【真空回流焊(Vacuum reflow soldering)概述】

真空回流焊(Vacuum reflow soldering)是一種在高真空或低氣壓環(huán)境下進(jìn)行的電子組裝焊接技術(shù)。相比于常規(guī)的氣體環(huán)境下的回流焊，真空回流焊具有以下不同：

1、真空回流焊采用真空或低氣壓環(huán)境下進(jìn)行，這可以避免氣體對(duì)焊接質(zhì)量的影響，例如避免氧化或揮發(fā)。

2、在真空或低氣壓環(huán)境下，焊點(diǎn)溫度可以更加精確地控制，因?yàn)闆](méi)有氣體介質(zhì)來(lái)傳遞熱量。這使得焊點(diǎn)可以被均勻地加熱，減少了熱應(yīng)力造成的損壞。

3、真空回流焊的焊點(diǎn)質(zhì)量更加穩(wěn)定和一致，這對(duì)于一些高可靠性和高品質(zhì)的應(yīng)用非常重要，例如航空航天和國(guó)防等領(lǐng)域。

4、真空回流焊具有更高的生產(chǎn)成本，因?yàn)樾枰哔|(zhì)量的真空設(shè)備和控制系統(tǒng)，并且需要更長(zhǎng)的加熱和冷卻時(shí)間。

總之，真空回流焊是一種高級(jí)的電子組裝技術(shù)，可以提供更高質(zhì)量和更穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，但同時(shí)也需要更高的生產(chǎn)成本。

【淺談SMT真空回流焊爐的基本原理】

跟著元器件不斷向小型化展開，芯片集成度越來(lái)越高，無(wú)論是筆記本、智能手機(jī)仍是醫(yī)療器械、轎車電子，軍工和航天產(chǎn)品，產(chǎn)品中的陣列封裝的BGA、CSP等器材運(yùn)用越來(lái)越多，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來(lái)越多。這都需求咱們不斷的前進(jìn)smt工藝才能，添加高質(zhì)量設(shè)備，通過(guò)高質(zhì)量焊接保證高可靠性產(chǎn)品。

一般smt貼片焊接之后器材中的焊點(diǎn)里都會(huì)殘留部分空泛，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性構(gòu)成必定的潛在風(fēng)險(xiǎn)。產(chǎn)生這些空泛的原因雖說(shuō)是多方面的，如焊膏，PCB焊盤表面處理方式，回流曲線設(shè)置，回流環(huán)境，焊盤規(guī)劃，微孔，盤中空等，但首要的原因往往是由焊接中熔融焊料殘留的氣體構(gòu)成的。氮?dú)饣亓骱福寒?dāng)融化的焊料凝聚時(shí)，這些氣泡被凍住下來(lái)構(gòu)成空泛現(xiàn)象。空泛是焊接中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，很難有電子組裝產(chǎn)品中所有的焊點(diǎn)內(nèi)都無(wú)空泛。因?yàn)樵獾娇辗阂氐挠绊懀蠖鄶?shù)焊點(diǎn)的質(zhì)量可靠性都是不確定的，構(gòu)成焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度的下降，而且會(huì)嚴(yán)重影響焊點(diǎn)的導(dǎo)熱和導(dǎo)電功用，然后嚴(yán)重影響器材的電氣功用。

鑒于此，關(guān)于功率電子技能PCB中的焊點(diǎn)，在X射線的圖畫中觀察到的空泛含量不得逾越焊點(diǎn)全體面積的5%。這種量級(jí)的最小面積比是不能通過(guò)優(yōu)化現(xiàn)有工藝抵達(dá)的，這就意味著需求用新的焊接工藝，如真空回流爐焊接技能。真空回流焊接工藝是在真空環(huán)境下進(jìn)行焊接的一種技能。這樣可以在smt貼片打樣或加工出產(chǎn)過(guò)程中，從根本上處理因?yàn)楹噶显诜钦婵窄h(huán)境下的氧化，而且因?yàn)楹更c(diǎn)表里壓強(qiáng)差的作用，焊點(diǎn)內(nèi)的氣泡很簡(jiǎn)略從焊點(diǎn)中溢出，然后抵達(dá)焊點(diǎn)中氣泡率很低甚至沒(méi)有氣泡，抵達(dá)預(yù)期意圖。

