高精度微量氧檢測：驅(qū)動SMT回流焊工藝升級的核心引擎

在現(xiàn)代電子制造領(lǐng)域，表面貼裝技術(shù)（SMT）是決定產(chǎn)品微型化與精密度的關(guān)鍵。作為SMT的核心環(huán)節(jié)，回流焊工藝的質(zhì)量直接關(guān)乎最終產(chǎn)品的性能與可靠性。隨著行業(yè)對品質(zhì)與成本控制的要求日益嚴(yán)苛，在氮氣保護(hù)環(huán)境下進(jìn)行回流焊已成為標(biāo)配。而這一工藝的優(yōu)化核心，正聚焦于對保護(hù)氣氛中微量氧氣（O?）濃度的精準(zhǔn)監(jiān)測與控制。

一、 氮氣保護(hù)中精準(zhǔn)控氧需求的必然性

SMT氮氣回流焊通過向爐內(nèi)注入氮氣，置換氧氣，以創(chuàng)造一個低氧的焊接環(huán)境。此舉主要為實現(xiàn)兩大核心目的：

1. 抑制氧化：熱量與金屬表面相遇必然伴隨氧化反應(yīng)。降低環(huán)境氧濃度是防止焊盤、元件引腳及焊料自身氧化的根本手段。

2. 改善潤濕性：合適的低氧環(huán)境能有效降低熔融焊料的表面張力，使其更好地鋪展與結(jié)合，形成強度高、外觀佳的焊點。

然而，氮氣保護(hù)并非簡單地追求“氧氣越低越好”。不同產(chǎn)品與工藝段，對氧含量的要求存在精細(xì)化的差異。過低的濃度可能導(dǎo)致成本激增，而過高的濃度則無法有效抑制氧化。因此，將氧濃度精準(zhǔn)穩(wěn)定在目標(biāo)PPM（百萬分比濃度）區(qū)間，是實現(xiàn)品質(zhì)、成本與效率平衡的關(guān)鍵。

不同氧濃度PPM等級對應(yīng)的工藝質(zhì)量：

• 10 PPM以下：適用于芯片級封裝等對氧化零容忍的應(yīng)用。

• 約100 PPM：可實現(xiàn)良好的焊接性與精度，滿足絕大多數(shù)高可靠性產(chǎn)品要求。

• 1,000至2,000 PPM：為常用范圍，能獲得良好的潤濕性，但效果相對普通。

• 超過2,000 PPM：僅適用于特定板型，雖成本較低，但焊接質(zhì)量與一致性面臨挑戰(zhàn)。

二、 精準(zhǔn)微量氧檢測帶來的四大核心效益

引入高精度、高響應(yīng)的微量氧檢測與分析手段，能為回流焊工藝帶來顯著提升。

1. 顯著提升焊接質(zhì)量

精準(zhǔn)的氧濃度控制為焊點形成提供了理想環(huán)境，能最大限度減少氣孔、虛焊、冷焊等常見缺陷。這些微觀瑕疵是影響電子設(shè)備長期可靠性的潛在隱患，而精確的氧濃度監(jiān)測正是從源頭上杜絕劣質(zhì)焊點的第一道防線。

2. 增強產(chǎn)品長期可靠性

電子產(chǎn)品的價值在于其持久穩(wěn)定的性能。在最佳氧濃度環(huán)境下形成的焊點，其機械強度與電氣連接性能更優(yōu)，從而賦予產(chǎn)品更高的可靠性和更長的使用壽命。每一個牢固的焊點，都是為產(chǎn)品持久運行精心打造的基石。

3. 實現(xiàn)綜合成本優(yōu)化

制造效率關(guān)乎吞吐率，更關(guān)乎資源利用率。精準(zhǔn)的氧濃度檢測與閉環(huán)控制，能避免氮氣的過量消耗，直接降低氣體成本。同時，通過大幅減少因焊接缺陷導(dǎo)致的廢品與返工，制造商能實現(xiàn)顯著的成本節(jié)約，真正實現(xiàn)質(zhì)量與效益的雙贏。

4. 確保符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

在高度規(guī)范的電子制造領(lǐng)域，對工藝參數(shù)的嚴(yán)格控制不僅是最佳實踐，更是滿足各類國際與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如IPC標(biāo)準(zhǔn)）的強制性要求。精準(zhǔn)的氧濃度檢測與數(shù)據(jù)記錄，為合規(guī)性提供了有力證明，成為產(chǎn)品進(jìn)入市場的“通行證”，彰顯企業(yè)對品質(zhì)的承諾。

三、 四方儀器解決方案：Gasboard-3050系列微量氧分析儀

為滿足半導(dǎo)體及電子制造行業(yè)對低濃度氧氣檢測的需求，四方儀器依托其在氧化鋯傳感器領(lǐng)域的深厚技術(shù)積累，成功推出了Gasboard-3050系列低濃度氧氣分析儀。該系列產(chǎn)品以其0.1 ppm的分辨率和寬廣的量程覆蓋（0–10 ppm至100% O?），為工藝優(yōu)化提供了精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

圖1 四方儀器氧化鋯傳感器生產(chǎn)線及不同類型氧化鋯傳感器芯片產(chǎn)品

其中，Gasboard-3052多通道微量氧分析儀更是為現(xiàn)代回流焊爐量身打造的閉環(huán)控制解決方案。

圖2 Gasboard-3052微量氧分析儀

圖3 回流焊爐氮氣流閉環(huán)控制氣路圖

圖4 Gasboard-3052的回流焊爐氮氣流閉環(huán)控制設(shè)計

核心技術(shù)與特性：

• 高精度多通道監(jiān)測：采用快速響應(yīng)的氧化鋯傳感器（T90 < 5s），支持1ppm~30% 的寬量程測量。支持多通道自動切換采樣，并能自定義各通道功能（固定監(jiān)測或優(yōu)先控制），在輪巡測量下仍能保持控制精度。

• 智能閉環(huán)控制：儀器集成PFC（比例流量控制）模塊，基于可編程的PID算法，能夠根據(jù)實時測量的氧濃度數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)節(jié)各注入?yún)^(qū)的氮氣閥門開度。這種“軟控制”策略避免了閥門的頻繁機械磨損，實現(xiàn)了精準(zhǔn)、柔性的氣氛管理。

• 穩(wěn)定性與易用性：搭載經(jīng)現(xiàn)場驗證的氧化鋯傳感器，具備優(yōu)異的再現(xiàn)性與長期穩(wěn)定性。僅需3~5分鐘預(yù)熱即可投入工作，并提供豐富的通訊接口（RS-232/RS-485）與模擬輸出，便于系統(tǒng)集成。

為客戶創(chuàng)造的核心價值：

• 節(jié)能降本：通過避免氮氣浪費與減少加熱能耗，助力客戶實現(xiàn)綜合節(jié)能率30%以上。

• 即插即用：產(chǎn)品已通過主流回流焊爐廠商的系統(tǒng)集成驗證，極大縮短了部署與調(diào)試時間。

• 提升良率：為焊接環(huán)境提供堅實保障，直接提升產(chǎn)品直通率。

在SMT回流焊工藝中，對微量氧濃度的精準(zhǔn)控制已從一項優(yōu)化措施，演進(jìn)為決定制造競爭力的核心技術(shù)環(huán)節(jié)。四方儀器的Gasboard-3050系列分析儀，以其精度、智能的控制策略與可靠的性能，正成為電子制造商優(yōu)化工藝、降本增效，贏取未來的可信賴之選。