帶你認(rèn)識一下真空回流焊及其工作原理
時間:2020-02-22 11:03 來源:未知 作者:admin
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真空共晶爐、真空焊接爐(vacuum soldering system)是一種針對高端產(chǎn)品的工藝焊接爐，例如激光器件、航空航天，電動汽車等行業(yè)，和傳統(tǒng)鏈?zhǔn)綘t相比，具有較大的技術(shù)優(yōu)勢。真空共晶爐系統(tǒng)主要構(gòu)成包括：真空系統(tǒng)，還原氣氛系統(tǒng)，加熱/冷卻系統(tǒng)，氣體流量控制系統(tǒng)，安全系統(tǒng)，控制系統(tǒng)等。
產(chǎn)品原理
真空焊接系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的回流焊系統(tǒng)，主要使用真空在錫膏/焊片在液相線以上幫助空洞排出，從而降低空洞率。因為真空系統(tǒng)的存在，可以將空氣氣氛變成氮氣氣氛，減少氧化。同時真空的存在也使得增加還原性氣氛可能性。
真空去除空洞
在大氣環(huán)境下，液態(tài)狀態(tài)下的錫膏/焊片中的空氣氣泡/助焊劑形成的氣泡也處于大氣氣壓下。當(dāng)外界變?yōu)檎婵窄h(huán)境，兩者之間的氣壓差可以讓在液態(tài)錫膏/焊片中的氣泡體積增大，與相鄰的氣泡合并，從而最后到達(dá)表面排出。隨后氣壓恢復(fù)，殘留其中的剩余氣泡會變小繼續(xù)殘留在體系中。
從工業(yè)生產(chǎn)的角度而言，有以下幾點需要指出：
1. 絕對的高真空（某些廠家宣稱的10 -n mbar）理論上來說確實可以更大程度的減少空洞率，因為壓力差是氣泡排出的驅(qū)動力。然后抽高真空需要極長的時間，在實際生產(chǎn)中需要考慮。另外高于液相線的時間也需要考慮。而且事實由于生產(chǎn)腔體的材料表面不是完全平整，會吸附一些氣體和液相物質(zhì)，達(dá)到絕對的高真空從某種程度上來說是理論可能。
2. 絕對的0%空洞率不可能達(dá)到，在生產(chǎn)中無法保證完全去除每一個氣泡。一般來說所謂低空洞率的要求是總空洞率<3%，最大空洞<1%。
氮氣氣氛
真空系統(tǒng)的加入可以讓腔體在抽真空之后加入氮氣氣氛，在傳統(tǒng)的回流焊之中也有涉及。但是需要指出以下幾點：
1. 氮氣的加入是排出空氣中的O2，防止氧化，在回流爐的開放環(huán)境中，并不能完全排出O2的可能行。行業(yè)認(rèn)為需要將O2降至100ppm以下可以保證無氧化的可能。因此封閉體系是應(yīng)用N2環(huán)境相對于合適的體系
2. 金屬的氧化，除了有O2的存在，溫度也極為重要。所以在應(yīng)用氮氣保護(hù)之時，應(yīng)當(dāng)保證器件溫度降至一定溫度下，才能開放體系，與O2接觸。比如，對于DCB的焊接，應(yīng)當(dāng)保證Cu表面溫度升至50C以上以及焊接后表面溫度下降至50C之前保證在N2環(huán)境下才能完全避免氧化。
還原性氣氛HCOOH 甲酸和N2H2 合成氣
在錫膏的使用中，由于助焊劑的存在，實際上不需要還原性氣氛。真空步驟可以降低空洞率。但是考慮到助焊劑殘留/清洗成本等，有些廠家會選擇使用無助焊劑的焊片。這時需要還原性氣氛的使用。還原性氣氛可以增加焊片的濕潤性，從而從另外一個角度降低空洞率。對于常見的還原性氣氛HCOOH甲酸和N2H2合成氣，需要指出以下幾點：
1. 兩者的作用原理都是和金屬氧化物反應(yīng)，還原至純金屬，以便下一步的液化。
2. HCOOH甲酸和金屬氧化物得反應(yīng)溫度低于200C，形成甲酸金屬鹽和水，在200C以上甲酸金屬鹽分解成金屬和H2O CO2，因此HCOOH甲酸適合低熔點的合金體系
3. H2的還原反應(yīng)需要在高溫（250C）環(huán)境下進(jìn)行，因此不適合低熔點的合金體系。
其他
真空共晶爐的主要原理就是利用真空去除空洞，氮氣氣氛和還原性氣氛是附加條件，客戶應(yīng)當(dāng)根據(jù)自己的產(chǎn)品要求和經(jīng)濟水平進(jìn)行選擇。
現(xiàn)在存在的真空系統(tǒng)，主要分為
1. 傳統(tǒng)回流焊+真空模塊：優(yōu)點是理論來說可以在現(xiàn)有的回流焊產(chǎn)線中進(jìn)行改進(jìn)，缺點是除真空體系的模塊外其他部分不能完全防止氧化。
2. 單一真空模塊配合加熱冷卻裝置：優(yōu)點是可以保證真空環(huán)境和氮氣氣氛，缺點是加熱冷卻由同一加熱、冷卻板完成，使用壽命短
3. 多真空模塊，單一模塊只負(fù)責(zé)加熱，焊接，冷卻步驟：優(yōu)點是可以保證真空環(huán)境和氮氣氣氛，不同模塊負(fù)責(zé)不同的溫區(qū)，和傳統(tǒng)回流焊多腔體焊爐類似，從而最大限度保證產(chǎn)出效率和質(zhì)量，缺點是價格較高。
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