基本介紹
- 中文名：真空共晶爐
- 外文名：vacuum soldering system
- 定位：針對高端產品的工藝焊接爐
- 分類：工業
產品原理
真空焊接系統相對於傳統的回流焊系統，主要使用真空在錫膏/焊片在液相線以上幫助空洞排出，從而降低空洞率。因為真空系統的存在，可以將空氣氣氛變成氮氣氣氛，減少氧化。同時真空的存在也使得增加還原性氣氛可能性。
真空去除空洞
在大氣環境下，液態狀態下的錫膏/焊片中的空氣氣泡/助焊劑形成的氣泡也處於大氣氣壓下。當外界變為真空環境，兩者之間的氣壓差可以讓在液態錫膏/焊片中的氣泡體積增大，與相鄰的氣泡合併，從而最後到達表面排出。隨後氣壓恢復，殘留其中的剩餘氣泡會變小繼續殘留在體系中。
從工業生產的角度而言，有以下幾點需要指出：
- 絕對的高真空（某些廠家宣稱的10 -n mbar）理論上來說確實可以更大程度的減少空洞率，因為壓力差是氣泡排出的驅動力。然後抽高真空需要極長的時間，在實際生產中需要考慮。另外高於液相線的時間也需要考慮。而且事實由於生產腔體的材料表面不是完全平整，會吸附一些氣體和液相物質，達到絕對的高真空從某種程度上來說是理論可能。
- 絕對的0%空洞率不可能達到，在生產中無法保證完全去除每一個氣泡。一般來說所謂低空洞率的要求是總空洞率<3%，最大空洞<1%。
氮氣氣氛
真空系統的加入可以讓腔體在抽真空之後加入氮氣氣氛，在傳統的回流焊之中也有涉及。但是需要指出以下幾點：
- 氮氣的加入是排出空氣中的O2，防止氧化，在回流爐的開放環境中，並不能完全排出O2的可能行。行業認為需要將O2降至100ppm以下可以保證無氧化的可能。因此封閉體系是套用N2環境相對於合適的體系
- 金屬的氧化，除了有O2的存在，溫度也極為重要。所以在套用氮氣保護之時，應當保證器件溫度降至一定溫度下，才能開放體系，與O2接觸。比如，對於DCB的焊接，應當保證Cu表面溫度升至50C以上以及焊接後表面溫度下降至50C之前保證在N2環境下才能完全避免氧化。
還原性氣氛HCOOH 甲酸和N2H2 合成氣
在錫膏的使用中，由於助焊劑的存在，實際上不需要還原性氣氛。真空步驟可以降低空洞率。但是考慮到助焊劑殘留/清洗成本等，有些廠家會選擇使用無助焊劑的焊片。這時需要還原性氣氛的使用。還原性氣氛可以增加焊片的濕潤性，從而從另外一個角度降低空洞率。對於常見的還原性氣氛HCOOH甲酸和N2H2合成氣，需要指出以下幾點：
- 兩者的作用原理都是和金屬氧化物反應，還原至純金屬，以便下一步的液化。
- HCOOH甲酸和金屬氧化物得反應溫度低於200C，形成甲酸金屬鹽和水，在200C以上甲酸金屬鹽分解成金屬和H2O CO2，因此HCOOH甲酸適合低熔點的合金體系
- H2的還原反應需要在高溫（250C）環境下進行，因此不適合低熔點的合金體系。
其他
真空共晶爐的主要原理就是利用真空去除空洞，氮氣氣氛和還原性氣氛是附加條件，客戶應當根據自己的產品要求和經濟水平進行選擇。
存在的真空系統，主要分為
- 傳統回流焊+真空模組：優點是理論來說可以在現有的回流焊產線中進行改進，缺點是除真空體系的模組外其他部分不能完全防止氧化。
- 單一真空模組配合加熱冷卻裝置：優點是可以保證真空環境和氮氣氣氛，缺點是加熱冷卻由同一加熱、冷卻板完成，使用壽命短
- 多真空模組，單一模組只負責加熱，焊接，冷卻步驟：優點是可以保證真空環境和氮氣氣氛，不同模組負責不同的溫區，和傳統回流焊多腔體焊爐類似，從而最大限度保證產出效率和質量，缺點是價格較高。
