Информационный портал по технологиям производства электроники
Лазерная пайка, пайка в паровой фазе - ЭЛИНФОРМ
На главную страницу Обратная связь Карта сайта


Продвижение продукции, услуг и решений Реклама на портале
Подготовка технических и аналитических материалов, обзоры, информационный мониторинг Информационные услуги
Профессиональный перевод технических материалов: статей, инструкций, руководств, стандартов и проч. Технический перевод
Подписка на новости Подписаться на новости



Авторизация


Главная » Техническая информация » Статьи » Пайка в паровой фазе
29 августа 2007

Пайка в паровой фазе

Введение

Среди известных методов пайки поверхностно монтируемых электронных компонентов (ЭК) на печатную плату (ПП) в настоящее время наиболее распространена пайка оплавлением. Данный метод реализуется на практике с помощью различных вариантов, среди которых, в свою очередь, широко применяется пайка в печи оплавления с применением ИК-нагрева, естественной либо принудительной конвекции, а также их комбинаций. Следует отметить, что применение ИК-метода из-за сложностей в обеспечении равномерности нагрева в настоящее время потерял свою популярность. Подробно эти способы пайки, их достоинства, недостатки и особенности создания термопрофилей рассмотрены в статье «Режимы пайки оплавлением».

Помимо вышеуказанных способов, ограниченное применение находит ряд перечисленных ниже:

  • пайка в паровой фазе (vapor phase reflow, VPS);
  • кондукционная пайка (hot bar soldering);
  • лазерная пайка (laser soldering).

В данной статье рассмотрена пайка в паровой фазе (другие названия: конденсационная пайка, пайка с конденсацией насыщенного пара – condensation reflow, saturated vapor soldering).

Данная технология была запатентована в 1975 году Фалем и Амманнином (C. Pfahl и H.H. Ammannin), получила распространение в середине 70-х г.г., а в 80-е ее можно было считать одной из доминирующих технологий пайки. Тем не менее, к началу 90-х ее использование для пайки электронных компонентов практически сошло на нет, как из-за проблем самой технологии (наличия высокого уровня дефектов, прежде всего капиллярного затекания припоя из-за разных скоростей нагрева выводов и КП, что усугублялось проблемами с копланарностью и приводило к образованию непропаев, а также появления дефекта надгробного камня и растрескивания корпусов ЭК), так и произошедших значительных усовершенствований технологии оплавления с применением ИК-нагрева. Появившиеся впоследствии системы с преобладанием принудительной конвекции обеспечивали эффективный нагрев при отсутствии специфических проблем технологии пайки в паровой фазе. Значительных нововведений в технологии пайки в паровой фазе не наблюдалось вплоть до настоящего времени.

Тем не менее, в последнее время данная технология переживает период нового подъема. Ряд новых технических решений позволил в значительной степени устранить прошлые недостатки, после чего на передний план вышли несомненные достоинства процесса пайки в паровой фазе: равномерный нагрев сборки, принципиальная невозможность ее перегрева, осуществление пайки в полностью инертной среде, отсутствие сложной процедуры создания термопрофилей.

В данной статье мы рассмотрим ключевые особенности процесса, варианты его реализации, оборудование и дополнительные возможности, предоставляемые данной технологией.

Особенности процесса

Предшествующие пайке операции – нанесение паяльной пасты и установка компонентов – выполняются аналогично техпроцессу с применением пайки оплавлением в конвекционной печи. Дополнительных требований к этим операциям пайка в паровой фазе не предъявляет.

Основа процесса пайки в паровой фазе – конденсация паров специальной нагретой жидкости на печатной плате, в результате которой энергия, выделяемая при фазовом переходе, передается открытым участкам сборки. При этом происходит оплавление припойной пасты и образование паяных соединений. Температура кипения жидкости – равновесная (она же максимальная) температура, обеспечиваемая данным видом пайки. Выбирается жидкость с известной точкой кипения, равной требуемой температуре пайки, после нее конденсация пара на сборке прекращается и дальнейший рост температуры физически невозможен. Вследствие этого устраняется необходимость точного подбора и строгого контроля максимальной температуры и становится принципиально невозможным перегрев сборки [7, 8].

