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深圳市特普科电子设备有限公司

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探秘先进封装之真空回流焊:电子制造的黑科技

2024-12-03
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一、引言


在当今电子领域,先进封装技术正发挥着至关重要的作用。随着电子产品不断向小型化、高性能和高可靠性方向发展,对封装技术的要求也日益提高。先进封装不仅能够实现更高的集成度,还能提升电子设备的性能和稳定性。


而在众多先进封装技术中,真空回流焊扮演着关键的角色。真空回流焊作为一种先进的焊接技术,为电子组件的表面贴装提供了可靠的解决方案。它能够有效控制焊接缺陷,提高焊接质量和生产效率,满足了现代电子行业对高性能电子产品制造的需求。

二、真空回流焊原理


1.传统回流焊与真空回流焊的相似之处。


传统回流焊与真空回流焊原理类似,都是通过加热将锡膏熔化并与电子元器件的焊盘连接。


2.真空回流焊的独特步骤。


  • 上锡膏:将锡膏涂抹在印刷电路板(PCB)上的焊盘上。锡膏的作用是提供焊接时的金属填充物,以确保焊点的机械和电气连接。


  • 贴片:使用贴片机将电子元器件地放置在锡膏涂抹的焊盘上。


  • 预热:将印刷电路板送入预热区,使其温度逐渐升高,使锡膏中的助焊剂蒸发,同时使电子元器件和 PCB 逐步适应焊接温度。


  • 真空回流焊:将预热后的印刷电路板送入真空回流焊炉,在真空环境下进行回流焊。真空环境有助于消除气泡和氧气,从而减少焊接缺陷。


  • 冷却:焊接完成后,将印刷电路板送入冷却区,使焊点迅速冷却至室温,确保焊点的可靠性。


三、真空回流焊的优势


1.减少气泡和氧气有效消除锡膏中的气泡和氧气,减少焊接缺陷,提高焊点质量。


在真空环境下进行回流焊,可以有效地消除锡膏中的气泡和氧气。这是因为真空环境能够降低气压,使气泡更容易从锡膏中逸出。同时,减少氧气的存在可以防止锡膏在焊接过程中被氧化,从而减少焊接缺陷,提高焊点质量。例如,根据电子发烧友网的介绍,真空回流焊工作原理中提到,在真空环境下进行回流焊,可以有效消除锡膏中的气泡和氧气,从而减少焊接缺陷,提高焊点质量。


2.提高湿润性改善锡膏对焊盘和电子元器件的湿润性,提升焊接质量。


真空回流焊过程中,真空环境有助于提高锡膏对焊盘和电子元器件的湿润性。这是因为在真空环境下,锡膏的表面张力降低,流动性增强,能够更好地浸润焊盘和电子元器件,从而提升焊接质量。例如,在哔哩哔哩上的“真空回流焊的原理及其特点,赶紧收藏!”一文中提到,真空回流焊过程中,真空环境有助于提高锡膏对焊盘和电子元器件的湿润性,从而改善焊接质量。


3.减少氧化降低焊点表面氧化层,提高电气性能和可靠性。


由于真空环境中氧气含量较低,焊接过程中的氧化现象得到有效抑制。这有助于减少焊点表面的氧化层,提高焊点的电气性能和可靠性。例如,根据“你所不知道的真空回流焊十大优点,最后一个太意外!”一文的描述,在真空环境中进行焊接,可以有效隔绝氧气,防止焊接点的氧化,从而确保焊接的强度和稳定性,进一步提高焊接的可靠性。


4.适用于高温焊接材料更好地适应高熔点焊料,满足高性能电子产品焊接要求。


真空回流焊可以更好地适应高温焊接材料,如高熔点的铅锡合金和无铅焊料。这些焊料在真空环境中的湿润性和抗氧化性能更好,有助于实现高性能电子产品的焊接要求。例如,在多个来源的文章中都提到,真空回流焊适用于高温焊接材料,能够满足高性能电子产品对焊接质量的要求。


