Générateurs d’azote pour l’électronique et la soudure
Dans une usine d’électronique, l’azote ne sert pas qu’à la soudure. La refusion, le brasage à la vague et le brasage sélectif exigent une atmosphère inerte à chaud, l’extrusion et la réticulation des câbles en demandent une pendant des heures d’affilée, et l’assemblage, le test et le stockage sec en consomment jour et nuit. NITROBERG® le produit sur votre site, à partir de l’air comprimé, à des qualités comprises entre 97 % et 99,999 %.
Ce que l’azote fait en fabrication électronique
Dans une usine d’électronique, l’azote ne répond pas à un besoin mais à plusieurs, et ils se présentent rarement ensemble. Une ligne de brasage a besoin d’une atmosphère inerte à chaud. Une ligne de réticulation ou d’extrusion en a besoin sans interruption. L’assemblage, le test et le stockage sec demandent un gaz de balayage propre et sec, à faible débit mais en continu.
Ce qui les relie, c’est l’oxygène. À la température du procédé, il attaque en quelques secondes l’alliage de brasure en fusion, les polymères fondus et les surfaces métalliques nues, et le dommage se voit plus tard : un joint faible, une cavité, une surface décolorée. L’azote ne réagit pas. Il chasse l’oxygène et laisse la chimie du procédé faire son travail.
Un générateur PSA tire ce gaz de l’air comprimé. L’air traverse un lit de tamis moléculaire carboné, qui capte l’oxygène, le dioxyde de carbone et l’humidité résiduelle bien plus vite que l’azote ; un second lit se régénère à plus basse pression pendant que le premier produit, si bien que le débit reste continu. La page sur le générateur d’azote PSA détaille le procédé, et l’article sur le tamis moléculaire carboné explique pourquoi c’est le tamis qui décide de ce que la machine peut atteindre.
Soudure sous azote : brasage par refusion, à la vague et sélectif
La soudure sous azote est la première application d’azote de la plupart des usines d’électronique, et les trois procédés ne réagissent pas de la même façon.
En brasage par refusion, le tunnel est inerté et le four consomme du gaz tant qu’il est chaud, entre les cartes autant que pendant leur passage. L’atmosphère inerte améliore la mouillabilité et l’étalement, réduit la pellicule d’oxyde à la surface de la brasure en fusion et élargit la fenêtre de procédé des flux no-clean à faible résidu, qui contiennent peu d’activateur et s’appuient sur l’atmosphère pour compenser. Sur les alliages sans plomb, sur les composants à pas fin et sur ceux à terminaisons en face inférieure, c’est souvent ce qui sépare un rendement stable d’un rendement limite.
En brasage à la vague, l’effet se situe surtout dans le bain. Un bain et une vague inertés forment beaucoup moins de scories, première source de perte d’alliage et de maintenance du bain sur une ligne à la vague, et le remplissage des trous métallisés progresse tandis que les ponts de brasure diminuent. Le brasage sélectif est celui qui consomme le moins des trois : l’azote à la buse la maintient mouillée et sans oxyde, ce qui tient la qualité des joints stable sur tout un poste.
Un seul chiffre décide de la spécification, et c’est l’oxygène résiduel. Les objectifs de procédé sont exprimés en concentration d’oxygène dans l’atmosphère, et l’oxygène contenu dans votre alimentation compte dans ce budget. Une alimentation à 99,9 % apporte 1 000 ppm et ne peut pas tenir une atmosphère à 500 ppm, quoi que fasse le four. Réglez la qualité du générateur au-dessus de l’objectif, puis confrontez-la à la spécification de l’équipement.
L’azote dans la production de câbles
Les câbleries utilisent l’azote autrement que les lignes d’assemblage : moins en ppm, beaucoup plus en heures.