В качестве рабочей жидкости используются химически инертные, некоррозионные составы на основе фтороуглерода (преимущественно применяются перфторполиэфирные (PFPE, Perfluoropolyether) жидкости GALDEN), имеющие различные точки кипения; для пайки электронных модулей применяются жидкости с типичным диапазоном точек кипения от 200°С до 260°С и выше (вплоть до 320°С). Жидкости не содержат фреон и не наносят ущерба окружающей среде. Некоторые системы пайки позволяют смешивать две жидкости, получая смесь с третьим значением точки кипения.

В процессе развития технологии сформировались два варианта ее реализации: пайка насыщенным и ненасыщенным паром. Первый вариант находит применение в т. н. вертикальных системах с резервуаром («vertical tank») и вертикальным движением сборки при пайке, второй – в горизонтальных, оснащенных рабочей камерой («vapor chamber») и горизонтальным движением сборки. Ряд производителей работает с насыщенным паром (ASSCON Systemtechnik-Elektronik GmbH), другие – с ненасыщенным (rehm Anlagenbau GmbH). Ниже рассмотрены особенности реализации каждого варианта, их достоинства и недостатки.

Пайка насыщенным паром. Вертикальные системы

Метод основан на передаче тепла сборке от сконденсированной на ней жидкости. Типичная последовательность выполнения операции пайки при этом следующая (рис. 1):

  • Сборка перемещается в резервуар и располагается над зоной пара, образующегося над нагретой до точки кипения рабочей жидкостью. Осуществляется предварительный нагрев сборки (ИК-нагревом, предварительным погружением в паровую среду и прочими методами). Методы предварительного нагрева подробно рассмотрены ниже.
  • Сборка погружается в паровую среду и нагревается. Воздух вытесняется инертным фторуглеродным паром, так как вес паров жидкости высок, и дальнейшие процессы происходят в полностью инертной среде. Паровой защитный покров полностью накрывает сборку.
  • Пар конденсируется на поверхности сборки и передает ей свою энергию. Образуется защитная инертная атмосфера без необходимости использования азота.
  • Сборка нагревается до температуры насыщенного пара, после чего нагрев прекращается независимо от того, сколько времени сборка проведет в паровой зоне. Время достижения температуры пайки – обычно от 5–6 сек. до 50 сек. для больших сборок. Происходит непосредственный процесс пайки.
  • После выхода сборки из паровой области на ней еще остается сконденсировавшаяся жидкость. Благодаря остающейся внутренней теплоте сборки, она испаряется, и сухая плата покидает рабочую зону. Остатков жидкости на плате не образуется.

Последовательность выполнения операции пайки насыщенным паром (вертикальные системы)

a)

Последовательность выполнения операции пайки насыщенным паром (вертикальные системы)

б)

Последовательность выполнения операции пайки насыщенным паром (вертикальные системы)

в)

Последовательность выполнения операции пайки насыщенным паром (вертикальные системы)

г)

Последовательность выполнения операции пайки насыщенным паром (вертикальные системы)

д)

Рис. 1. Последовательность выполнения операции пайки насыщенным паром (вертикальные системы). Рисунок из [19]

Рекомендуемые установки температуры: для эвтектических припоев – 200°С, для бессвинцовых (как, например, SnAg3,5 с точкой плавления 221°C) – 230°С [18].

Пайка ненасыщенным паром. Горизонтальные системы

Технология применения ненасыщенного пара основана на принципе инжекции.

Сборка перемещается с помощью горизонтального конвейера в рабочую камеру, которая затем герметизируется. Нижняя и боковые стенки камеры содержат нагревательные элементы, температура нагрева которых может быть задана программно. Далее происходит впрыск заданного объема рабочей жидкости в рабочую камеру. При контакте жидкости с поверхностью стенок камеры, жидкость вскипает и образует паровое облако (рис. 3). Скорость нагрева для каждой конкретной сборки может контролироваться и изменяться в зависимости от объема впрыскиваемой жидкости. Откачанный после окончания процесса пайки пар реконденсируется, очищается с целью удаления из него флюса и возвращается в бак-хранилище [4]. Время цикла процесса пайки в горизонтальной системе сходно с таковым для пайки оплавлением в конвекционной печи.

Схема процесса пайки в паровой фазе с применением инжекции

Рис. 2. Схема процесса пайки в паровой фазе с применением инжекции. Рисунок из [13]

Как было отмечено выше, количество образующегося пара, а, следовательно, и его теплоемкость, может управляться изменением количества впрыскиваемой рабочей жидкости. Для горизонтальных систем на характер термопрофиля оказывают воздействие несколько параметров, среди которых можно выделить основные:

  • количество впрыскиваемой жидкости;
  • время выдержки после впрыска;
  • степень откачки пара;
  • охлаждение.

Процесс пайки включает несколько стадий впрыска/откачки, связанные с необходимостью предварительного нагрева сборки (см. ниже). Для систем пайки rehm Anlagenbau GmbH [14] производитель выделяет 13 стадий процесса:

  1. Впрыск 1.
  2. Выдержка. 
  3. Впрыск 2.
  4. Выдержка.
  5. Откачка.
  6. Выдержка.
  7. Впрыск 3.
  8. Выдержка.
  9. Впрыск 4.
  10. Выдержка.
  11. Тонкая откачка.
  12. Грубая откачка.
  13. Охлаждение.

Система может быть легко интегрирована в автоматизированную линию и таким образом адаптирована для больших объемов производства. Сборка, перемещающаяся по конвейеру, проходит три зоны: входную, рабочую и зону охлаждения (рис. 3).

Конвейерная схема горизонтальной системы пайки в паровой фазе

Рис. 3. Конвейерная схема горизонтальной системы пайки в паровой фазе. Рисунок из [4]

Основные проблемы пайки в паровой фазе

Одной из основных трудностей при реализации пайки в паровой фазе является сложность управления скоростью подъема температуры в момент конденсации пара на поверхности сборки, так как процесс этот происходит очень быстро. Данный механизм передачи тепла характеризуется очень высокой эффективностью – коэффициент теплопередачи для него составляет ≈ 300 Вт/(м²∙K), в то время как для принудительной конвекции (в воздушной или инертной атмосфере) его значение на порядок меньше.

Вследствие этого значения скорости подъема температуры при пайке в паровой фазе могут достигать 25 – 40°С/сек. (бо́льшие значения характерны для небольших по размерам компонентов), что потенциально может вызвать появление таких дефектов, как растрескивание керамических чип-компонентов, смещение компонентов, эффект «надгробного камня», капиллярное затекание припоя. С развитием технологии пайки в паровой фазе появился ряд способов, позволяющих установить контроль над этой скоростью.

Предварительный нагрев сборок помогает обеспечить более плавный переход к температуре оплавления. В установках пайки в паровой фазе применяются как традиционные методы предварительного нагрева (ИК-нагрев, естественная и принудительная конвекция), так и нагрев средствами самой паровой фазы.

Так, компания R&D Technical Services, Inc. применяет в ряде своих систем нагрев с помощью принудительной конвекции (4 зоны нагрева) [23].

В ряде вертикальных систем управление скоростью нагрева идет за счет последовательного погружения сборки в паровую среду, чем регулируется объем конденсирующегося на сборке пара (рис. 4).

Схема предварительного нагрева вертикальной системы пайки в паровой фазе

Рис. 4. Схема предварительного нагрева вертикальной системы пайки в паровой фазе. Управление скоростью нагрева идет за счет последовательного погружения сборки в паровую среду. Красным очерчен доступный объем пара для каждой глубины погружения сборки. Рисунок из [4]

Например, технология «мягкой» паровой фазы (Soft Vapor Phase, SVP) от компании IBL-Löttechnik позволяет добиваться различных скоростей нагрева сборки, программируя соответствующие режимы ([20] и рис. 5). В сочетании с включенным предварительным ИК-нагревом, данная технология обеспечивает формирование популярных термопрофилей в форме плато (рис. 6), где ИК-нагрев линейно поднимает температуру сборки, а включение «мягкого» режима паровой фазы задает форму кривой с выдержкой и дальнейшим плавным ростом температуры. Подобная технология, названная «контроль температурных градиентов» (temperature-gradient-control, TGC), предлагается компанией ASSCON Systemtechnik-Elektronik GmbH [12].

