Вакуумная пайка - Технологии и Системы пайки в вакууме

 

Вакуумная пайка - предпосылки

Пайку можно назвать одним из самых сложных этапов при производстве радиоэлектронной продукции. Построение и отладка термопрофиля — непростой процесс, который под силу опытным и, зачастую, креативным сотрудникам. Но даже имея идеальный термопрофиль, в условиях производства можно столкнуться с массой дефектов, возникающих при пайке. В более ответственных сферах производства радиоэлектронной продукции появляется необходимость создания максимально надежного паяного соединения, устойчивого к коррозии и способного перенести различные воздействия, как температурные, так и механические. Одним из параметров надежности паяного соединения можно назвать его однородность. Присутствие пустот в паяном соединении может привести к коррозии и последующему выходу изделия из строя. Также одним из важных факторов качественной пайки можно назвать смачиваемость спаиваемых поверхностей.

 

Вакуумная пайка

Вакуум используется в процессе пайки два раза. Первый раз — сразу после помещения продукта пайки в систему пайки в вакууме. Это действие используется для удаления воздуха из рабочей камеры. После создания вакуума камера может быть наполнена специальным газом или смесью газов.

Второй раз вакуум создается в фазе оплавления. При переходе припоя в жидкое состояние вакуум позволяет выместить воздух из объема паяного соединения, таким образом можно удалить образовавшиеся пустоты. После достижения вакуума в рабочую камеру может быть также подан газ (или смесь газов) для создания дополнительных условий при пайке.

 

Системы вакуумной пайки

Системы вакуумной пайки предназначены для высококачественной бездефектной вакуумной пайки и пайки в специальной атмосфере (технологическом газе или вакууме) полупроводниковых устройств, силовых приборов и изделий микроэлектроники. Использование вакуума позволяет исключить появление пустот в паяном соединении. В качестве нагревательного элемента используется нагревательная плита размерами 160х160, 320х320 и 1000х320 мм в зависимости от модели оборудования. Для повышения качества паяного соединения пайку можно проводить в специальной атмосфере, что позволяет минимизировать процессы окисления и улучшить смачиваемость поверхностей.

Системы вакуумной пайки Budatec (читать подробнее ...)

 

Технологии вакуумной пайки

Технологию пайки можно условно разделить на две группы по типу активации поверхностей перед пайкой:

• пайка с использованием флюса;

• пайка без использования флюса.

 

Пайка с использованием флюса

При этом способе пайки функцию активатора поверхностей перед пайкой будет выполнять флюс. Специальная среда, которая может создаваться в современных системах вакуумной пайки, должна обеспечивать лишь отсутствие окислений на спаиваемых поверхностях.

В качестве инертной среды можно использовать следующие газы:

• азот, аргон и т. д. (любые инертные газы);

• формир-газ (95% азота + 5% водорода).

Азот
Газообразный азот широко используется в промышленности, благодаря своей химической инертности.
Достоинства:

• Нет окисления при пайке.

• Доступность и безопасность при работе.


Недостаток — не подготавливает площадки и поверхности к пайке.

Формир-газ
Формир-газ — это смесь из 95% азота и 5% водорода. Основное свойство водорода — способность разрушать оксидные пленки на поверхностях, тем самым удаляются окисления. Достоинства:

• Активация площадок, создание инертной среды.

• Нет специальных требований к безопасности.

Недостаток — низкая способность подготовки поверхности к пайке.

 

Пайка без использования флюса

Этот способ пайки целесообразно использовать при производстве изделий с высокой степенью ответственности. Технология пайки без использования флюса является гораздо более «чистой», так как после пайки отсутствуют загрязнения от веществ, находящихся в составе флюса. Остатки флюса необходимо тщательно удалять с помощью отмывки, так как зачастую они становятся причиной выхода изделия из строя. При пайке без флюса специальная атмосфера, создаваемая в рабочей камере, должна не только обеспечивать активацию поверхностей при пайке, но и препятствовать образованию окислений.

Возможные варианты специальной атмосферы при пайке без использования флюса:

• пайка в парах муравьиной кислоты (HCOOH);

• пайка в водородной среде (H2);

• пайка с использованием плазмы.

 

Пайка в парах муравьиной кислоты (HCOOH)

Муравьиная кислота — химический реагент, позволяющий очистить поверхность от окислений. В системах вакуумной пайки инертный газ проходит через емкость с муравьиной кислотой, в результате чего образуется «влажный газ», содержащий пары муравьиной кислоты. Пар, взаимодействуя с поверхностями, удаляет окисления и подготавливает их к пайке. Муравьиную кислоту рекомендуется использовать в профиле в фазе активации поверхностей. Температура должна быть между +130 и +170 °C, что особенно важно при использовании низкотемпературных припоев, так как альтернативные варианты подготовки поверхности при низких значениях температуры неэффективны.

Достоинства:

• Удаление оксидного слоя.

• Не нужно использовать флюс.

Недостаток — повышенные требования к безопасности.

 

Пайка в водороде (H2)

Очищенный от примесей паров воды и других газов водород эффективно удаляет окислы металлов. Водород гораздо более активный восстановитель, чем формир-газ или пары муравьиной кислоты. Так, например, окислы железа восстанавливаются в водороде примерно в 20 раз быстрее, чем в формир-газе при +500 °C, и в 10 раз быстрее при +300 °C. Недостатком водорода является взрывоопасность, ограничивающая его применение. Также следует отметить, что водород эффективно проявляет свои полезные свойства лишь при температуре выше +280 °C.

Достоинства:

• Удаление окислений.

• Улучшение смачиваемости спаиваемых поверхностей.

• Отсутствие загрязнений. Недостатки:

• Наличие открытого пламени при удалении водорода из рабочей камеры.

• Повышенные требования к безопасности.

 

Пайка с использованием плазмы для подготовки поверхностей перед пайкой

Плазма — это частично или полностью ионизированный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Важнейшей особенностью плазмы является ее квазинейтральность, это означает, что объемные плотности положительных и отрицательных заряженных частиц, из которых она образована, оказываются почти одинаковыми. Плазму иногда называют четвертым (после твердого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества.

Влияние плазмы на поверхности спаиваемых материалов:

• Оказывается механическое воздействие, как при пескоструйной обработке.

• Подготовка поверхности проводится ионизированным газом.

• УФ-излучение разрушает длинные цепи углеродных соединений и используется для отверждения специальных покрытий.

При использовании плазмы достигается эффект, когда поверхностное натяжение поверхности становится максимально близким к поверхностному натяжению самого материала пайки (например, к пресс-форме). При таком эффекте припой равномерно смачивает всю площадь паяного соединения, а не собирается в шарики за счет большего поверхностного натяжения.

Достоинства:

• Улучшение смачиваемости и активация поверхности.

• Отсутствие брака. Недостаток — повышенные требования к вакууму.

 

Программное обеспечение для печей вакуумной пайки budatec

• Русскоязычный интерфейс

• Простое и понятное графическое оформление программного обеспечения

• Возможность контроля термопрофиля в реальном времени с помощью термопар