5.降低虚焊风险消除气泡和减少氧化,降低虚焊风险。


真空回流焊由于消除了气泡,减少了氧化现象,因此在焊接过程中,虚焊的风险得到了有效降低。例如,安徽广晟德的“回流焊虚焊和假焊预防与处理”一文中提到,虚焊和假焊问题与焊接过程中的气泡和氧化现象有关,而真空回流焊可以有效减少这些问题,降低虚焊风险。


6.提高生产效率优化焊接参数和工艺,短时间完成大批量焊接作业。


真空回流焊通过优化焊接参数和工艺,可以在短时间内完成大批量的焊接作业,从而提高生产效率。例如,“你所不知道的真空回流焊十大优点,最后一个太意外!”一文中提到,真空回流焊通过优化焊接流程和提高热传导效率,大大缩短了焊接周期,提高了生产效率。同时,真空回流焊还易于实现自动化,进一步提高了生产效率。


四、真空回流焊的应用领域


1.半导体封装为封装密度高、电气性能要求严格的半导体器件提供高质量焊接连接。


在半导体封装领域,封装密度高且电气性能要求严格的半导体器件需要极高的焊接质量。真空回流焊技术能够为这类半导体器件提供高质量的焊接连接,有效提高产品性能。例如,科技之光:探索 V8S 在线式真空回流焊接炉在半导体封装领域的应用一文中提到,V8S 在线式真空焊接炉专为半导体引线框架产品的真空焊接封装和功率器件的真空焊接封装需求而设计,具有产量大、能耗低等特点,为半导体封装带来高效低耗的解决方案。同时,如电子发烧友网关于半导体激光器封装的介绍中,大多数激光器都采用共晶工艺进行连接,而真空回流焊在这个过程中发挥着重要作用,确保封装的可靠性和稳定性。


2.高密度互连板(HDI)减少焊接缺陷,提高互连板性能和可靠性。


高密度互连板的设计对焊接质量要求极高。真空回流焊可以有效地减少焊接缺陷,提高互连板的性能和可靠性。真空回流焊过程中,真空环境有助于提高锡膏对焊盘和电子元器件的湿润性,改善焊接质量。同时,减少气泡和氧气、降低焊点表面氧化层等优势,都为高密度互连板的高质量焊接提供了保障。例如,哔哩哔哩上的“真空回流焊的原理及其特点,赶紧收藏!”一文中提到,高密度互连板的设计要求对焊接质量有很高的要求,真空回流焊可以有效地减少焊接缺陷,提高互连板的性能和可靠性。


3.汽车电子满足汽车电子产品对可靠性和耐久性的严苛要求。


汽车电子产品对可靠性和耐久性有很高的要求。真空回流焊技术可以提供稳定可靠的焊接质量,满足汽车电子产品的严苛要求。在汽车电子领域,焊接技术的选择至关重要,而真空回流焊技术因其高生产效率、高一致性、高焊接牢靠性、低空洞率等优势,成为了新能源充电模块焊接的优解。例如,“真空回流焊/真空共晶炉——新能源充电模块焊接”中提到,在新能源汽车充电设备中,充电模块的性能直接决定了直流充电设备的整体性能,而真空回流焊技术为充电模块提供了高质量的焊接,保证了其性能和稳定性。此外,“不可思议!汽车车灯使用同志科技真空炉的效果竟然是这样的”一文中,也展示了汽车车灯使用真空回流焊进行大功率 LED 芯片焊接的良好效果,提高了汽车电子产品的可靠性。


4.航空航天电子确保高端电子产品的焊接质量。


航空航天领域对电子产品的性能和可靠性要求极高。真空回流焊技术可以确保高端电子产品的焊接质量。在航空航天领域,电子产品需要在极端环境下稳定运行,对焊接质量的要求极为严格。真空回流焊技术能够减少气泡和氧气、降低氧化、提高温度均匀性等,为航空航天电子产品提供高质量的焊接连接。例如,“为什么真空回流焊是未来电子制造的关键技术?”一文中提到,航空航天领域对电子产品的可靠性要求极高,真空回流焊技术在此领域具有巨大的潜力,航天器、卫星等关键电子系统都可以采用真空回流焊技术进行生产,以提高产品的性能和可靠性。