真空回流焊接技能供給了防止氣體陷入焊點(diǎn)然后構(gòu)成空泛的可能性，這在大面積焊接時(shí)特別重要，因?yàn)檫@些大面積焊點(diǎn)要傳導(dǎo)高功率的電能和熱能，所以削減焊點(diǎn)中的空泛，才調(diào)從根本上前進(jìn)器材的導(dǎo)熱導(dǎo)電性。真空焊接有時(shí)還和恢復(fù)性氣體和氫氣混合在一起運(yùn)用，可以削減氧化，去除氧化物。

真空回流爐削減焊接過(guò)程中的空泛的基本原理首要可以從四個(gè)方面來(lái)分析，下面就來(lái)簡(jiǎn)略的講解分析一下：

1、真空回流爐可以供給很低的氧氣濃度和恰當(dāng)?shù)幕謴?fù)性氣氛，這樣焊料的氧化程度得到大大地下降;

2、因?yàn)楹噶涎趸潭鹊南陆担@樣氧化物和焊劑反應(yīng)的氣體大大削減，這樣就削減了空泛產(chǎn)生的可能性;

3、真空可以使得熔融焊料的活動(dòng)性更好，活動(dòng)阻力更小，這樣熔融焊猜中的氣泡的浮力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于焊料的活動(dòng)阻力，氣泡就十分簡(jiǎn)略從熔融的焊猜中排出;

4、無(wú)鉛回流焊因?yàn)闅馀莺屯饷娴恼婵窄h(huán)境存在著壓強(qiáng)差，這樣氣泡的浮力就會(huì)很大，使得氣泡十分簡(jiǎn)略脫節(jié)熔融焊料的約束。真空回流焊接后氣泡的削減率可達(dá)99%，單個(gè)焊點(diǎn)的空泛率可小于1%，整板的空泛率可小于5%。一方面可以使得焊點(diǎn)可靠性和結(jié)合強(qiáng)度加強(qiáng)，焊錫的濕潤(rùn)功用加強(qiáng)，另一方面還能在運(yùn)用的過(guò)程中削減對(duì)焊錫膏的運(yùn)用，而且可以根據(jù)焊點(diǎn)習(xí)慣不同環(huán)境要求，特別高溫高濕，低溫高濕環(huán)境。

【為什么需要真空回流焊?真空可以極大的改善空洞率!】

行業(yè)分析：目前行業(yè)主流的焊接工藝都是用烙鐵、波峰焊、回流焊等工具或設(shè)備焊接，后來(lái)加上氮?dú)獗Ｗo(hù)，升級(jí)為氮?dú)鉄o(wú)鉛回流焊機(jī)。但是對(duì)一些要求很高的焊接領(lǐng)域，譬如軍工產(chǎn)品、工業(yè)級(jí)高可靠性產(chǎn)品，就是氮?dú)獗Ｗo(hù)也達(dá)不到產(chǎn)品的可靠性要求。像材料試驗(yàn)、芯片封裝、電力設(shè)備、汽車產(chǎn)品、列車控制、航天、航空系統(tǒng)等對(duì)電路高可靠性的焊接要求，必須消除或者減少焊接材料的空洞和氧化，從而到達(dá)產(chǎn)品的可靠性。如何有效降低空洞率，減少焊盤或元件管腳的氧化，真空回流焊機(jī)是唯一的選擇。要想達(dá)到高焊接質(zhì)量，必須采用真空回流焊機(jī)。這是德國(guó)、日本、美國(guó)等國(guó)家T焊接專家的最新工藝創(chuàng)新。

行業(yè)應(yīng)用：真空回流焊機(jī)是R&D、工藝研發(fā)、有低至高產(chǎn)能生產(chǎn)的理想選擇，是軍工企業(yè)、研究院所、高校、航空航天等領(lǐng)域高端研發(fā)和生產(chǎn)的最佳選擇。

應(yīng)用領(lǐng)域：主要應(yīng)用于芯片與基板、管殼與蓋板等的無(wú)缺陷焊接和產(chǎn)生完美的無(wú)助焊劑焊接，如IG封裝、焊膏工藝、激光二極管封裝工藝、混合集成電路封裝、管殼蓋板封裝、MEMS及真空封裝。