Le principal usage est la réticulation. Sur les lignes de vulcanisation continue pour isolation XLPE réticulée au peroxyde, maintenir le tube sous azote plutôt que sous vapeur saturée tient l’eau à l’écart de l’isolant : les microvides que laisse la réticulation à la vapeur ne se forment pas et le conducteur isolé fini supporte davantage. L’extrusion et le compoundage utilisent l’azote pour inerter trémies, sécheurs et flux de matière fondue, afin que les composés sensibles à l’oxydation ne se dégradent pas avant la filière, et les lignes de fibre optique s’en servent comme atmosphère de protection là où le revêtement primaire est appliqué et polymérisé.
Deux conséquences pour le dimensionnement. La charge est continue et non pointue, et c’est le profil sur lequel la production sur site rapporte le plus face au gaz livré, car rien n’est loué pendant les heures creuses et rien ne s’évapore la nuit. Et une interruption n’arrête pas une machine, elle met au rebut tout ce qui se trouve dans la ligne : la taille du tampon et la stratégie de secours relèvent donc de la conception, pas du rapport de mise en service.
Comment dimensionner un générateur d’azote pour une usine d’électronique
Séparez les charges continues des charges intermittentes
Un four de refusion consomme dès qu’il est chaud, pas seulement quand des cartes défilent. Une ligne de réticulation ou d’extrusion consomme à débit constant, jour et nuit. Le brasage sélectif et le stockage sec consomment peu et par à-coups. Construisez d’abord la charge de base avec les consommateurs continus, puis posez le reste par-dessus.
Fixez la pureté sur l’atmosphère à tenir
L’oxygène résiduel de l’alimentation s’ajoute à l’oxygène du procédé : la qualité du générateur se situe donc au-dessus de la concentration que votre procédé impose. Prenez le procédé le plus exigeant de la liste, puis confrontez-le à la spécification de l’équipement lui-même plutôt qu’à une règle empirique.
Tranchez entre production à la demande et stockage
Remplir un tampon pendant les heures creuses permet de réduire à la fois le générateur et le compresseur, car les pointes de démarrage sortent du stockage et non de la machine. Une marche continue supprime cette accalmie et pousse dans l’autre sens. La décision change la taille avant même qu’un modèle soit choisi.
Vérifiez ce que cela signifie pour l’air comprimé
Multipliez votre débit d’azote par le facteur d’air de la qualité retenue : 3,4 à 99,9 %, 4,6 à 99,99 %, 6,4 à 99,999 %. La qualité compte autant que la quantité, car les entraînements d’huile et l’humidité résiduelle raccourcissent la durée de vie du tamis. NITROBERG® requiert un air comprimé conforme à ISO 8573-1:2010 classe 1.4.1 à 7 bar(g).
Besoin d’un dimensionnement pour votre application ?
Vous n’avez pas besoin d’un jeu de données complet pour commencer. Dites-nous en gros ce que vous consommez aujourd’hui et nous vous dirons si la production sur site mérite un examen plus poussé chez vous. Si vous avez déjà sous la main le débit, la pureté et les heures de fonctionnement, envoyez-les et vous recevrez une proposition de dimensionnement.
L’azote pour les semi-conducteurs : ce que la PSA couvre
Les sites de semi-conducteurs posent cette question plus précisément que les autres, et elle mérite une réponse nette.
Les opérations back-end sont pleinement à la portée d’un générateur PSA. Le report de puce, le câblage filaire, le moulage et la refusion des boîtiers demandent tous une atmosphère inerte à chaud, dans la même plage que la soudure de cartes électroniques. Il en va de même des armoires de stockage sec sous azote pour composants sensibles à l’humidité, du balayage des capotages d’équipement et des sas de chargement, de l’inertage des stockages de produits chimiques et de l’azote de servitude qu’une ligne d’assemblage et de test consomme. À 99,999 %, un générateur PSA délivre 10 ppm d’oxygène résiduel, ce qui couvre l’ensemble.
