Generadores de nitrógeno para la fabricación electrónica
En una planta de electrónica el nitrógeno circula por más sitios que la línea de soldadura. La soldadura por refusión, por ola y selectiva necesita una atmósfera inerte a temperatura de proceso, la extrusión y la reticulación de cable la necesitan durante horas seguidas, y el montaje, el test y el almacenamiento en atmósfera de nitrógeno consumen gas a todas horas. NITROBERG® lo produce a partir de aire comprimido en sus propias instalaciones, con calidades del 97 % al 99,999 %.
Qué hace el nitrógeno en la fabricación electrónica
En una planta de electrónica el nitrógeno no responde a un requisito, sino a varios, y rara vez coinciden. Una línea de soldadura necesita una atmósfera inerte a temperatura de proceso. Una línea de reticulación o de extrusión la necesita sin interrupciones. El montaje, el test y el almacenamiento bajo nitrógeno necesitan un gas de purga limpio y seco, de caudal bajo pero sin huecos.
Lo que los une es el oxígeno. A temperatura de proceso ataca en segundos el estaño fundido, los polímeros fundidos y las superficies metálicas desnudas, y el daño aparece más tarde como una unión débil, un vacío o una superficie decolorada. El nitrógeno no reacciona: desplaza al oxígeno y deja que la química del proceso haga su trabajo.
Un generador PSA produce ese gas a partir de aire comprimido. El aire atraviesa un lecho de tamiz molecular de carbono, que capta el oxígeno, el dióxido de carbono y la humedad residual mucho más deprisa que el nitrógeno; un segundo lecho se regenera a menor presión mientras el primero produce, y la producción se mantiene continua. La página del generador de nitrógeno PSA explica el proceso, y el artículo sobre el tamiz molecular de carbono aclara por qué el tamiz decide hasta dónde llega la máquina.
Soldadura bajo nitrógeno: refusión, ola y selectiva
La soldadura bajo nitrógeno es por donde empieza la mayoría de las plantas de electrónica, y las tres variantes se comportan de forma distinta.
En la soldadura por refusión (reflow) el túnel se inunda, y el horno consume gas mientras esté caliente, tanto entre placas como durante el paso de cada una. La atmósfera inerte mejora la mojabilidad y la extensión de la aleación de estaño, reduce la capa de óxido sobre el metal fundido y amplía la ventana de proceso de los fundentes sin limpieza (no-clean) de bajo residuo, que llevan poco activador y se apoyan en la atmósfera. En aleaciones sin plomo y en componentes de paso fino (fine pitch) o de terminación inferior, eso es a menudo lo que separa un rendimiento estable de uno que se queda al límite.
En la soldadura por ola el efecto está sobre todo en el tanque de soldadura. Un tanque y una ola inertizados forman mucha menos escoria, la principal fuente de pérdida de estaño y de mantenimiento en una línea de ola, y con ello mejora el llenado de los orificios y disminuyen los puentes de estaño. La soldadura selectiva es la que menos gas consume de las tres: el nitrógeno en la boquilla la mantiene humectada y libre de óxido, lo que sostiene la calidad de la unión a lo largo de un turno.
Una sola cifra decide la especificación, y es el oxígeno residual. Los objetivos de proceso se indican como concentración de oxígeno en la atmósfera, y el oxígeno de su suministro cuenta dentro de ese margen. Un suministro al 99,9 % lleva 1.000 ppm y no puede sostener una atmósfera de 500 ppm, haga lo que haga el horno. Ajuste la calidad del generador por encima del objetivo y confírmela frente a la especificación del equipo.
Nitrógeno en la fabricación de cable
Las fábricas de cable usan el nitrógeno de forma distinta a las líneas de montaje: menos en ppm y más en horas.
El mayor consumo es la reticulación. En las líneas de vulcanización continua para aislamiento XLPE reticulado con peróxido, mantener el tubo bajo nitrógeno en lugar de vapor saturado deja el agua fuera del aislamiento, de modo que no se forman los microvacíos que deja el curado con vapor y el núcleo acabado resiste más. La extrusión y el compounding usan nitrógeno para inertizar tolvas, secadores y masa fundida, para que los compuestos sensibles a la oxidación no se degraden antes del cabezal, y las líneas de fibra óptica lo emplean como atmósfera protectora allí donde se aplica y se cura el recubrimiento primario.
De ahí salen dos consecuencias para el dimensionamiento. La carga es continua y no de picos, que es el perfil en el que generar in situ más compensa frente al gas suministrado, porque no se alquila nada en las horas flojas ni se evapora nada de noche. Y una interrupción no para una máquina: convierte en chatarra lo que haya dentro de la línea, así que el tamaño del pulmón y la estrategia de reserva pertenecen al diseño, no al informe de puesta en servicio.
Cómo dimensionar un generador de nitrógeno para una planta de electrónica
Separe las cargas continuas de las intermitentes
Un horno de refusión consume siempre que está caliente, no solo cuando pasan placas. Una línea de reticulación o de extrusión consume un caudal constante las veinticuatro horas. La soldadura selectiva y el almacenamiento bajo nitrógeno consumen poco y de forma intermitente. Construya primero la carga base con los consumidores continuos y ponga el resto encima.