01真空去除空洞原理

Principle for Void Removal by Vacuum

在真空回流焊接過(guò)程中，利用真空環(huán)境，焊點(diǎn)中的氣泡和揮發(fā)物會(huì)被迅速排出(如圖-1)，因此，真空回流焊接技術(shù)可以有效消除焊點(diǎn)中的空洞。

圖-1

下圖展示了真?zhèn)€回流焊接過(guò)程中與回流爐所對(duì)應(yīng)的溫度曲線和真空度曲線。

02真空回流焊技術(shù)的有效性

The Effectiveness of Vacuum Reflow Soldering Technology

為了能夠更加直觀地了解真空回流焊接技術(shù)的有效性， 我們可以通過(guò)下面的實(shí)驗(yàn)來(lái)了解具體的情況。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試板裝有無(wú)鉛焊球制成的192CABGA和84CTBGA。印刷電路測(cè)試板(PCB)的厚度為2.36毫米，192CABGA和84CTBGA各有6層結(jié)構(gòu)和16個(gè)站點(diǎn)。

測(cè)試方案一：測(cè)試板采用常規(guī)回流焊工藝組裝。

按方案一組裝的無(wú)鉛焊膏在焊點(diǎn)中產(chǎn)生了大量的空隙含量。隨后，其中一半的測(cè)試板使用真空回流進(jìn)行再處理，以減少空洞。

測(cè)試方案二：測(cè)試板采用真空輔助回流焊接。

通過(guò)下圖對(duì)比我們可以清晰地看到，空洞經(jīng)過(guò)二次真空回流焊接后已經(jīng)基本去除(圖-2)。

對(duì)傳統(tǒng)或標(biāo)準(zhǔn)SMT(STD SMT)回流焊接通過(guò)X-Ray檢測(cè)顯示，兩個(gè)組件的BGA焊點(diǎn)中存在大量空隙含量。圖-2a(192CABGA)和圖-2a(84CTBGA)中的X-Ray圖像是焊點(diǎn)空洞的典型范圍和尺寸大小。請(qǐng)注意，越大的空洞會(huì)導(dǎo)致固化的焊球的直徑明顯增加。

圖-2b(192CABGA)和圖-2b(84CTBGA)中的X-Ray圖像顯示了真空回流焊后產(chǎn)生的焊點(diǎn)質(zhì)量。在放大的圖像(STD SMT+VAC SMT)中，真空回流處理后兩種組件均未出現(xiàn)焊點(diǎn)空洞的跡象。

圖-2

我們看到了真空回流焊接對(duì)于去除空洞的明顯效果，下面通過(guò)熱循環(huán)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證空洞和可靠性之間的關(guān)系。

在實(shí)驗(yàn)中采用兩種不同的熱循環(huán)測(cè)試, 測(cè)試一的條件是通信類產(chǎn)品典型測(cè)試條件，而測(cè)試二為軍工類產(chǎn)品的典型條件，如下表-1。

表-1

通過(guò)實(shí)時(shí)偵測(cè)實(shí)驗(yàn)中焊點(diǎn)的電阻值來(lái)判斷元器件是否失效，一旦檢測(cè)到焊點(diǎn)電阻值超過(guò)1000歐姆，被記錄為焊點(diǎn)失效。在此基礎(chǔ)上針對(duì)兩種不同的BGA封裝各進(jìn)行32組測(cè)試。

熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，Weibull分布顯示圖-3，通過(guò)真空回流焊接的焊點(diǎn)的熱循環(huán)次數(shù)明顯高于通過(guò)普通回流焊接的焊點(diǎn)的次數(shù)。從而證實(shí)真空回流去除空洞會(huì)對(duì)焊接可靠性產(chǎn)生積極的影響。

圖-3

總的來(lái)說(shuō)，利用高可靠性的真空回流爐，達(dá)成穩(wěn)定的高可靠性焊接，可以讓客戶獲得最大的商業(yè)價(jià)值，同時(shí)使得電子元器件的加工焊接得以優(yōu)化和提高。

審核編輯：湯梓紅