La fabrication front-end des plaquettes relève d’une autre spécification. L’azote de procédé y est de qualité ultra haute pureté, avec un oxygène et une humidité mesurés en parties par milliard, et il vient d’une séparation cryogénique de l’air et non d’une adsorption modulée en pression. Aucun générateur PSA n’atteint ce niveau, le nôtre compris. La conversation utile porte donc sur les usages de votre site qui ont réellement besoin d’un gaz de cette qualité front-end et sur ceux qui n’en ont pas besoin, car l’assemblage, le test, la mise en boîtier et le stockage n’en ont généralement pas.
Pourquoi les usines d’électronique produisent leur azote sur site
Une pureté que vous réglez
Le générateur est réglé sur la qualité dont votre procédé a besoin, entre 97 % et 99,999 %. Ce seul réglage décide de l’air comprimé qu’il faut derrière, et c’est là que se trouvent réellement les coûts d’exploitation.
Des pièces d’usure standard
Les filtres et les consommables sont des articles standard, disponibles dans le commerce. Aucun programme de pièces propriétaires ne vous attend après l’achat, et la question mérite d’être posée à chaque fournisseur que vous comparez : d’où viennent ses filtres ?
Une alimentation calée sur votre plan de production
Le gaz est produit là où il est utilisé, et un réservoir tampon couvre les interruptions courtes. Les changements de bouteilles et les créneaux de livraison disparaissent d’un planning qui tourne aussi la nuit.
Un accès direct au bureau d’études
Vos questions de dimensionnement sont traitées par les ingénieurs qui conçoivent les machines, pas par un centre d’appels. La livraison, la mise en service et le service viennent d’un seul interlocuteur au sein du BERG Group. La garantie est de trois ans en standard et jusqu’à cinq ans avec un contrat de maintenance.
L’azote produit sur site face aux bouteilles et à l’azote liquide
Les cadres de bouteilles paraissent bon marché parce que le coût est éclaté. La location court que le gaz soit consommé ou non, la livraison se facture à chaque passage, les contrats comportent des clauses d’indexation, et les cadres pleins comme les cadres vides occupent de la surface et un chemin de manutention dans un bâtiment où ni l’un ni l’autre n’est gratuit. Le changement tombe en général en plein milieu d’un poste. Une cuve d’azote liquide règle le débit et la pureté, mais le compteur tourne quand même : l’évaporation se poursuit la nuit et le week-end, et c’est un calendrier de livraison que vous ne maîtrisez pas qui décide du moment où la cuve est remplie.
Produire sur site remplace les deux par un investissement et une facture d’électricité que vous pouvez inscrire dans le taux horaire. Sur beaucoup des installations que nous avons livrées, l’amortissement face à une fourniture de gaz liquide s’est situé entre deux et trois ans. Que ce soit le cas chez vous dépend de votre profil de consommation et de votre prix de l’électricité : ce calcul mérite d’être mené ensemble plutôt que de s’en remettre à une règle empirique. Un point doit y figurer dès le départ : une pureté plus élevée multiplie l’air comprimé nécessaire, et si votre réseau existant est déjà proche de sa limite, un compresseur et un sécheur peuvent devenir une partie du projet plutôt qu’un ajout de dernière minute.
La gamme NITROBERG® s’étend de 1,2 à 1 709,1 Nm³/h : la même technologie couvre une seule cellule de brasage sélectif comme une câblerie entière. Là où le site ne dispose pas d’un réseau d’air comprimé adapté, le package de production d’azote réunit générateur, production d’air, traitement, stockage et régulation dans un ensemble pré-assemblé, en configurations plug-and-play pour les NITROBERG® 500 à 900. Les équipements sous pression NITROBERG® concernés font l’objet d’une évaluation de la conformité au titre de la directive PED 2014/68/UE, dans les limites du domaine certifié. La conception et la fabrication sont Made in Germany.