С использованием технологии SVP можно точно контролировать и изменять скорость нагрева сборки

Рис. 5. С использованием технологии SVP можно точно контролировать и изменять скорость нагрева сборки. Рисунок из [20]

Сочетание предварительного ИК-нагрева и технологии SVP позволяет формировать термопрофили в форме плато

Рис. 6. Сочетание предварительного ИК-нагрева и технологии SVP позволяет формировать термопрофили в форме плато. Рисунок из [20]

Даже без включения ИК-нагрева при нагреве сборки исключительно средствами паровой фазы можно добиться плавного подъема температуры (на рис. 7 – со скоростью, немного превышающей 2°С/сек). Гибко настраивая режимы нагрева, в режиме SVP можно чередовать быстрый и плавный нагрев средствами паровой фазы (рис. 8).

Обеспечение плавного подъема температуры  без включения ИК-нагрева с помощью технологии SVP

Рис. 7. Обеспечение плавного подъема температуры без включения ИК-нагрева с помощью технологии SVP. Рисунок из [20]

Чередование быстрого и плавного нагрева без включения ИК с помощью технологии SVP

Рис. 8. Чередование быстрого и плавного нагрева без включения ИК с помощью технологии SVP. Рисунок из [20]

Системы оплавления построенные по таким технологиям, включают дополнительные зоны предварительного инфракрасного либо конвекционного нагрева непосредственно перед рабочим резервуаром пайки в паровой фазе. Пример вертикальной системы, встроенной в автоматизированную линию и оснащенной устройствами загрузки/выгрузки, конвейером для транспортировки сборок, камерами предварительного нагрева и охлаждения, представлен на рис. 9.

Вертикальная система, встроенная в автоматизированную линию и оснащенная камерой предварительного нагрева

Рис. 9. Вертикальная система, встроенная в автоматизированную линию и оснащенная камерой предварительного нагрева. Рисунок из [22]

Таким образом, термопрофилирование при пайке в паровой фазе включает установку параметров предварительного нагрева, скорости движения конвейера, времени выдержки в рабочей зоне. Как и для традиционных печей оплавления, пайка в паровой фазе требует индивидуального профиля оплавления для каждой новой сборки, однако, термопрофилирование значительно упрощается, так как максимальная температура рабочей жидкости жестко фиксирована. Все требования, относящиеся к обеспечению предварительного нагрева в ИК-системах, справедливы и для соответствующих зон пайки в паровой фазе [1]. Пример типового профиля оплавления представлен на рис. 10.

Типовой профиль оплавления для пайки в паровой фазе

Рис. 10. Типовой профиль оплавления для пайки в паровой фазе. Рисунок из [20]

В горизонтальных системах, как уже было сказано выше, управление скоростью нагрева ведется с помощью изменения объема впрыскиваемой рабочей жидкости, который пропорционален количеству пара в рабочей камере (рис. 11). Применяется ступенчатый, многоэтапный впрыск. Уменьшение скорости нагрева и построение различных термопрофилей (линейного, седлообразного) также может быть достигнуто удалением во время операции части пара из камеры с помощью вакуумного насоса. Скорость откачки пара после пайки программируется, чем обеспечивается требуемый диапазон скоростей охлаждения (обычно в пределах 2 – 3°C/сек.) [4].

Влияние на температурный профиль объема впрыскиваемой жидкости при T = 230°С для горизонтальной системы

Рис. 11. Влияние на температурный профиль объема впрыскиваемой жидкости при T = 230°С для горизонтальной системы. Рисунок из [4]

Сравнение систем пайки насыщенным и ненасыщенным паром

По сравнению с пайкой ненасыщенным паром, пайка в атмосфере насыщенного предоставляет ряд преимуществ (по данным [10]):