Fije la pureza a partir de la atmósfera que tiene que sostener
El oxígeno residual del suministro se suma al oxígeno del proceso, así que la calidad del generador tiene que quedar por encima de la concentración que especifica su proceso. Tome el proceso más exigente de la lista y confírmelo frente a la especificación del equipo, no frente a una regla general.
Decida entre producir a demanda o desde un depósito pulmón
Llenar un depósito pulmón mientras la planta está parada permite que tanto el generador como el compresor sean más pequeños, porque los picos de arranque salen del pulmón y no de la máquina. El funcionamiento las veinticuatro horas elimina ese periodo de calma y apunta en sentido contrario. La decisión cambia el tamaño antes de elegir ningún modelo.
Compruebe qué supone eso en aire comprimido
Multiplique su caudal de nitrógeno por el factor aire de la calidad elegida: 3,4 al 99,9 %, 4,6 al 99,99 % y 6,4 al 99,999 %. La calidad cuenta tanto como la cantidad, porque el arrastre de aceite y la humedad residual acortan la vida del tamiz. NITROBERG requiere aire comprimido conforme a ISO 8573-1:2010 clase 1.4.1 a 7 bar(g).
¿Necesita dimensionar para su aplicación?
No necesita tener todos los datos para empezar. Cuéntenos a grandes rasgos qué consume hoy y le diremos si generar in situ merece la pena estudiarlo con más detalle en su caso. Si ya tiene a mano el caudal, la pureza y las horas de funcionamiento, envíelos y recibirá una propuesta de dimensionamiento.
Nitrógeno para la fabricación de semiconductores: hasta dónde llega el PSA
Las plantas de semiconductores plantean esta pregunta con más precisión, así que conviene responderla sin rodeos.
Las operaciones de back-end quedan de lleno al alcance de un generador PSA. La fijación del chip (die attach), la soldadura de hilos (wire bonding), el moldeo del encapsulado y la refusión del encapsulado necesitan una atmósfera inerte a temperatura de proceso, en el mismo rango que la soldadura a nivel de placa. También los armarios de almacenamiento bajo nitrógeno para dispositivos sensibles a la humedad, la purga de recintos de equipos y de cámaras de carga, la inertización del almacenamiento de productos químicos y el nitrógeno de servicios generales de una línea de montaje y test. Al 99,999 % un generador PSA entrega 10 ppm de oxígeno residual, y eso lo cubre.
La fabricación de obleas, el front-end, es otra especificación. Allí el nitrógeno de proceso es de pureza ultraelevada (UHP), con el oxígeno y la humedad medidos en partes por mil millones (ppb), y sale de la separación criogénica del aire y no de la adsorción por oscilación de presión. Ningún generador PSA llega ahí, tampoco el nuestro. La conversación útil es, por tanto, la de determinar qué consumos de su planta necesitan gas de calidad front-end y cuáles no, porque el montaje, el test, el encapsulado y el almacenamiento normalmente no.
Por qué las plantas de electrónica generan el nitrógeno in situ
Una pureza que usted ajusta
El generador se ajusta a la calidad que necesita su proceso, entre el 97 % y el 99,999 %. Ese único ajuste decide el aire comprimido que va detrás, y ahí es donde están los costes de explotación.
Piezas de desgaste estándar
Los filtros y los consumibles son productos estándar disponibles en el mercado. Después de la compra no queda atado a piezas exclusivas del fabricante, y merece la pena preguntar a cada proveedor que compare de dónde salen sus filtros.
Un suministro que sigue su plan de producción
El gas se produce donde se usa, y un depósito pulmón cubre las interrupciones cortas. Los cambios de botella y las ventanas de entrega desaparecen de una planificación que no se detiene de noche.
Acceso directo a ingeniería
Las preguntas de dimensionamiento llegan a quienes diseñan las máquinas, no a un centro de llamadas. El suministro, la puesta en servicio y el mantenimiento salen de un único interlocutor dentro del BERG Group. La garantía es de tres años de serie y de hasta cinco años con contrato de servicio.
Nitrógeno in situ frente a botellas y suministro de líquido
Las baterías de botellas parecen baratas porque el coste está repartido. El alquiler corre se use el gas o no, la entrega se cobra por porte, los contratos llevan cláusulas de revisión de precios, y las baterías llenas y las vacías necesitan espacio en planta y un recorrido de manipulación por un edificio donde nada de eso sale gratis. El cambio, además, suele caer en mitad de un turno. Un tanque de nitrógeno líquido resuelve el caudal y la pureza, pero el contador sigue corriendo: la evaporación continúa de noche y los fines de semana, y un calendario que usted no controla decide cuándo está lleno el tanque.
