Парофазная пайка, или как паяют на производствах

в 9:45, , рубрики: пайка, Производство и разработка электроники, Промышленное оборудование, метки:

Первоначально статья планировалась, как небольшая история о том, как мы паяли муравьиной кислотой в парофазной печи.

Специально для этого проекта мы переделали нашу парофазку (парофазная или конденсационная печь), с возможностью подачи муравьиной кислоты вместе с перфторполиэфиром. К сожалению, часть результатов является коммерческой тайной, и фотографий результатов не будет.
Но к этой небольшой статье пришлось написать много комментариев. Я не думаю, что каждый знаком с данным способом пайки, и поэтому этот проект мы пока оставим и расскажем обо всем по порядку.

Современные технологии пайки, и оборудование, которое изготавливается по данным технологиям можно представить следующей таблицей:

Теплопередача Преимущество Недостаток
Контактное тепло Теплопроводность Простое осуществление Целенаправленный поток тепла (снизу-вверх)
Излучение Свет, лазер Выборочно, очень быстро Теневые эффекты
Конвекция Принудительная конвекция Гибкий процесс, воздух или азот Ограниченная теплопередача
Микроволны Электромагнитное поле Выборочно не полное нагревание Тяжелое осуществление, Припой недоступен
Конденсация /Парогазовая фаза Энергия изменения фазы Tмакс ограниченно, инертная жидкость Galden Одна жидкость на процесс пайки

Основное распространение нашли конвекционные печи из-за своей простоты и универсальности.

Парофазные печи менее популярны ввиду своего специфического применения.Тут стоит отметить несколько пунктов. Первый – это защита от перегрева. Вторая причина, почему потребитель может выбрать данную печь, это возможность использования вакуума. Это дает возможность пайки без пустот, что, по-сути, есть наработка на отказ прибора, или скрытый дефект, если качество выпускаемой продукции — приоритет. Третий, но не менее распространённый – это пайка металлов и сплавов, подверженных быстрому окислению. Ярким примером являются коннекторы из меди. Четвертый, набирающий популярность по запросам в последнее время, это объемные и массивные изделия. Как пример, коннектор из меди, весом 22кг.

Профиль пайки такого изделия:

Парофазная пайка, или как паяют на производствах - 1

Мы проводили эксперимент, по пайке высоких изделий. Высота составляла 100 мм.К каждой пластине крепили термопару.

Разбор в пиковой температуре от 228,4°C до 232,9°C.

Парофазная пайка, или как паяют на производствах - 2

Парофазные печи для промышленности — явление не новое.

Технология пайки в парогазовой камере опубликована в 1975 R.C. Pfahl и H.H. Ammann.
Переход агента в жидкое состояние из газообразного высвобождает тепловую энергию для пайки
Если совсем просто, то:

dHi = TdS = dQ

И выглядело это схематично следующим образом:

Парофазная пайка, или как паяют на производствах - 3

Была некоторая емкость в которую опускали изделие, происходил процесс пайки, и затем держатель с печатными платами поднимали.

Компания приобрела патент на данную установку, купленную у француза в 2005 г. Она представляла собой другое техническое решение, с герметичной камерой. Несколько доработав её (на это ушло «несколько» лет), на выходе получилось оборудование, нашедшее спрос по всему миру. И так, что же это из себя представляет данная технология пайки.

Парофазная пайка, или как паяют на производствах - 4

Средой для пайки является Перфторполиэфир (PFPE). Несмотря на то, что материал упоминается в книгах, датированных 1975 г. широкую мировую известность нашел Galden. Будучи инертным, и имея точку кипения от 150 °C до 270 °C в своей линейке, нашел широкую известность у производителей оборудования. На текущий момент я не встречал оборудование (европейское, с китайскими слабо знаком) подобного класса, работающие на PFPE от других производителей.

Разумеется, использование жидкости как теплоносителя, на практике всегда будет означать потери, и каждый старается их минимизировать. Многое зависит от устройства рабочей камеры, о том, как выводиться и фильтруется теплоноситель. Это значит каждый цикл пайки будет иметь конечную стоимость. Цена гальдена (при его плотности, он, разумеется, продается по кг) достаточно высокая. Результаты, которые я видел, реально поставленного эксперимента с датчиками и в периодичности несколько сотен циклов составляли порядка 1 грамма в цикл, при этом рабочая площадь камеры составляла 650x650 мм. Особое вопрос — это оседание флюса на дно рабочей камеры, это вызывает ряд проблем в «классической» системе и приводит к затратам на техническое обслуживание.

Следующим моментом является вопрос о вакууме. Применение подобного класса оборудования без вакуума на моей практике находит применения только для объемных и массивных деталей.
Внимательный читатель обратит внимание на тот факт, что будет происходить загрязнение маслом. Нет, это не случится, так как вакуумный насос также работает на перфторполиэфире.
Разумеется, основное применение вакуума при достижении точки ликвидуса припоя – откачиваем пустоты из паянных соединений. Тут можно было бы показать видео (установка, совмещенная с рентгеном), но к сожалению, им я поделиться не могу.

Результаты представлены ниже.

Парофазная пайка, или как паяют на производствах - 5

Второе применение, это использование предварительного вакуума, с целью гомогенизации среды в закрытой камере. Если вы не уверены в качестве припоя, то это тоже своеобразное решение этой задачи. И конечно, при пайки быстроокисляющихся изделий, например меди.

Если использовать все шаги, то получается так:

Парофазная пайка, или как паяют на производствах - 6

Следующим интересным моментом, на который стоит обратить внимание — это то, как осуществляется задание профиля. Тут нет привычного управления температурой, температуры стенок камеры задаются и калибруются на заводе, и не меняются пользователем. К каждой стенке подводятся термопары, осуществляя контроль их работоспособности. Регулирование температур происходит за счет количества подаваемого PFPE. Температура печатной платы растет до тех пор, пока вся жидкость не перейдет в пар. Таким образом, вы можете нагреть плату до определенной температуры и выдержать, например, её. Кроме того, это дает широкий разброс градиентов. Поэтому на предыдущей картинке было 2 инъекции теплоносителя. Да, их может быть и больше, но как показывает практика этого достаточно.

Различные градиенты показаны на картинке.

Парофазная пайка, или как паяют на производствах - 7

Последним этапом является охлаждение. Существуют несколько реализаций этого процесса. На мой взгляд очень важно, чтобы при расплаве, не было никакого движения продукции, это может привести к дефектам. В этот момент весь теплоноситель откачивается из камеры, и через некоторое время, когда припой достиг точки солидуса, происходит подача приточного воздуха для охлаждения. В некоторых разработках это может быть подача азота.

На этом статью можно закончить, отметив тот факт, что мы будем проводить семинар по пайке, где расскажем подробнее о пайке, дефектах и как это решается на современных производствах.

Автор: Yssuri

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля