焊峰值溫度升高，在同等條件下產(chǎn)品出口溫度升高，不便于焊后工人檢測(cè)，這就要求快速冷卻以達(dá)到新工藝的要求，另外一些研究表明，快速冷卻可以細(xì)化組織，防止金屬間化合物（IMC）增厚，提高可靠性[1]，目前無(wú)鉛再流焊設(shè)備一般采用循環(huán)水冷系統(tǒng)，并配有一臺(tái)制冷機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。相應(yīng)地，設(shè)備的價(jià)格要增加3萬(wàn)左右，而且還要占用一些資源。

冷卻系統(tǒng)改造應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

（1）如果舊設(shè)備為強(qiáng)制風(fēng)冷進(jìn)行冷卻，其冷卻速率一般為1～2℃/s，此設(shè)備一般不能滿足無(wú)鉛化生產(chǎn)，如果設(shè)備冷卻系統(tǒng)可更換，那么就可以方便升級(jí)為水循環(huán)冷卻，用較低的成本來(lái)進(jìn)行無(wú)鉛化生產(chǎn)。

（2）如果舊設(shè)備為水循環(huán)冷卻，其冷卻速度一般為2～4℃/s，可以滿足一般的無(wú)鉛化生產(chǎn)，對(duì)特殊要求的溫度曲線，如冷卻速率要求大于4℃/s就不能滿足，需要將冷水管與外界冷水機(jī)連通進(jìn)行升級(jí)或更換，其冷卻速率可達(dá)到4～6℃/s。

4 助焊劑管理系統(tǒng)

無(wú)鉛化后助焊劑污染由于高溫氧化的影響而顯得格外明顯，無(wú)鉛再流焊設(shè)備一般都配有助焊劑管理系統(tǒng)，防止還有大量助焊劑的高溫氣流進(jìn)入冷卻區(qū)而凝結(jié)在散熱片和爐體內(nèi)，降低冷卻效果并污染設(shè)備。圖1為助焊劑管理系統(tǒng)示意圖。

上述系統(tǒng)是把含有大量助焊劑的高溫氣流從預(yù)熱區(qū)、再流區(qū)及冷卻區(qū)前抽出，經(jīng)過(guò)體外冷卻過(guò)慮系統(tǒng)后，把干凈的氣體送回爐內(nèi)，這樣做還有一個(gè)好處就是使用氮?dú)獗Ｗo(hù)時(shí)形成閉循環(huán)，防止氮?dú)庀摹４讼到y(tǒng)改動(dòng)較大，一般難以升級(jí)，如果生產(chǎn)量不是很大，助焊劑污染程度小，可以定期進(jìn)行清理而不用替換。

5 氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)

5.1 氮?dú)馐褂迷瓌t

無(wú)鉛化電子組裝中并不是一定要氮?dú)獗Ｗo(hù)，原則包括以下幾個(gè)方面的要求：

（1）滿足歐美和日本等客戶的要求時(shí)；
（2）使用高溫焊膏或低固體、低活性（免清洗、低殘留）焊膏時(shí)；
（3）釬焊比較昂貴的集成電路元器件、小體積元器件、細(xì)間距元器件、倒裝芯片和不可以反修元器件時(shí)；
（4）多次過(guò)板組裝工藝或釬焊帶有OPS鍍層的PCB多次再流時(shí)；
（5）釬焊無(wú)保護(hù)膜銅焊盤或儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)的電路板或可靠性首要時(shí)。 從氮?dú)獗Ｗo(hù)再流焊工藝來(lái)講，它可以改善性能較差助焊劑潤(rùn)濕性，提高焊點(diǎn)強(qiáng)度，對(duì)部分類型焊點(diǎn)缺陷也有一定的防止作用，此外更重要的是它可以減少內(nèi)部空洞，降低峰值溫度，擴(kuò)大工藝溫度窗口。考慮到這些特點(diǎn)，生產(chǎn)中可根據(jù)實(shí)際情況選擇是否實(shí)施氮?dú)獗Ｗo(hù)。