Generar in situ cambia las dos cosas por una inversión y una factura eléctrica que usted puede imputar al coste por hora. En muchas de las plantas que hemos suministrado, la amortización frente al suministro de gas licuado se ha situado en un plazo de dos a tres años. Que ocurra lo mismo en su caso depende de su perfil de consumo y de su precio de la electricidad, de modo que ese cálculo conviene hacerlo juntos en lugar de aplicar una regla general. Hay un dato que debe entrar en ese cálculo desde el principio: una pureza mayor multiplica el aire comprimido que necesita, así que si su red ya está cerca del límite, un compresor y un secador pueden formar parte del proyecto en lugar de aparecer al final.
La gama NITROBERG va de 1,2 a 1.709,1 Nm³/h, de modo que la misma tecnología cubre una sola célula de soldadura selectiva y una fábrica de cable. Cuando una planta no tiene una red de aire comprimido adecuada, el sistema completo de generación de nitrógeno reúne generador, producción de aire, tratamiento, almacenamiento y control en una unidad premontada, en configuraciones plug-and-play para los NITROBERG 500 a 900. Los equipos a presión NITROBERG afectados se someten a evaluación de la conformidad conforme a la Directiva 2014/68/UE de equipos a presión, dentro del alcance certificado. La ingeniería y la fabricación son Made in Germany.
Preguntas frecuentes: generadores de nitrógeno para electrónica y soldadura
La pureza necesaria se deduce del oxígeno residual que su proceso tiene que sostener, y el suministro tiene que quedar por encima. El oxígeno del gas que usted introduce cuenta en la atmósfera del horno: el 99,9 % lleva 1.000 ppm, el 99,99 % lleva 100 ppm y el 99,999 % lleva 10 ppm. Los generadores NITROBERG® se configuran en todo ese rango, así que la calidad es una decisión de dimensionamiento y no una propiedad fija de la máquina. Confirme el objetivo frente a la especificación del horno o del equipo de soldadura selectiva que utilice.
En refusión mejora la mojabilidad y la extensión de la aleación de estaño, reduce la capa de óxido sobre el metal fundido y amplía la ventana de proceso de los fundentes sin limpieza de bajo residuo, que llevan poco activador y se apoyan en la atmósfera. Eso pesa sobre todo en aleaciones sin plomo y en componentes de paso fino o de terminación inferior. En la soldadura por ola el efecto principal es la escoria: un tanque y una ola inertizados forman mucha menos, lo que reduce la pérdida de estaño y el mantenimiento del tanque, y con ello mejora el llenado de los orificios y disminuyen los puentes de estaño.
Tome la cifra del fabricante del horno y no de una regla general, porque el consumo depende de la longitud del túnel, del tamaño de las aberturas de entrada y salida y del diseño de las cortinas de gas, no del número de placas que procese. Para dimensionar importa que el consumo sea continuo mientras el horno está caliente, periodos de espera entre lotes incluidos, así que pertenece a la carga base y no al pico.
Normalmente sí, y en una planta con soldadura, reticulación y almacenamiento bajo nitrógeno es la disposición habitual. Lo deciden dos condiciones. Un generador funciona a una sola calidad, de modo que el proceso más exigente fija la pureza y el resto de consumidores funciona a esa calidad y paga el aire comprimido que lleva. Y la capacidad tiene que cubrir los consumidores que funcionan a la vez, más un margen para la siguiente línea. Cuando un proceso necesita una calidad muy superior al resto, un suministro separado suele salir más barato que subirlo todo.
Para montaje, test y encapsulado, sí. La fijación del chip, la soldadura de hilos, el moldeo y la refusión del encapsulado, el almacenamiento bajo nitrógeno, la purga de equipos y de cámaras de carga y el nitrógeno de servicios generales entran en el rango que entrega un generador PSA, y el 99,999 % corresponde a 10 ppm de oxígeno residual. La fabricación de obleas, el front-end, es otra especificación: allí el nitrógeno de proceso es de pureza ultraelevada, con el oxígeno y la humedad en partes por mil millones (ppb), y eso sale de la separación criogénica del aire, no del PSA.
El mayor consumo es la reticulación. En las líneas de vulcanización continua para aislamiento XLPE reticulado con peróxido, mantener el tubo bajo nitrógeno en lugar de vapor saturado deja el agua fuera del aislamiento, de modo que no se forman los microvacíos que deja el curado con vapor. Más allá de eso, el nitrógeno inertiza tolvas, secadores y masa fundida en extrusión y compounding para que los compuestos sensibles a la oxidación no se degraden antes del cabezal, y protege los recubrimientos de fibra óptica mientras se aplican y curan.
El depósito de nitrógeno actúa de pulmón: cubre interrupciones cortas y da tiempo a reaccionar. Qué tamaño de pulmón merece la pena instalar depende de lo que cuesta una interrupción: una línea de soldadura normalmente se puede detener sin más, mientras que una línea continua de reticulación o extrusión convierte en chatarra lo que tiene dentro. Por eso el tamaño del pulmón y la estrategia de reserva se definen junto con el diseño de la instalación y los requisitos aplicables en su emplazamiento.