ПАЙКА У ВАКУУМІ — НАЙКРАЩИЙ СПОСІБ ЗМЕНШИТИ КІЛЬКІСТЬ ПУСТОТ

26.01.2023 |

У статті розглянуто процес пайки у вакуумі як метод зменшення кількості та/або площі пустот.

У випадку процесів паяння друкованих плат метою застосування вакууму є перш за все видалення летючих речовин із паяних з’єднань і пов’язане з цим зменшення пустот. Однак використання цих процесів базується на дедалі суворіших вимогах до якості та надійності електронних виробів, а також на вищих щільностях струму (наприклад, у модулях живлення) і вищих втратах потужності внаслідок наявності пустот.

Пустоти — це бульбашки газу, які утворюються в результаті дегазації, наприклад, залишків флюсу або побічних продуктів різних хімічних реакцій. Досвід, накопичений за останні роки, показує, що тиску менше 50 мбар, який прикладається поблизу розплавленого припою, достатньо для значного зменшення кількості пустот.

На малюнку 1 показані високояскраві світлодіодні спайки після пайки без вакууму (верхня частина). Порівняння двох зображень чітко показує, що при тиску 10 мбар кількість пустот і їхня площа були різко мінімізовані. Для паяних з’єднань великої площі, таких як світлодіоди, QFN та Si-чіпи, менша кількість пустот призводить до кращих теплових характеристик, а також зменшує тенденцію до нахилу компонента.

Малюнок 1. Рентгенівське зображення паяних з’єднань високояскравих світлодіодів після пайки без вакууму (a) і з вакуумом 10 мбар (b)

Конфліктна взаємодія різних факторів, пов’язаних із процесом паяння, є однією з ключових причин, чому оптимізація процесів і матеріалів, що використовуються для зменшення утворення пустот, призводить лише до часткових або локальних покращень (наприклад, покращення стосується лише одного типу компонента). Наприклад, покращення змочування поверхні за допомогою занурення у олово збільшує кількість пустот у випадку BGA-компонентів та зменшує їх у випадку QFN-компонентів. Ці два типи паяних з’єднань відрізняються, зокрема, геометрією та співвідношенням площа-об’єм до та після пайки.

Результати досліджень, отримані до цього часу, приводять до фундаментального висновку, що механізми утворення пустот залежать від багатьох факторів і що постійне зменшення пустот може бути досягнуто лише шляхом застосування пайки у вакуумі.

Окрім основної мети зменшення пустот, використання вакууму також забезпечує інші переваги, які залежать від технології використовуваної системи. У наведеній нижче таблиці описано характеристики трьох різних процесів паяння – контакту, газової фази (тобто конденсації, пайки Гальдена) і конвекції (тобто оплавлення) – і наслідки введення в них вакууму.

Контактна пайка з використанням вакууму Конденсаційна пайка з використанням вакууму Пайка конвекцією з використанням вакууму
Гнучкість профілю температури Добра Добра Дуже добра
Максимальна температура процесу 450 оС 240 оС 300 оС
Перепад температур (DТ) Залежить від друкованої плати Відносно невеликий Залежить від кількості зон нагріву
Програми Інтерфейсні програми, однобічна друкована плата Одно- і двобічна друкована плата, також з компонентами з високою тепломасою Одно- і двобічна друкована плата
Технологічна атмосфера Повітря, азот, водень, плазма мікрохвилі Galden (PFPE) Повітря, азот
Атмосфера пустот Гнучке використання під час усього процесу Гнучке використання під час усього процесу Лише після процесу пайки
Продуктивність Невеликі партії Середні партії Великі партії

За матеріалами сайту https://tek.info.pl