Уменьшение образования пустот с помощью непрерывного вакуумного оплавления
2023-09-28
Вакуумное оплавление — это метод, используемый в электронике и привлекающий все больше внимания. Это помогает уменьшить проблемы с паяными соединениями и термопрокладками.
Первоначально вакуумное оплавление заключалось в помещении плат в специальную камеру и их нагревании для расплавления припоя. При нагреве камеру опустошали (или вакуумировали), что уменьшало, а иногда и устраняло любые зазоры в припое.
Иногда вакуум применялся, когда припой начинал плавиться, а иногда его использовали на протяжении всего процесса нагрева. Но это оборудование было дорогостоящим и медленным, что делало его непригодным для крупносерийного производства.
Люди также задавались вопросом, действительно ли нужно удалять пустоты (эти пробелы). Некоторые даже думали, что несколько пустот делают суставы сильнее.
Таким образом, вакуумное оплавление не пользовалось большой популярностью до тех пор, пока не возникла необходимость охлаждения мощных компонентов, особенно в автомобилях. Поначалу переходные отверстия (крошечные отверстия) казались решением, но было трудно гарантировать, что они будут находиться в нужном месте под самой горячей частью компонента. Вот почему так важно практически не иметь пустот в термопрокладках.
«Низкое мочеиспускание» означает наличие от 20 процентов до полного отсутствия мочеиспускания, причем многие стремятся всего к 5 процентам. Было сложно перейти от 40 процентов пустот к 20 процентам или меньше, особенно при крупносерийном производстве. Изменения в паяльной пасте и профилях нагрева помогли, но постоянное снижение уровня ниже 5 процентов оказалось непростой задачей.
Одним из решений является использование вакуумной печи оплавления непрерывного действия. Это как обычная духовка, но между последней нагревательной частью и охлаждающей частью имеется вакуумная камера. Но эта установка сопряжена с некоторыми трудностями, такими как перемещение платы в камеру и из нее, проверка герметичности вакуумной секции и применение вакуума при высоких температурах.
Существуют различные конструкции внутренней вакуумной камеры с использованием дверей или колпаков. Дверцы легкие и их легко перемещать, а колпаки облегчают доступ к внутренней конвейерной системе.
У транспортной системы есть свои проблемы, поскольку для герметизации двери или звонка приходится прерывать краевые направляющие. Кроме того, плата должна оставаться в камере во время действия вакуума. И во всех случаях уплотнительный материал должен выдерживать температуры, которые могут достигать 662°F (350°C).
Первоначально вакуумное оплавление заключалось в помещении плат в специальную камеру и их нагревании для расплавления припоя. При нагреве камеру опустошали (или вакуумировали), что уменьшало, а иногда и устраняло любые зазоры в припое.
Иногда вакуум применялся, когда припой начинал плавиться, а иногда его использовали на протяжении всего процесса нагрева. Но это оборудование было дорогостоящим и медленным, что делало его непригодным для крупносерийного производства.
Люди также задавались вопросом, действительно ли нужно удалять пустоты (эти пробелы). Некоторые даже думали, что несколько пустот делают суставы сильнее.
Таким образом, вакуумное оплавление не пользовалось большой популярностью до тех пор, пока не возникла необходимость охлаждения мощных компонентов, особенно в автомобилях. Поначалу переходные отверстия (крошечные отверстия) казались решением, но было трудно гарантировать, что они будут находиться в нужном месте под самой горячей частью компонента. Вот почему так важно практически не иметь пустот в термопрокладках.
«Низкое мочеиспускание» означает наличие от 20 процентов до полного отсутствия мочеиспускания, причем многие стремятся всего к 5 процентам. Было сложно перейти от 40 процентов пустот к 20 процентам или меньше, особенно при крупносерийном производстве. Изменения в паяльной пасте и профилях нагрева помогли, но постоянное снижение уровня ниже 5 процентов оказалось непростой задачей.
Одним из решений является использование вакуумной печи оплавления непрерывного действия. Это как обычная духовка, но между последней нагревательной частью и охлаждающей частью имеется вакуумная камера. Но эта установка сопряжена с некоторыми трудностями, такими как перемещение платы в камеру и из нее, проверка герметичности вакуумной секции и применение вакуума при высоких температурах.
Существуют различные конструкции внутренней вакуумной камеры с использованием дверей или колпаков. Дверцы легкие и их легко перемещать, а колпаки облегчают доступ к внутренней конвейерной системе.
У транспортной системы есть свои проблемы, поскольку для герметизации двери или звонка приходится прерывать краевые направляющие. Кроме того, плата должна оставаться в камере во время действия вакуума. И во всех случаях уплотнительный материал должен выдерживать температуры, которые могут достигать 662°F (350°C).