  1. Вертикальная система отличается большей равномерностью передачи тепла. Так как ненасыщенный пар представляет собой смесь частиц пара и кислорода (либо инертного газа с кислородными включениями), равномерность теплопередачи обеспечить довольно сложно. Возможно образование на ПП зон с нестабильной теплопередачей, что может привести к неполному оплавлению паяльной пасты. Как пайка, так и предварительный нагрев идут с влиянием конвекции, что делает теплопередачу менее эффективной и более бурной. Также негативно влияет на равномерность поддержания температуры большое количество этапов процесса в системах с ненасыщенным паром.
  2. Также в случае ненасыщенного пара отсутствует реальная бескислородная атмосфера, так как в нем обязательно присутствуют частицы кислорода, хотя бы в небольшом количестве. При пайке может использоваться защитная азотная атмосфера.
  3. Для горизонтальной системы требуется дополнительный нагрев стенок рабочей камеры, тогда как в вертикальном резервуаре нагревается только его дно, а стенки остаются холодными. В первом случае отложения флюса на стенках камеры могут подвергнуться воздействию высоких температур, разрушению молекулярной структуры и испарению. Эти пары могут выступить в качестве загрязнений паяных соединений сборки. В вертикальной системе это невозможно.
  4. Горизонтальную систему отличает более длинный цикл пайки, включающий неоднократно повторяющиеся этапы инжекции рабочей жидкости в камеру, выдержки и выпуска (до 13 этапов). Производители таких систем предупреждают о возможном перегреве сборки при неправильной настройке параметров процесса [10, 17].
  5. Система с насыщенным паром требует меньших расходов как на приобретение оборудования, так и на его эксплуатацию, так как отсутствует необходимость в системе инжекции, помпах откачки и их обслуживании, затратах на реконденсацию рабочей жидкости. При работе вертикальная система затрачивает меньшее количество энергии, в частности, по причине отсутствия многочисленных циклов впуска/откачки нагретой рабочей среды. В вертикальных системах вся затраченная энергия идет непосредственно на однократное создание паровой среды вокруг паяемой сборки.
  6. Малое количество настроечных параметров – фактически, настраивается только скорость роста температуры при нагреве, что обеспечивает более надежный контроль температур в процессе оплавления.

С другой стороны, у вертикальных систем также присутствует ряд недостатков, основные из которых перечислены ниже (по данным [4]):

  1. Более сложное встраивание вертикальной системы в автоматизированную линию, так как ПП в процессе пайки перемещается в вертикальном направлении.
  2. Более сложная реализация вакуумной системы для устранения пустот в паяных соединениях (см. ниже). В горизонтальной системе естественной вакуумной камерой служит рабочая камера. В вертикальной системе необходимо ее дополнительное обустройство, так как рабочий резервуар во время процесса заполнен рабочей жидкостью и ее паром, которые не подлежат откачке. Перемещение сборки с оплавленным припоем до его кристаллизации нежелательно.
  3. Предварительный нагрев сборок методом погружения в паровую среду, применяемый в вертикальных системах, может вызвать турбулентность потоков пара рабочей жидкости и частичное смешивание его с окружающей атмосферой. Следствием этого может стать, с одной стороны, непредсказуемый объем сконденсированного пара, с другой – возможное изменение его температуры.
  4. Нежелательным является возвратно-поступательное движение сборки при предварительном нагреве, которое осуществляется в вертикальных системах.
  5. Бо́льшие потери рабочей жидкости, связанные с ее испарением с поверхности сборки после пайки (порядка 25–50 г/ч [12]). У горизонтальных систем, построенных по замкнутому циклу, такие потери весьма незначительны, и составляют около 1 – 1,5 г/цикл [4].

Основные достоинства пайки в паровой фазе

На основании вышесказанного, приведем основные достоинства, отличающие метод пайки в паровой фазе в целом [1, 4, 6, 10, 18]:

  • Невозможен перегрев сборки свыше заранее известной температуры конденсации пара.
  • Относительно простой процесс термопрофилирования. Метод особенно пригоден для многономенклатурного мелкосерийного производства, так как не требуется трудоемкий подбор профилей в зависимости от конструкции сборки.
  • Равномерное распределение температур по поверхности сборки и быстрый нагрев даже при большой разнице в теплоемкости различных компонентов и областей ПП. Нет необходимости в выдержке для обеспечения равномерного нагрева. Отсутствие эффектов затенения и зависимости нагрева от цвета и характера поверхности компонентов. Особенно пригоден для больших и массивных сборок, а также для изделий, включающих компоненты сложной формы.
  • Химические основы процесса обеспечивают 100%-инертную атмосферу при пайке. Отсутствие окисления при предварительном нагреве (средствами паровой фазы) и пайке. Применяемый флюс, таким образом, может обладать умеренной активностью.
  • Хорошая повторяемость результатов процесса.
  • Надежная пайка всех ЭК сборки, включая BGA, CSP и пр.
  • Простой переход от эвтектической к бессвинцовой пайке (пример профиля для бессвинцовой пайки см. на рис. 12). Достаточно простая пайка смешанных сборок при наличии ЭК как с традиционным, так и бессвинцовым покрытием выводов.
  • Так как максимальная температура процесса невелика (как правило, 200°С – для эвтектической пайки, 230°С – для бессвинцовой), минимизируется вероятность эффекта «попкорна».
  • По данным R&D Technical Service [24], внутренняя температура корпусов ЭК на 20–30 °С ниже температуры выводов; термосимметрия (зависимость температуры на ПП от ее расположения/направления потока теплоносителя) – менее 5°С; чувствительность к нагрузке (колебания температуры при прохождении сборки через зону нагрева) – менее 2°С; повторяемость процесса оплавления (изменение температуры оплавления в печи с течением времени, измеренное на уровне ПП) – 1–4°С.
  • Отсутствие расслоения ПП. Возможность применения процесса для изделий на гибких и многослойных платах.
  • Дружественность процесса по отношению к окружающей среде – менее агрессивные пары флюса, чем в других техпроцессах.
  • Низкие затраты на операцию, малое энергопотребление (обычно 5-12 кВт).
  • Переданная сборке тепловая энергия линейно зависит от подведенной энергии нагрева – упрощение контроля процесса.
  • Относительная простота выполнения и отсутствие частой необходимости технического обслуживания.

Пример профиля оплавления для бессвинцовой пайки в паровой фазе

Рис. 12. Пример профиля оплавления для бессвинцовой пайки в паровой фазе. Рисунок из [20]

Оборудование

На рынке представлен широкий спектр моделей: как одиночных, для единичного и мелкосерийного производства (рис. 13), так и встраиваемых в линию систем пайки для больших объемов выпуска (рис. 14).

Одиночная система пайки в паровой фазе для единичного и мелкосерийного производства. Модель VP-500 Gold

Рис. 13. Одиночная система пайки в паровой фазе для единичного и мелкосерийного производства. Модель VP-500 Gold. Фото из [2]

Автоматизированная встраиваемая в линию система пайки в паровой фазе для больших объемов выпуска. Модель VP 2000

Рис. 14. Автоматизированная встраиваемая в линию система пайки в паровой фазе для больших объемов выпуска. Модель VP 2000. Фото ASSCON Systemtechnik-Elektronik GmbH

Основные параметры оборудования включают в себя следующие (в скобках даны типовые значения для встраиваемых в линию систем по данным [12, 15, 16, 23]):

  • одиночный либо двойной конвейер;
  • минимальные и максимальные габариты ПП (от 50х50 до 650х650 мм);
  • максимальную высоту сборки, измеряемую от поверхности ПП в обе стороны (20/20, 30/10, 45/20, 55/20 мм вверх/вниз);
  • требуемая ширина свободной от установки ЭК зоны на ПП (3–5 мм);
  • максимальная мощность (12 – 18 кВт);
  • средняя потребляемая мощность (при полной загрузке – 7 кВт и в режиме ожидания – 4 КВт);
  • метод обеспечения предварительного нагрева, количество зон (до 4-х);
  • диапазон рабочих температур пайки (200–320°С в зависимости от используемой рабочей жидкости);
  • средний расход рабочей жидкости (25–50 г/ч для вертикальных систем);
  • емкость резервуара (20–50 л) либо максимальный вес рабочей жидкости (15–40 кг);
  • время выхода на рабочий режим (30 мин);
  • среднее время цикла (5 мин).

Во многих моделях оборудования возможно непосредственно наблюдать за процессом пайки через смотровое окно.

Применение вакуума при пайке

Многие производители оборудования представили технологии пайки в паровой фазе, обеспечивающие применение вакуума для удаления пустот из паяных соединений, проблема образования которых стала особенно актуальной в условиях продолжающегося внедрения бессвинцовых паяльных материалов и расширения номенклатуры ЭК в BGA-корпусах. Также отсутствие пустот важно для мощных сборок, где критичной является хорошая теплопередача от компонентов к плате.

