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氮氣在SMT行業中的應用

時間:2015/1/7 13:54:42  字體:
 

氮氣在SMT行業中的應用

  近幾年來,隨著無鉛化的呼聲越來越高,以及惰性氮氣焊接在提高產品的質量上受到人們的青睞。雖然,選購氮氣氛需要花費一定的資金,但比起環保要求以及因焊缺陷帶來的返修成本要低得多。為此,惰性氮氣氛在SMT的焊接中的作用越來越受到人們的重視,并將逐漸被人們接受和推廣應用。不過,氮氣的使用成本除了在很大程度上取決于流動速率、操作小時數和回焊爐的結構以及生產工藝外,氮氣源的選擇更為重要。
   1
、氮氣的來源主要有兩種:液態罐裝氮,用制氮機產生氮氣(直接從空氣總提取氮氣)。
液態罐裝氮(一噸的液氮相當于常溫常壓下780m3的有效氮氣)
用大型制氮設備制造出氣態氮氣,然后經過超高壓、超低溫處理(通常是:500Mpa,1800C),使它轉化成液氮。我們使用(就是往爐子中輸入氮氣)的是氣態氮。所以在用液氮前必需有一個氣化的過程:減壓、升溫,與液氮存罐相連的幾道彎曲的管道,外部結滿冰,并伴隨白霧直冒,這是液氮在氣化過程中吸收管道周圍的溫度。但如果是在北方或較寒冷的地區,到了冬天,液氮氣化需有其他設施輔助。除此之外,存罐中的液氮需經常補充,這也給采購和運輸帶來麻煩與壓力。同時長期大量使用液氮,總體投資很大。

   2、制氮機有兩種:膜分離制氮機,PSA制氮機:
膜分離制氮機:單位時間的產氣量小(只適合配套單臺爐),可達到的氮氣純度較低(99.9%或氧含量<1000ppm),并且對與此配套的空壓機出口壓力要求高(即壓降大,甚至高達O.3~0.4Mpa),能耗大,而且其核心部件——中空纖維膜主要依賴進口,價格高,交貨周期長,設備維護麻煩。
PSA
制氮機:采用碳分子篩為吸附劑,利用變壓吸附工藝,依據特定的流程設計,直接產生高純氮(氮氣純度較低,99.99%~99.998%或氧含量<20100ppm)充入爐子。

   3、PSA法現場制氮機在SMT行業中的實際使用案例
選用現場PSA制氮機首先要考慮的是用氣量和氮氣純度:
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、單位時間的耗氣量(通常以每小時多少立方米計算):不同品牌、不同型號的爐子耗氣量不同,輸入PCB的尺寸不同耗氣量也不同,鏈條轉動的速度不同耗氣量也不一樣,所以確切的耗氣量要以現場實驗為依據,NIDEC每臺爐子的氮氣使用量為 20m3/h
   2
、氮氣的純度(多少個九,或氧含量的ppm);先確定爐子中的氮氣純度,再確定制氮機出口純度。氧化反應的充要條件是氧分子的存在,同樣條件下氧含量越高,氧化反應越激烈;反之氧含量越低,氧化反應越微弱。當然氮氣純度越高越好,但應考慮投資成本與產品的不良率和返工量的平衡。目前大多數的電子廠商都選擇:99.99%或氧含量l00ppm,也有選擇:99.9%或氧含量1000ppm,少數選擇:99.999%或氧含量10ppm。所以確切的純度應根據產品的檔次、允許的不良率、公司政策、產品對浸潤性的要求等因素決定。確定了爐子中的氮氣純度后,再確定制氮機出口純度;通常制氮機不與SMT生產線一起放在車間里,而是放在屋頂,或車間外,通過管道輸入爐子,之間有很多個連接口,很有可能造成氮氣純度下降,所以制氮機的出口純度也要有余額。NIDEC使用的純度為99.99%制氮機,出口氧含量<100ppm。
下面以一套純度為99.99%,產氣量為20m3/Hr 的氮氣發生機用于一條SMT生產線,作出簡要經濟性分析與比較如下:
   1
、液氮使用成本
市場上的液氮約為1200/噸,一噸液氮可氣化成純度為99.99%,780m3的氣態氮,所以購買1m3的氮氣價格是1.4元。如果加上液氮儲罐的租金、汽化器的購置費、每年人工的費用等,使用1m3氮氣的成本接近1.6元。
   2
、PSA制氮機的使用成本
現場PSA制氮機的使用成本主要是電能的消耗,電能的消耗主要來自以下幾個方面:
空壓機:空壓機的額定功率為22kw(已考慮余量),因為在系統選型時就考慮到空壓機的卸載和適當的壓縮空氣余量,所以空壓機的實際消耗功率約為額定功率的80%左右,即為:17.6kw左右。電費按0.6元計算,一年的平均運行時間為8000小時,每年電費總計為17.6×8000×0.6=84480元。
冷凍干燥機:冷凍干燥機的額定功率為1kw.。冷干機的電費總計為 1×8000×0.6=4800元。
制氮機:制氮機的原料是壓縮空氣,而制氮機本身基本不耗電,其主要是儀表用電,額定功率大約為0.4kw。
   
每年電費總計0.4×8000×0.6=1920元。
   
人工費:因設備無須專人職守,所以該套制氣設備在計算運行成本時,可忽略不計。
   
設備折舊費:設備投資按20萬元計算,每年折舊2萬元。
   
單位立方氮氣成本為(8.5+0.48+0.2+2)÷(20×8000)=0.7
   
兩種用氮方式每年差價為20×8000×1.7-0.7=16萬元
   
所以PSA制氮機投資回收期僅為10個月。(即16÷20

   
從兩種氮氣來源的經濟性,方便性等對比,現場制氮具有明顯的優勢,PSA制氮機是首選。

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