FAQ : générateurs d’azote pour l’électronique et la soudure
Cela découle de l’oxygène résiduel que votre procédé doit tenir, et la qualité de l’alimentation doit se situer au-dessus. L’oxygène du gaz que vous injectez compte dans l’atmosphère du four : 99,9 % apporte 1 000 ppm, 99,99 % apporte 100 ppm, 99,999 % apporte 10 ppm. Les générateurs NITROBERG® se règlent partout dans cette plage : la qualité est donc une décision de dimensionnement et non une propriété figée de la machine. Confrontez l’objectif à la spécification du four ou de la machine de brasage sélectif que vous exploitez.
En refusion, il améliore la mouillabilité et l’étalement, réduit la pellicule d’oxyde sur la brasure en fusion et élargit la fenêtre de procédé des flux no-clean à faible résidu, qui contiennent peu d’activateur et dépendent de l’atmosphère pour compenser. Cela pèse surtout sur les alliages sans plomb et sur les composants à pas fin ou à terminaisons en face inférieure. En brasage à la vague, l’effet principal porte sur les scories : un bain et une vague inertés en forment beaucoup moins, ce qui réduit la perte d’alliage et la maintenance du bain, et le remplissage des trous progresse tandis que les ponts de brasure diminuent.
Prenez le chiffre du constructeur du four plutôt qu’une règle empirique, car la consommation dépend de la longueur du tunnel, de la taille des ouvertures d’entrée et de sortie et de la conception des rideaux de gaz, pas du nombre de cartes que vous faites passer. Ce qui compte pour le dimensionnement, c’est que la consommation est continue tant que le four est chaud, périodes creuses entre les lots comprises : elle relève donc de la charge de base et non de la pointe.
En général oui, et dans une usine qui associe soudure, réticulation et stockage sec, c’est même la configuration habituelle. Deux conditions la déterminent. Un générateur tourne à une seule qualité : le procédé le plus exigeant fixe donc la pureté, et tous les autres consommateurs tournent à cette qualité et en paient l’air comprimé. Et la capacité doit couvrir les consommateurs qui tournent réellement en même temps, plus une réserve pour la ligne suivante. Lorsqu’un procédé demande une qualité bien supérieure au reste, une alimentation séparée revient souvent moins cher que de relever l’ensemble.
Pour l’assemblage, le test et la mise en boîtier, oui. Le report de puce, le câblage filaire, le moulage, la refusion des boîtiers, le stockage sec sous azote, le balayage des équipements et des sas de chargement ainsi que l’azote de servitude se situent tous dans la plage que délivre un générateur PSA, et 99,999 % correspond à 10 ppm d’oxygène résiduel. La fabrication front-end des plaquettes relève d’une autre spécification : l’azote de procédé y est de qualité ultra haute pureté, avec un oxygène et une humidité en parties par milliard, et il vient d’une séparation cryogénique de l’air, pas d’une PSA.
La réticulation en est le principal usage. Sur les lignes de vulcanisation continue pour isolation XLPE réticulée au peroxyde, maintenir le tube sous azote plutôt que sous vapeur saturée tient l’eau à l’écart de l’isolant, si bien que les microvides laissés par la réticulation à la vapeur ne se forment pas. Au-delà, l’azote inerte les trémies, les sécheurs et les flux de matière fondue en extrusion et en compoundage, pour que les composés sensibles à l’oxydation ne se dégradent pas avant la filière, et il protège les revêtements de fibre optique pendant leur application et leur polymérisation.
Le réservoir d’azote constitue un tampon, qui couvre les interruptions courtes et vous laisse le temps de réagir. La taille de tampon qui vaut la peine d’être installée dépend de ce que coûte une interruption : une ligne de brasage peut en général être maintenue en marche, alors qu’une ligne de réticulation ou d’extrusion en continu met au rebut ce qui s’y trouve. La taille du tampon et la stratégie de secours se définissent donc avec la conception de l’installation et les exigences qui s’appliquent sur votre site.