Фактически, данные технологии заключаются в комбинировании тем или иным способом конструкций рабочей камеры оплавления и вакуумной камеры. В горизонтальных системах рабочая камера может одновременно служить вакуумной, для вертикальных систем во многих случаях необходимо создание дополнительного герметичного объема.

Для вертикальной системы процесс пайки в этом случае будет состоять из следующих этапов [9]:

  1. Загрузка оборудования.
  2. Транспортировка ПП в зону пайки.
  3. Обеспечение предварительного нагрева.
  4. Транспортировка все еще горячей сборки с оплавленным припоем из зоны пайки в вакуумное отделение.
  5. Закрытие крышки вакуумного отделения.
  6. Откачка до требуемого уровня вакуума.
  7. Выдержка при требуемом уровне вакуума.
  8. Вентиляция вакуумного отделения.
  9. Открытие крышки вакуумного отделения.
  10. Транспортировка ПП в зону охлаждения.
  11. Выгрузка сборки.

Рекомендуемые параметры вакуума [9]: давление 20 – 40 мбар, время откачки до максимального вакуума 7 – 15 сек., время выдержки при максимальном вакууме 3 – 10 сек. Время процесса при этом увеличивается примерно на 25 сек. по сравнению с традиционной технологией с отсутствием вакуума.

Результаты влияния вакуума на устранение пустот приведены на рис. 15 (данные компании rehm Anlagenbau GmbH, площадь контакта паяной поверхности увеличилась при применении вакуума с <68% до >98%) и рис. 16 (данные компании ASSCON Systemtechnik-Elektronik GmbH).

Результаты традиционного процесса оплавления (а) и процесса с применением вакуума (б)

Рис. 15. Результаты традиционного процесса оплавления (а) и процесса с применением вакуума (б). Изображение из [16]

Результаты традиционного процесса оплавления (а) и процесса с применением вакуума (б)

Рис. 16. Результаты традиционного процесса оплавления (а) и процесса с применением вакуума (б). Изображение из [25]

Запатентованная технология компании IBL-Loettechnik GmbH предусматривает создание замкнутого объема непосредственно вокруг сборки сразу же после оплавления припоя (рис. 17). Это устраняет необходимость транспортировки горячей сборки в вакуумное отделение, одновременно сохраняя преимущества вертикальной системы пайки.

Комбинация процесса оплавления и вакуумного процесса в одной рабочей камере вертикальной системы

Рис. 17. Комбинация процесса оплавления и вакуумного процесса в одной рабочей камере вертикальной системы. Рисунок из [21]

Заключение

Пайка в паровой фазе переживает в настоящее время период нового подъема. Произведенные усовершенствования традиционной реализации данной технологии позволили преодолеть присущие ей ранее проблемы, связанные прежде всего с резким ростом температуры при нагреве сборки и невозможностью управления этим процессом. Разработаны и продолжают развиваться различные методы исполнения рабочей камеры, осуществления предварительного нагрева, применения вакуума для устранения пустот из паяных соединений. Все это, в сочетании с описанными выше неоспоримыми достоинствами пайки в паровой фазе, обращает на себя внимание технологов и проектировщиков производств, решающих задачи организации новых и усовершенствования существующих участков и линий сборки электронных устройств.