Непрерывное вакуумное оплавление
Когда вы впервые нагреваете предметы в непрерывном вакуумном оплавлении, это похоже на использование обычной духовки. Такие вещи, как скорость распространения тепла, настройки температуры и скорость движения доски по конвейерной ленте, — все это играет роль в нагреве доски.
Но когда плата начинает уходить в вакуумную камеру, мы теряем это даже тепло обычной печи, и нам приходится полагаться на что-то еще, называемое излучением. Как только плата оказывается внутри вакуумной камеры, мы контролируем четыре вещи: насколько быстро мы высасываем воздух (это скорость откачки), насколько сильному вакууму мы подвергаем плату, как долго мы поддерживаем этот вакуум и как быстро мы создаем вакуум. все возвращается к нормальному давлению воздуха (это степень выравнивания).
Скорость откачки — это то, насколько быстро мы создаем вакуум. Если мы сделаем это слишком быстро, эти пустоты (те зазоры, от которых мы хотим избавиться) могут лопнуть и образовать маленькие шарики припоя или брызги. Если это слишком медленно, это займет много времени, и время, в течение которого плата находится при температуре выше ликвидуса (это точка плавления припоя), увеличивается.
Уровень вакуума — это то, насколько силен вакуум. Оно может составлять от 1 Торр до 250 Торр. Но даже при использовании действительно больших вакуумных насосов переход на низкий уровень вакуума занимает больше времени.
Время удержания в вакууме — это то, как долго мы держим плату в этом вакууме. Это может быть очень короткое время, например, секунда, а может и несколько минут. За 1 секунду у этих пустот не так много времени, чтобы выйти наружу, и было показано, что более 40 секунд на самом деле не требуется.
Скорость выравнивания — это то, насколько быстро мы возвращаем давление воздуха к нормальному. Итак, если бы у нас был сверхнизкий уровень вакуума, потребовалось бы больше времени, чтобы вернуться к обычному давлению воздуха.
Теперь, когда мы говорим о том, сколько времени занимает эта вакуумная часть процесса оплавления, мы суммируем эти четыре вещи, о которых я упоминал ранее, плюс время, необходимое для перемещения платы в камеру и из нее.
Когда вы впервые нагреваете предметы в непрерывном вакуумном оплавлении, это похоже на использование обычной духовки. Такие вещи, как скорость распространения тепла, настройки температуры и скорость движения доски по конвейерной ленте, — все это играет роль в нагреве доски.
Но когда плата начинает уходить в вакуумную камеру, мы теряем это даже тепло обычной печи, и нам приходится полагаться на что-то еще, называемое излучением. Как только плата оказывается внутри вакуумной камеры, мы контролируем четыре вещи: насколько быстро мы высасываем воздух (это скорость откачки), насколько сильному вакууму мы подвергаем плату, как долго мы поддерживаем этот вакуум и как быстро мы создаем вакуум. все возвращается к нормальному давлению воздуха (это степень выравнивания).
Скорость откачки — это то, насколько быстро мы создаем вакуум. Если мы сделаем это слишком быстро, эти пустоты (те зазоры, от которых мы хотим избавиться) могут лопнуть и образовать маленькие шарики припоя или брызги. Если это слишком медленно, это займет много времени, и время, в течение которого плата находится при температуре выше ликвидуса (это точка плавления припоя), увеличивается.
Уровень вакуума — это то, насколько силен вакуум. Оно может составлять от 1 Торр до 250 Торр. Но даже при использовании действительно больших вакуумных насосов переход на низкий уровень вакуума занимает больше времени.
Время удержания в вакууме — это то, как долго мы держим плату в этом вакууме. Это может быть очень короткое время, например, секунда, а может и несколько минут. За 1 секунду у этих пустот не так много времени, чтобы выйти наружу, и было показано, что более 40 секунд на самом деле не требуется.
Скорость выравнивания — это то, насколько быстро мы возвращаем давление воздуха к нормальному. Итак, если бы у нас был сверхнизкий уровень вакуума, потребовалось бы больше времени, чтобы вернуться к обычному давлению воздуха.
Теперь, когда мы говорим о том, сколько времени занимает эта вакуумная часть процесса оплавления, мы суммируем эти четыре вещи, о которых я упоминал ранее, плюс время, необходимое для перемещения платы в камеру и из нее.