5.2 再流焊設(shè)備氮?dú)庀到y(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

衡量再流焊設(shè)備氮?dú)庀到y(tǒng)可用殘余氧氣含量最低值和氮?dú)庀牧縼?lái)評(píng)價(jià)此系統(tǒng)的性能。殘余氧含量一般采用氧分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試氧含量有兩個(gè)指標(biāo)，即穩(wěn)定程度和最低氧含量。最低氧含量與氮?dú)庠醇兌扔嘘P(guān)，使用高純度氮?dú)庠磿r(shí)，一些較好的設(shè)備可以降到50×10－6或更低。氮?dú)庀牧颗c所需氧含量和設(shè)備防漏能力有關(guān)：一般氧含量越低，氮?dú)庀牧吭酱螅辉O(shè)備防漏能力越差，氮?dú)庀牧吭酱蟆Ｄ壳笆袌?chǎng)上的再流焊設(shè)備在氧含量為500×10－6時(shí)，氮?dú)庀牧恳话銥?5～35m3/h。

舊生產(chǎn)線實(shí)施無(wú)鉛氮?dú)獗Ｗo(hù)時(shí)，再流焊設(shè)備面臨改造和替換兩種選擇。如果原有再流焊設(shè)備為過(guò)渡、可升級(jí)型，那么氮?dú)庀到y(tǒng)的改造就比較容易，否則改造成本就會(huì)很高，推薦替換方案，因?yàn)榕f設(shè)備的設(shè)計(jì)和加工在機(jī)架結(jié)構(gòu)、氣密性、氮?dú)庀到y(tǒng)的添加部件（比如氧分析儀，氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥）等方面是不可以升級(jí)的，即勉強(qiáng)能改造，其效果也不能達(dá)到預(yù)期的目的，設(shè)備的穩(wěn)定性和效率都有待探討，圖2為具有氮?dú)獗Ｗo(hù)功能的加熱模塊結(jié)構(gòu)。

再流焊爐氮?dú)庀到y(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)外已有成熟的技術(shù)得以應(yīng)用，主要有5種：一是采用可變的風(fēng)扇速度來(lái)降低N2消耗；二是爐內(nèi)使用可隨意選擇的空置氣流來(lái)檢測(cè)是否有PCB板正在通過(guò)，當(dāng)爐中沒(méi)有PCB板通過(guò)的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)減小風(fēng)扇速度、空氣循環(huán)和氮?dú)夤?yīng)；三是可以在智能控制時(shí)精確的調(diào)節(jié)對(duì)流速率，從而減小N2的消耗；四是可以通過(guò)減小爐子開(kāi)口、出口和采用閉環(huán)氮?dú)饪刂葡到y(tǒng)來(lái)減小N2消耗。爐子開(kāi)口被定制為最小可通過(guò)元器件的尺寸，被抽進(jìn)爐體中的氣體越少；五是安裝一個(gè)簾子或一些百葉窗和門，這些門通過(guò)自動(dòng)傳感器激活而允許板進(jìn)出。同時(shí)內(nèi)部設(shè)計(jì)的改造可以使氣體以很薄的氣流方式流動(dòng)，并且沒(méi)有犧牲熱效率。 日東電子科技（深圳）有限公司，是國(guó)內(nèi)首家生產(chǎn)無(wú)鉛再流焊爐的設(shè)備商，氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)綜合上述四和五的優(yōu)點(diǎn)，研發(fā)出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)無(wú)鉛再流焊設(shè)備NT－8N－V2。設(shè)備采用爐子出口和入口安裝硅膠簾或高溫材料，并具有可調(diào)的進(jìn)出口尺寸，減小氮?dú)獾男孤┖拖模?jiàn)圖3。設(shè)備還配備了閉環(huán)氮?dú)饪刂葡到y(tǒng)，氧含量檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)氮?dú)庀牧窟M(jìn)行控制。

5.3 氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)

實(shí)施氮?dú)獗Ｗo(hù)時(shí)，一般要求氧含量在（100～1000）×10－6之間[2]，這對(duì)氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)構(gòu)成參考依據(jù)。目前常用氮?dú)庠醇兌瓤蔀?7～99.9995％，一般使用99.9％，99.99％和99.999％3個(gè)等級(jí)，其供應(yīng)方式主要有2種：液態(tài)罐裝氮?dú)夂椭频獧C(jī)產(chǎn)生氮?dú)狻?/font>

（1）液態(tài)罐裝氮?dú)?/font>

液態(tài)罐裝氮?dú)馐怯么笮椭频O(shè)備制造出氣態(tài)氮?dú)猓缓蠼?jīng)過(guò)高壓超低溫處理（500MPa，－180℃）使其轉(zhuǎn)化為液氮，氮?dú)庠醇兌纫话銥?.999％，一噸液氮相當(dāng)于常溫長(zhǎng)壓下780m3的有效氮?dú)狻?/font>

