Пайка с вакуумом или без него?
Гибкое решение «2 в 1» для пайки оплавлением

Вакуум в производстве электроники

После того как Галилео Галилей (1564–1641) задался вопросом о существовании абсолютной пустоты (лат. vacuus), это понятие впервые стали рассматривать не только в философском смысле, но и с физической/технической точки зрения. Сегодня, спустя 368 лет после первого получения искусственного вакуума итальянским физиком Торричелли, вакуумная технология является важнейшей и широко используемой составляющей производственных процессов. Особенно распространено применение низкого вакуума (от 300 до 1 мбар) для различных целей в производстве электроники. Важнейшими среди них являются сушка, покраска, газообмен и вакуумная пайка. В то время как влияние пустот на надежность мест пайки компонентов с незначительной токовой нагрузкой, например при передаче сигнала, уже много лет остается предметом жарких споров среди исследователей и пользователей, в производственной сфере, в частности в сфере сборки силовых электронных устройств и высоконадежной техники, растет потребность в решениях, позволяющих выполнять пайку без пор. Этого можно добиться за счет воздействия вакуумом на припой, расплавленный в процессе пайки.

Пайка оплавлением и вакуум — удачное, долговечное сочетание

Применение вакуумных технологий при пайке электронных компонентов тесно связано с историей компании Rehm. Еще в 1999 году на рынке появилась первая система вакуумной пайки VAC400. Вскоре после этого в системе пайки Condenso технология конденсационной пайки (пайка в паровой фазе) была скомбинирована с соответствующей вакуумной техникой. Система вакуумной пайки Condenso предусматривает два варианта использования вакуума: в качестве предварительного и/или финального вакуума. Таким образом, наряду с исключительным распределением тепла система Condenso позволяет осуществлять сушку паст и получать места пайки без пустот.

Стремление к повышению производительности и улучшению интеграции линий поверхностного монтажа требовало новых технологических подходов. Благодаря комбинации конвекционной установки пайки оплавлением серии VisionXP+ с вакуумной камерой уже зарекомендовавшее себя как действенное для обеих технологий ноу-хау успешно воплотилось в новой версии установки данного типа.

Универсальная вакуумная опция

Серия VisionXP+ с вакуумной опцией надежно удаляет пустоты и газы сразу же после расплавления припоя (пока припой находится в оптимальном расплавленном состоянии). Благодаря значению вакуума от 100 до 10 мбар достигается пустотность менее 2% (рис. 1а). Для точной настройки параметров процесса в установке VisionXP+ Vac вакуум измеряется не на вакуумном насосе, а непосредственно в рабочей камере. Характер изменения давления и скорость можно регулировать в индивидуальном порядке и устанавливать как профильный параметр. Механическая конструкция установки позволяет использовать вакуум по необходимости или применять VisionXP+ в качестве классической конвекционной установки для пайки (рис. 1б).

Рис. 1. Снимок просвечивания рентгеновскими лучами места пайки QFN44 
после пайки с помощью конвекционной установки VisionXP+ Vac:
а) для пайки с вакуумом;
б) для пайки без вакуума

Низкие затраты на техническое обслуживание

В случае с установкой VisionXP+ Vac (рис. 2) вакуумная камера (рис. 3) устанавливается как дополнение к имеющейся линии.

Рис. 2. Конвекционная установка типа VisionXP+ Vac с вакуумной камерой

Встроенная система пиролиза и отдельная система фильтрации подаваемой в вакуумную камеру среды обеспечивают дополнительные преимущества при проведении технического обслуживания и очистки. Достаточно большой рабочий ход вакуумной камеры до установки в сервисное положение создает хороший доступ к находящимся внутри механизмам во время проведения работ по техническому обслуживанию. Автоматическая установка рабочей камеры в рабочее или сервисное положение сводит к минимуму время простоя и сокращает затраты на техническое обслуживание.

Рис. 3. Вакуумная камера установки VisionXP+ Vac

Раздельная транспортировочная система с отдельными регулировками

Транспортировочная система установки VisionXP+ Vac разделена на три части: зона предварительного нагрева/пиковая зона, вакуумный блок и зона охлаждения. Все три зоны транспортировочной системы опционально могут оснащаться опорными элементами для поддержки средней части особо широких компонентов. Возможность снижения скорости транспортировки в зоне охлаждения при использовании вакуума позволяет увеличить время охлаждения компонентов и поддерживать оптимальную температуру для последующих производственных процессов. Расширение транспортировочной системы за счет монтажа второй ветки повышает производительность установки.

Точное профилирование давления и температуры

Все зоны нагрева установки VisionXP+ Vac регулируются отдельно и термически отделены друг от друга, что позволяет обеспечить гибкость профилирования и стабильность процесса оплавления. Измерение температурного профиля с включенным вакуумным процессом (рис. 4) показывает, что, несмотря на очень низкий уровень достигаемого разрежения в 10 мбар, все заданные значения профиля выполняются (Ј3 K/с нагрев, t_L Ј90 с, T_P Ј240 °C). С помощью встроенного в камеру обогрева можно отрегулировать температуру компонента в вакуумном блоке в соответствии с наиболее распространенными нормами. Благодаря такому продуманному решению удается организовать быстрый и стабильный производственный процесс.

Рис. 4. Профиль давления и температуры процесса пайки установкой VisionXP+ Vac

Конденсационная или конвекционная пайка: компания Rehm предлагает оба метода с вакуумом и без него

Для того чтобы подобрать подходящую комбинацию конденсационной или конвекционной пайки и вакуумной технологии, необходимо точно проанализировать поставленные задачи в каждом конкретном случае. Несмотря на то, что общим главным требованием является снижение количества пустот в местах пайки, возможности и области применения методов пайки различаются. В таблице приводится сравнение некоторых существенных признаков обоих методов вакуумной пайки. При этом в качестве решающих факторов рассматриваются вид обрабатываемых компонентов, возможность использования вакуумного процесса и производительность.

Специфические параметры производственного процесса, компонентов, а также индивидуальные требования заказчика всегда играют определяющую роль при выборе оптимальной комбинации технологий пайки и вакуума. Технологический центр компании Rehm, расположенный в г. Блаубойрен, имеет возможность тестировать оба метода и определять оптимальный процесс для изготавливаемых компонентов. С момента выхода серии VisionXP+ Vac большое количество установок уже с успехом завоевало свое место на рынке. Значительное повышение надежности мест пайки при использовании вакуумного процесса и гибкость системы (при необходимости можно отключить вакуумный процесс) убедили клиентов компании в преимуществах этой технологии.

О компании Rehm Thermal Systems

Компания Rehm была основана в 1990 году. Основной идеей бизнеса стало создание небольших недорогих установок для пайки оплавлением с открываемой рабочей камерой. Следуя своему принципу “Einfach. Mehr. Ideen.” («Просто. Больше. Идеи»), компания Rehm является лидером в области технологий и инноваций для производства современных и эффективных электронных компонентов в сфере разработки термических системных решений для электронной промышленности. На сегодня компания Rehm Thermal Systems имеет признанный международный авторитет и представлена на всех значимых растущих рынках, реализуя для своих клиентов образцовые производственные решения в сфере разработки и производства систем пайки и сушки.