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一文看懂:从锡矿到锡膏这家公司凭什么能一条龙做到底?

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发表于 2018-10-12 11:04:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
  日前,会昌县小山电子科技有限公司(“小山电子”)与广东仁开科技有限公司(“仁开科技”)达成战略合作伙伴关系,标志着全球首家端到端的锡膏产业体诞生。借助小山锡业的产业资源和仁开科技用于锡膏制造的数字式超声波技术,小山仁开联合体贯穿了从锡矿采冶、锡合金制备、超声波雾化锡粉、化助焊剂以及锡膏成品的整个产业链条,并在各个重要环节掌握了核心技术和独特工艺,力图在国外品牌独领的高端锡膏市场树立中国自主品牌锡膏的标杆。

  小山锡业位于有色金属富集的江西会昌县,其年产3000吨以上的精锡生产规模,约占全球精锡产量的1%。精锡的消费以焊料、锡化工产品及镀锡板为主,这三个领域的消费量占总量的80%,其中焊料更是消费主流,用量接近一半。小山电子是小山锡业旗下专注电子领域锡材产品研发生产的锡产品深加工企业,在锡线、锡条等领域具有一定的市场影响力。
  随着电子元器件的日趋小型化,锡膏已经取代锡条、锡线等传统产品,一跃成为电子元器件贴装的主流产品。虽然单个焊点的用锡量大大减少,但设备元器件的增多使得电子焊料的消耗总量并未显著下滑。由此带来的另一个发展趋势是,元器件针脚越来越细密,也就要求锡膏内所含锡粉越来越细。在保持细微粒度的同时,锡粉和助锡膏还需要更高的质量标准,才能满足现阶段电子产品PCB板制造高速、高密度、高强度以及更环保的焊接要求。比如,01005等细微元器件的日渐普及,手机等数码电子领域开始大量采用T5号无铅锡粉,并产生了无铅无卤、低残留免清洗等特殊要求。而这类高端锡膏市场,几乎全部掌握在铟泰、Alpha、千住等国外厂家手里,国内厂家毫无立足之地。
  掌握锡矿资源的厂商向下游延伸到锡材,是产业内很多大型企业惯常的径。目前全球最大的锡矿厂,同时也是全球最大、品类最全的锡化工产业。但是,矿冶到锡膏产品之间的技术鸿沟,让很多此类工厂的产品集中在锡线、锡条、锡棒等传统焊料产品上。虽然有过多次的科技攻关,但是在锡粉雾化和锡膏制作方面,仍然存在相当的技术障碍,更未掌握具备独特优势的创新型技术,大规模产业化的基础仍显不足。
  仁开科技所掌握的数字超声技术为中国锡膏在高端锡膏领域的弯道超车提供了机会。自2008年以来,仁开科技一直潜心于研究数字化超声波技术。并在自主研发的数字式超声波发生器的基础上,对锡粉的超声波雾化及筛分、助焊膏的超声波化以及锡膏生产等各环节进行了充分的工艺革新,从而使得所生产的锡膏具备了优越的性能和超高的稳定性。
  超声波的应用一般包括超声波发生器(电源)、换能器和共振器三大主要部件。超声波电源负责将市电的50Hz调频到20KHz以上,并用此高频电流驱动换能器产生快速的机械振动,机械振动通过共振器对外。超声波不仅可利用高频的机械振动,还会产生极端微,从而产生一些特殊性质改进。
  通过不同的共振器可以实现雾化(把液体振动成极细微的球形颗粒)、乳化(通过极端微使不同界面效应的达到匀质化混合)、焊接(利用高频机械能融化焊件表面再冷却焊合)、清洗(利用超声空化效应洗脱物质)等多种应用。
  超声波发生器研发的难点在于,换能器虽然有一定的共振频率,但这个频率随着负载、温度、压力、电流等不同而随时产生漂移。以往的模拟式电源结构简单,但对于换能器的频率变化追踪不及时,使得发生器的发波频率总是难以与换能器的共振频率达到最好的共振。从而导致超声系统的效率极低,大量的能量被浪费在发热上,不仅让超声效应难以达到最佳效果,更使得系统极不稳定。
  仁开的数字式超声波发生器解决了这个难题。通过纳秒级的快速运算和对反馈参数的独到调教,发生器的追频精度能达到0.1Hz,能量控制能达到0.1J,性能指标达到了国际先进水平。
  正是基于仁开自己所掌握的数字超声技术,他们在研发锡粉雾化设备时更加得心应手。仁开自研的超声波锡粉雾化系统,单机产能是国际同型设备的五倍以上。在T5以上超细微锡粉的出品率方面,更是大大领先。如果外购进口超声波电源(国产超声波发生器在精度和稳定型方面达不到要求),光这一项的采购价格就达数千万元。
  正因设备太过昂贵,目前国内90%以上的锡粉都还是采用相对落后的离心雾化工艺。虽经国内科研人员的大力改进,国内的离心雾化锡粉已达产品极致,但与超声雾化法所制锡粉相比,仍然差距较大。仁开科技所生产的超声雾化锡粉在产品圆度、光滑度、含氧量及活性控制等方面具有遥遥领先的优势。