（2）制氮機(jī)產(chǎn)生氮?dú)?/font>

膜分離制氮機(jī)。單位時(shí)間的產(chǎn)氣量小，只適合配套單臺(tái)爐，可達(dá)到的氮?dú)饧兌容^低，一般為99.9％，且對(duì)與此配套的空壓機(jī)出口壓力要求高。

PSA制氮機(jī)。采用不同的流程技術(shù)，分離空氣中的氮?dú)猓苯赢a(chǎn)生高純氮?dú)夤┙o設(shè)備使用。這種系統(tǒng)提供氮?dú)饬髁繛?～2000m3/h，純度范圍一般為97％～99.9995％，壓力為0.05～10.MPa。這種方式為目前市場(chǎng)主流。

（3）PSA＋純化裝置制氮機(jī)

先用PSA生產(chǎn)出低純氮?dú)猓兌纫话銥?9％），再用"氫除氧"工藝凈化，氮?dú)饧兌容^高，一般為99.99％～99.9995％，這種制氮法故障率較高，即PSA的故障＋"氫除氧"的故障。"氫除氧"故障主要為點(diǎn)火裝置不能間斷，而且始終保持穩(wěn)定流量的氮?dú)狻?/font>

5.4 氮?dú)庀到y(tǒng)配置

如果使用PSA制氮機(jī)，生產(chǎn)出來(lái)的氮?dú)饪芍苯庸┰O(shè)備使用；如果使用罐裝液氮供應(yīng)，由于氮?dú)鉁囟葮O低，使用時(shí)需要一個(gè)氣化過(guò)程：減壓、升溫。一般需經(jīng)翹片管汽化器后，通過(guò)50m長(zhǎng)的金屬管道提供給再流焊設(shè)備使用，如圖4。

每臺(tái)再流焊設(shè)備與氮?dú)庠?a target="_blank">接口處都有壓力要求，這在操作手冊(cè)中有標(biāo)明，這個(gè)壓力通常為0.55MPa，0.75MPa，對(duì)應(yīng)制氮機(jī)的出口壓力就應(yīng)為0.60MPa，0.80MPa（因在遠(yuǎn)距離傳送過(guò)程中會(huì)有壓降產(chǎn)生）。

生產(chǎn)時(shí)如果采用液態(tài)罐裝氮?dú)猓话愣际?一拖一"，如果采用制氮機(jī)供氣，一般實(shí)行"一拖三"（即一臺(tái)制氮機(jī)供三臺(tái)爐子）。使用時(shí)要考慮到留有10～15％的余量，如果一臺(tái)爐子耗氮量為30m3/h，那么制氮機(jī)的流量應(yīng)為30×3×1.15＝103.5m3/h。由于氮?dú)饬髁颗c純度成反比，考慮實(shí)施"一拖幾"的時(shí)候，并非拖的越多越好，一般選擇"一拖二"、"一拖三"、"一拖四"。另外考慮到降低風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，盡可能采用制氮機(jī)組，防止出現(xiàn)故障。氮?dú)夤薜膬?chǔ)氣量與內(nèi)壓之間有以下關(guān)系[3]：
Va＝Vs×[（Pa×14.7）/14.7]1/2 （1）

其中：Va為實(shí)際儲(chǔ)氮量，Vs為實(shí)際用氮量，Pa為實(shí)際罐內(nèi)壓力。使用時(shí)要注意調(diào)節(jié)滿足來(lái)滿足以上要求。

5.5 氧含量確定

所需氧含量與氮?dú)庠催x擇有關(guān)，一般可通過(guò)所需氧含量要求來(lái)選擇具體的氮?dú)夤?yīng)方式和制作工藝。氮?dú)庠醇兌冗x擇時(shí)應(yīng)該先確定生產(chǎn)時(shí)所需最低氧含量，再確定氮?dú)庠醇兌取Ｒ话愕獨(dú)庠醇兌冗x擇為99.9％、99.99％和99.999％，對(duì)應(yīng)設(shè)備中最低氧體積含量為1000×10－6、100×10－6和10×10－6。

生產(chǎn)成本與氮?dú)庀牧坑嘘P(guān)，而氮?dú)庀牧颗c所需氧含量有關(guān)，圖5為Alan Tae等人對(duì)氧含量與生產(chǎn)生本進(jìn)行的一個(gè)評(píng)估，可以看出當(dāng)氧含量低于700×10－6后，隨著氧含量的下降，氮?dú)庀牧亢蜕沙杀炯眲≡黾印Ｔ谶x擇氧含量時(shí)，可以參考表1。