Список использованных источников

  1. Ray P. Prasad. REFLOW SOLDER PROFILE DEVELOPMENT. www.ecd.com
  2. apor Phase Reflow for low to medium volume production/APS Novastar LLC. www.novastarinc.com
  3. Vapor Phase System Intros in North America/Surface Mount Technology (SMT) – 2006. smt.pennnet.com
  4. John Bashe. A New Approach to Vapor Phase Reflow Soldering/Surface Mount Technology (SMT) – 2006. smt.pennnet.com
  5. Steve Fraser, Chris Munroe. Lead-free: Using Vapor Phase Reflow in Lead-free Processing/Surface Mount Technology (SMT) – 2005. smt.pennnet.com
  6. Ray Prasad. Vapor Phase Soldering: The Comeback Kid/Surface Mount Technology (SMT) – 2006. smt.pennnet.com
  7. Нинг-Ченг-Ли. Технология пайки оплавлением, поиск и устранение дефектов: поверхностный монтаж, BGA, CSP и flip chip технологии. – М.: Издательский Дом «Технологии», 2006.
  8. Майкл Джюд, Кейт Бриндли. Пайка при сборке электронных модулей. – М.: Издательский Дом «Технологии», 2006.
  9. Claus Zabel. Vapourphase vacuum-soldering/ASSCON Systemtechnik-Elektronik GmbH. www.atekllc.com
  10. Saturated vs. Un-Saturated Vapor/ASSCON Systemtechnik-Elektronik GmbH – 2006. www.atekllc.com
  11. Claus Zabel, Uwe Filor. Secure Lead-Free Processes and Minimize Delta T’s/ ASSCON Systemtechnik-Elektronik GmbH. www.atekllc.com
  12. VP 2000 Inline Vapor-Phase Soldering System. Technical Data/ASSCON Systemtechnik-Elektronik GmbH. www.atekllc.com (ч.1); www.atekllc.com (ч.2)
  13. CondensoBatch – The stand-alone condensation system/rehm Anlagenbau GmbH. www.rehm-group.com
  14. CondensoBatch – The new condensation soldering system/rehm Anlagenbau GmbH. www.rehm-group.com
  15. CondensoLine – The new inline Condensation Soldering System/rehm Anlagenbau GmbH. www.rehm-group.com
  16. KLS 400 Batch/Inline/rehm Anlagenbau GmbH. www.rehm-group.com
  17. Dr. Hans Bell, rehm Anlagenbau GmbH. Blaubeuren in EPP Elektronik Produktion & Prüftechnik – 04/2006, стр. 18.
  18. Vapour Phase Soldering Based on the IBL Principle/IBL-Loettechnik GmbH. www.ibl-loettechnik.de
  19. Process description of heat transfer with a condensing vapour phase/IBL-Loettechnik GmbH. www.ibl-loettechnik.de
  20. Temperature profiles for SnPb solder and lead-free solder/IBL-Loettechnik GmbH. www.ibl-loettechnik.de
  21. Vac 665. Vacuum Vapour Phase-Reflow Machine for the reduction of voids (patended)/IBL-Loettechnik GmbH. www.ibl-loettechnik.de
  22. Vapour Phase Soldering Machine LV600/IBL-Loettechnik GmbH. www.ibl-loettechnik.de
  23. Model RD52 – Vapor Phase REFLOW SYSTEM/R&D Technical Services, Inc. www.rdtechnicalservices.com
  24. Reflow Comparison Matrix/R&D Technical Services, Inc. www.rdtechnicalservices.com
  25. VP 6000 Vapour-Phase Vacuum Soldering System/ASSCON Systemtechnik-Elektronik GmbH. www.atekllc.com

Оцените материал

Оценка полезности информации:
Оценка полноты информации:  
Оценка изложения информации:  
Комментарий:  
 



Ссылки по теме

Статьи

Семинар компании ООО «Диполь Технологии», Группа Компаний «Диполь», «Организация эффективного высокотехнологичного производства сборки радиоэлектронной аппаратуры нового поколения на базе инновационных решений»
Основы технологии и оборудование для поверхностного монтажа
Режимы пайки оплавлением

Классификатор

Операции » Пайка » Пайка оплавлением
Технологии » Технология поверхностного монтажа » Пайка оплавлением

Последние новости

Остек-Электро приглашает на семинар по новинкам контрольно-измерительного оборудования AnaPico
подробнее
Микроэлектроника для IoT и 5G
подробнее
«Ангстрем» подвел итоги участия в выставке ChipExpo 2017
подробнее
Модуль сбора данных SAM40
подробнее
Rohde&Schwarz приглашает на выставку RADEL – 2017 и семинар «Решения компании Rohde&Schwarz для измерений в радиоэлектронике и тестирования в соответствии с требованиями электромагнитной совместимости (ЭМС)»
подробнее
Остек-Интегра приглашает на семинар «Современные технологические материалы для участка сборки печатных узлов и РЭА» на выставке РАДЭЛ 2017
подробнее
Итоги Премии «Живая электроника России-2017»
подробнее
© “Элинформ” 2007-2017.
Информационный портал для производителей электроники:
монтаж печатных плат, бессвинцовые технологии, поверхностный монтаж, производство электроники, автоматизация производства