  (自左至右分别为:国际顶尖超声T4锡粉2000倍、国内顶尖离心T4锡粉2000倍、仁开自研超声雾化T5锡粉3000倍)
  在解决了超细微锡粉雾化过程的结块问题的同时,同样是基于数字化的超声波发生器,仁开科技自主研发了直线式超声波振动筛。采用直线多层一次性分级筛分机,配以脉冲、常振等多种波形结合的超声波振动模式,能够一次性筛分出多种规格型号的锡粉,而且可以非常严格地控制锡粉的粒径分布。从而使得合金的熔点和液相线大为优化,为锡膏性能的优化打下良好的基础。
  另一方面,为了响应无铅无卤的环保要求,人们开始研发出多种添加了不同合金成分的锡合金来代替锡铅合金。其中添加了银和铜的锡合金性能比较平衡,应用最为广泛。但这种合金的焊接能力(润湿性)比较差,需要特殊的助焊剂配合。
  最大的难题在于,因为助焊剂成分的复杂性,助焊剂本身就难以稳定。助焊剂中往往是松香、有机酸以及各种复杂有机物、无机物、液体和固体的大杂烩。他们的一个共同特点是:这些成分之间就像水和油一样难以混溶。即使使用蛮力搅和在一起,也很难长时间保持稳定。
  日系厂商的解决办法简单使用高温将能融化的物质都先融化,再搅和成一体。稳定性问题解决了,副作用是产生了难看的颜色,残留物质的后续处理也比较麻烦。更难办的是产品的粘度变得稍微大了那么一点点。一般的使用倒是无妨,但如果涉及到高速印刷,粘度太大就会出大问题。而效率就是生命啊!
  美系厂商的方法比较保守。他们小心翼翼地控制温度,慢工出细活地慢慢熬;再辅以细致的运输、储存和生产管理,只为了让锡膏达成完美的状态。简而言之,他们并没有解决稳定性的问题,而只是通过过程控制,让锡膏保持极致状态。
  仁开则创造性地引入了超声波乳化工艺,利用超声波的独特效应,使助焊剂里的复杂成分达到级的匀质化,从而产生特别的稳定性。内部实验显示,仁开的助焊膏即便在60℃下放置72小时,仍然不影响使用。毕竟,超声技术是可以将水和油完全打造成匀质浆体而不分离的。

  基于仁开数字化超声技术的高品质雾化锡粉和化的助焊膏技术,仁开挑战了一系列的技术难度,并提出替代型的产品线、用低成本合金代替高成本合金;2、用自有技术产品替代进口同型产品。
  比如采用40%锡含量的LED灯珠电源用专用锡膏,主要用于替代目前含锡量55%的锡膏。市面上现有的这类锡膏主要是离心雾化的2.5号粉,但受限于技术,大量的极细微的锡粉也直接进入到锡膏成品中,这些细粉相当难熔,工艺上需要做适应性改进。而基于仁开的超声雾化锡粉的高品质和化助焊膏的独特性能,虽然锡含量降低了15%(相当于金属成本降低了20%以上),但焊接性能甚至比一般55%含锡量的锡膏更好。
  再如用50%含锡量的锡膏代替含锡63%的锡膏(一般还会有0.2~0.4%的银),性能已足以满足LED显示屏的SMT工艺。而用含银1%的105锡膏代替含银3%的305锡膏,广泛用于电子产品领域,在性能不降低的同时,成本则可以降下来25%以上,更能达成极低的空洞率,远远好于IPC标准。
  仁开还挑战了替代进口同型锡膏的技术高峰。目前手机等数码电子产品的锡膏全部使用进口锡膏,一方面是国产锡粉的质量不足以满足精密电子元件的焊接印刷要求,另一方面是助焊剂的焊接性能与高端产品存在不小的差异。为了减少客户的更换代价,仁开科技导入的超声波工艺在此两方面进行了极大的提升,进而使用自有技术达到了进口同型产品的性能要求。
  笔者从仁开科技了解到,上述多款替代产品在极大地降低了产品成本的同时,均不需要客户在工艺上做专门调整。工程师依循现有工艺即可完全实现无缝替代,从而减少了客户的更换成本,相信将在市场上掀起波澜。
  针对小山和仁开的战略合作,小山电子总经理王建国先生说:联合体结合了小山的产业资源和仁开独辟蹊径的锡膏技术,这种端到端的产业模式将为客户提供最优的产品组合和最灵活有利的商务政策,相信“用数字超声技术实现中国锡膏的全面超越”的这一宏大愿景,必将很快实现。
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发表于 2018-10-17 03:49:58 | 显示全部楼层
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发表于 2018-10-22 20:52:13 | 显示全部楼层
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