5.6 采用氮?dú)獗Ｗo(hù)生產(chǎn)成本估算

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)舊設(shè)備改造的面臨的最大問(wèn)題就是投資成本。一臺(tái)無(wú)鉛再流焊設(shè)備的市場(chǎng)價(jià)格為25～30萬(wàn)元，配套氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)，成本會(huì)更高，而這對(duì)于流動(dòng)資金不足或低利潤(rùn)電子制造或組裝廠，比如家電生產(chǎn)商，是一個(gè)很大開(kāi)支。

5.6.1 氮?dú)獍l(fā)生器供應(yīng)系統(tǒng)成本估算

（以下成本估算各計(jì)算式中凡下標(biāo)R表示回流爐，下標(biāo)O表示氧氣，下標(biāo)N表示氮?dú)猓聵?biāo)E表示用電價(jià)格，下標(biāo)M表示設(shè)備，下標(biāo)S表示消耗品）

（1）再流焊設(shè)備成本
所需再流焊設(shè)備數(shù)量：XR
每臺(tái)再流焊設(shè)備價(jià)格：QR
購(gòu)買所需資金：M1＝XR×QR

（2）氮?dú)獍l(fā)生器選型
生產(chǎn)時(shí)所需氧含量：LO
每臺(tái)再流焊設(shè)備每小時(shí)消耗氮?dú)饬浚篤N
氮?dú)獍l(fā)生器供應(yīng)方式：Y1/2，Y1/3，Y1/4
再流焊設(shè)備接口處所需壓力：P＝0.60～0.80MPa
根據(jù)以上參數(shù)對(duì)氮?dú)獍l(fā)生器進(jìn)行選型。

（3）氮?dú)獍l(fā)生器成本
每臺(tái)氮?dú)獍l(fā)生器價(jià)格：QN
所需氮?dú)獍l(fā)生器數(shù)量：XN
購(gòu)買所需資金：M2＝XN×QN

（4）電能消耗成本
每套氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)每小時(shí)消耗電能：EN
當(dāng)?shù)毓I(yè)用電價(jià)格：QE
氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)服役期：HM
服役期內(nèi)工業(yè)用電費(fèi)用：M3＝XN×EN×HM×QE

（5）氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)消耗品成本
每套消耗品費(fèi)用：QS
服役期內(nèi)所需消耗品總套數(shù)：
消耗品所需總費(fèi)用：M4＝QS×（XS－1×XN）

（6）工業(yè)用地成本
每套氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)占地面積：SN
服役期內(nèi)工業(yè)用地所需費(fèi)用：M5

（7）無(wú)鉛氮?dú)獗Ｗo(hù)再流焊總資本投入：
M＝M1＋M2＋M3＋M4＋M5

（8）每小時(shí)消耗成本
M6＝（M2＋M3＋M4＋M5）÷（HM×XR）

5.6.2 罐裝液氮供應(yīng)系統(tǒng)成本估算

常用罐裝液氮公稱工作壓力為115kg，氮?dú)饽栙|(zhì)量為28g/mol，即一罐液氮在室溫下的體積為： VA＝115÷28×22.4＝92（m3）

考慮使用后留有10～15％的余量，實(shí)際氮?dú)怏w積為： VA＝92×（0.85～0.90）＝78.2～82.8m3

特定的氧含量下，假設(shè)每臺(tái)再流焊設(shè)備每小時(shí)消耗氮?dú)饬繛閂N，則每罐液氮可以供應(yīng)生產(chǎn)時(shí)間約為： T＝VA/VN

目前市場(chǎng)價(jià)每公斤液氮價(jià)格為3元，每罐液氮的價(jià)格為345元，每小時(shí)的成本消耗為：M7＝345÷T

6 舉例說(shuō)明

以上資本估算是可以量化的，而在具體的生產(chǎn)中，實(shí)際資本投入一般要大于上述估算值M。為了比較兩種氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，暫不考慮不可量化因素。

假設(shè)一電子組裝廠現(xiàn)有生產(chǎn)線15條，要進(jìn)行無(wú)鉛流焊生產(chǎn)工藝，下面對(duì)其舊生產(chǎn)線改造投資成本進(jìn)行簡(jiǎn)單的估算。