Результаты вакуумных испытаний
Майк Мейлунас из лаборатории передовых процессов Universal Instruments (APL) при помощи BTU создал специальную испытательную доску для изучения пустот. На этой плате были термопрокладки разного размера, резисторы и D2PAK, являющиеся электронными компонентами. Они хотели посмотреть, как использование разных уровней вакуума и удержание вакуума в течение разного времени повлияет на крошечные зазоры (пустоты) в термопрокладках. Они использовали особый способ нагрева платы до высоких температур, а также пробовали разные настройки вакуума и время. Изучив рентгеновские изображения, они обнаружили, что размер термопрокладки, уровень вакуума и продолжительность удержания вакуума — все это влияет на пустоты. Они обнаружили, что использование 20 Торр в их испытаниях привело к наименьшему количеству пустот.
Они также заметили проблему при работе с небольшими, плотно упакованными электронными компонентами (CSP) в условиях сильного вакуума. Вместо того, чтобы пустоты уходили, они иногда заставляли крошечные шарики припоя расширяться и слипаться, что могло привести к таким проблемам, как короткое замыкание. Они даже пытались окунуть CSP в флюс, но это только усугубило ситуацию.
В то время как электронная промышленность в основном уделяет внимание количеству пустот в термопрокладках, Майк Мейлунас считает, что более важным может быть то, где находятся пустоты и насколько они велики. Он посмотрел на QFN100 при разных уровнях вакуума и обнаружил, что как только вакуум опускается ниже 120 Торр, вероятность образования пустоты, превышающей 15 процентов от общего размера, очень мала.
Так, их исследования показали, что использование вакуумного оплавления — отличный способ уменьшить количество пустот в термопрокладках электронных компонентов. Они достигли уровня ниже 5 процентов, когда удерживали вакуум в течение 20 секунд и использовали давление 20 Торр. Даже использование относительно мягкого вакуума при давлении 120 Торр с коротким временем вакуумирования все же очень помогло уменьшить пустоты.
Майк Мейлунас из лаборатории передовых процессов Universal Instruments (APL) при помощи BTU создал специальную испытательную доску для изучения пустот. На этой плате были термопрокладки разного размера, резисторы и D2PAK, являющиеся электронными компонентами. Они хотели посмотреть, как использование разных уровней вакуума и удержание вакуума в течение разного времени повлияет на крошечные зазоры (пустоты) в термопрокладках. Они использовали особый способ нагрева платы до высоких температур, а также пробовали разные настройки вакуума и время. Изучив рентгеновские изображения, они обнаружили, что размер термопрокладки, уровень вакуума и продолжительность удержания вакуума — все это влияет на пустоты. Они обнаружили, что использование 20 Торр в их испытаниях привело к наименьшему количеству пустот.
Они также заметили проблему при работе с небольшими, плотно упакованными электронными компонентами (CSP) в условиях сильного вакуума. Вместо того, чтобы пустоты уходили, они иногда заставляли крошечные шарики припоя расширяться и слипаться, что могло привести к таким проблемам, как короткое замыкание. Они даже пытались окунуть CSP в флюс, но это только усугубило ситуацию.
В то время как электронная промышленность в основном уделяет внимание количеству пустот в термопрокладках, Майк Мейлунас считает, что более важным может быть то, где находятся пустоты и насколько они велики. Он посмотрел на QFN100 при разных уровнях вакуума и обнаружил, что как только вакуум опускается ниже 120 Торр, вероятность образования пустоты, превышающей 15 процентов от общего размера, очень мала.
Так, их исследования показали, что использование вакуумного оплавления — отличный способ уменьшить количество пустот в термопрокладках электронных компонентов. Они достигли уровня ниже 5 процентов, когда удерживали вакуум в течение 20 секунд и использовали давление 20 Торр. Даже использование относительно мягкого вакуума при давлении 120 Торр с коротким временем вакуумирования все же очень помогло уменьшить пустоты.
Рекомендуемая вакуумная печь для оплавления
Пайка в вакууме оплавлением является ключевой технологией, используемой в производстве транспортных средств на новых источниках энергии.
Какой размер печи оплавления вам нужен?
Связанная статья
Изучите технологические процессы лазерной упаковки для LiDAR и оптоэлектроники. Узнайте, как вакуумная эвтектическая пайка обеспечивает субмикронную стабильность выравнивания.
Технологии упаковки лазерных диодов: от TO-Can до кремниевой фотоники
Сравните поточные и периодические системы вакуумной пайки. Узнайте, как вакуумные печи оплавления оптимизируют сварку без пустот для мощных полупроводниковых упаковок.
Сравнение процесса вакуумной пайки и оборудования: как добиться производства с низким содержанием пустот автомобильного уровня