（1）再流焊設(shè)備投入成本：M1＝15×30＝450（萬(wàn)元）；

（2）生產(chǎn)時(shí)氧含量控制在1 000×10－6左右，每臺(tái)再流焊設(shè)備每小時(shí)消耗氮?dú)?5m3，則15條線每小時(shí)共需要消耗氮?dú)?75m3。氮?dú)夤夥绞讲捎?一拖三"，接口處壓力取0.6MPa，氮?dú)庠此杓兌葹?9.999％。所需氮?dú)獍l(fā)生器共5套，每套設(shè)備價(jià)格約65萬(wàn)元，則氮?dú)獍l(fā)生器設(shè)備投入成本： M2＝65×5＝325（萬(wàn)元）

（3）氮?dú)獍l(fā)生器每小時(shí)耗電量為50kW，設(shè)備服役期按照30 000h計(jì)算，工業(yè)用電按照0.6元/度計(jì)算，則服役期內(nèi)工業(yè)用電費(fèi)用： M3＝5×50×30000×0.6＝45（萬(wàn)元）

（4）假設(shè)每年使用一套消耗品，那么服役期內(nèi)所需消耗品總費(fèi)用為： M4＝0.5×（5×5－5×1）＝10（萬(wàn)元）

（5）占地費(fèi)用暫不考慮，則無(wú)鉛氮?dú)獗Ｗo(hù)再流焊總資本投入： M＝M1＋M2＋M3＋M4＝450＋325＋45＋10＝830（萬(wàn)元）

（6）每臺(tái)爐子每小時(shí)消耗成本： M6＝380÷（30000×15）≈8.4（元/小時(shí)）

如果使用罐裝液氮，每臺(tái)爐子每小時(shí)消耗氮?dú)?5m3，每罐氮?dú)鈱?shí)際使用氮?dú)怏w積按照80m3計(jì)算，則每罐液氮可以供應(yīng)生產(chǎn)時(shí)間約為： T＝VA/VN＝80÷25≈3.2（小時(shí)）

每臺(tái)爐子每小時(shí)的成本消耗為： M7＝345÷3.2≈107.8（元/小時(shí)）

由上述分析可知，使用罐裝氮?dú)馍a(chǎn)附加成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氮?dú)獍l(fā)生器成本，所以大批量生產(chǎn)一般不推薦采用罐裝液氮，而罐裝氮?dú)獠⒉皇菦](méi)有優(yōu)點(diǎn)，一次性投入資本小，使用方便，占地面積小，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)量靈活搭配，生產(chǎn)柔性系數(shù)大，對(duì)于小批量，間斷性生產(chǎn)較為合適。其缺點(diǎn)也是很明顯的，需要停機(jī)進(jìn)行氮?dú)庠锤鼡Q，壓力不穩(wěn)，使用到最后壓力不足，氧含量會(huì)隨之升高，對(duì)于一個(gè)企業(yè)來(lái)講，怎樣進(jìn)行決策，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)量、生活長(zhǎng)期性等因素來(lái)決定，擇優(yōu)選擇。

7 小結(jié)

（1）舊設(shè)備改造是無(wú)鉛化電子組裝面臨的一個(gè)大問(wèn)題，對(duì)于舊設(shè)備的改造，各電子組裝廠應(yīng)該根據(jù)自己舊設(shè)備的特點(diǎn)和新產(chǎn)品的需求制定合理的改造方案，把成本降到最低。

（2）氮?dú)獗Ｗo(hù)是無(wú)鉛化電子組裝提出的一個(gè)新問(wèn)題，目前研究表明：氮?dú)獗Ｗo(hù)對(duì)無(wú)鉛再流焊工藝有一定的改善作用。

（3）在使用氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下，需要建立無(wú)鉛氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)，這需要從再流焊設(shè)備和氮?dú)夤に囅到y(tǒng)兩方面著手。對(duì)于再流焊設(shè)備而言，要增加氮?dú)夤?yīng)接口和防止氮?dú)庑孤断嚓P(guān)措施，另外還需氧含量檢測(cè)設(shè)備，氮?dú)廨斎牍艿赖鹊取?

（4）氮?dú)庠吹墓?yīng)要考慮實(shí)際生產(chǎn)量而定，對(duì)于小批量生產(chǎn)，而且不間斷更換生產(chǎn)線的企業(yè)，可以采用罐裝液氮作為發(fā)生器，反之就要采用氮?dú)獍l(fā)生器來(lái)提供氮?dú)狻?/font>