五、典型设备介绍


以 V8S 在线式真空回流焊接炉和高真空回流焊机为例。


(一)V8S 在线式真空回流焊接炉


1.特点


  • 产量大:对于不同尺寸的引线框架和功率模块,都有较高的生产效率。例如,72mm 宽的引线框架产品,生产效率可以达到 240 - 300 个/小时;120mm 宽的功率模块,生产效率可以达到 130 - 200 块/小时。


  • 能耗低:整机启动功率为 18KW,整机平均运行功率仅为 8KW,节能环保。


  • 氮气消耗量低:氮气消耗量只有其他同类真空炉产品的 1/5,大大降低了生产成本。


  • 占地面积小:外形尺寸为 2600×1000×1300mm,节省了生产现场的空间。


2.功能


  • 满足各种焊料焊接要求:可适用于≤450℃的各种焊料,包括 SAC305 锡膏、Sn63Pb37 锡膏、Sn90Sb10 锡膏、In97Ag3 锡膏、In52Sn48 锡膏等。


  • 的焊接空洞率:焊盘空洞率<1%,单个空洞率为 2%。不同的焊接材料和气氛对焊接都有影响,具体数据会根据不同焊接产品有所不同。


  • 支持氮气气氛工作环境:满足多种焊接工艺的需求。


  • 软件控制系统:模块化设计设置,操作界面简洁易懂,提高了生产效率。


  • 无需校正:节省了校准费用和时间。


  • 标配丰富:温控系统标配 20 组控温热电偶,测温系统标配 4 组测温热电偶,真空系统标配真空泵抽气速率要求(50Hz)3L/S,配置西门子工控机,采用合金加热平台,标配水冷机、水冷管路及接口、氮气气路管道及接口、助焊剂冷却、过滤系统及接口、控制软件。


(二)高真空回流焊机


1.应用领域


  • 应用于芯片与基板、管壳与盖板等的无缺陷焊接和无助焊剂焊接。具体包括 IGBT 封装、焊膏工艺、激光二极管封装、混合集成电路封装、管壳盖板封装、MEMS 及真空封装等领域。


2.优势


  • 真正的真空环境:采用真空<5Pa(选配分子泵真空可达 10-6mbar)的真空环境,有效降低空洞率和氧化。


  • 低活性助焊剂焊接环境:降低氧化的可能性。


  • 触摸屏操控与专业软件控制:配备触摸屏操控及专业软件控制,提供良好的操作体验。


  • 高达 40 段可编程温度控制系统:可设置多条工艺曲线,满足不同焊接工艺的需求。


  • 快速降温效果:采用水冷技术,实现快速降温效果。


  • 四组在线测温功能:实现焊接区域温度均匀度的准确测量,为工艺调校提供支持。


  • 多种气体选择:可选择甲酸、氮气或其他惰性气体,满足特殊工艺的焊接要求。


  • 实时工艺视频摄录系统:为每个产品的焊接过程进行视频录像,为质量跟踪反馈提供有力证据,同时为焊接工艺研究和材料试样提供数据支持。


六、总结


真空回流焊在先进封装中具有至关重要的意义。首先,它能够有效减少气泡和氧气,提高湿润性,降低氧化,适用于高温焊接材料,降低虚焊风险,提高生产效率,为先进封装提供了高质量的焊接连接。


在半导体封装领域,真空回流焊为高要求的半导体器件提供了可靠的焊接,满足了封装密度高和电气性能严格的需求。在高密度互连板领域,它减少了焊接缺陷,提高了互连板的性能和可靠性。在汽车电子和航空航天电子领域,真空回流焊满足了对可靠性和耐久性的严苛要求,确保了高端电子产品的焊接质量。


展望未来,随着电子技术的不断发展,对电子产品的性能和可靠性要求将越来越高。真空回流焊技术凭借其众多优势,必将在更多领域得到广泛应用。例如,在人工智能、物联网、新能源等领域,真空回流焊有望为关键设备的生产提供高质量的焊接解决方案,推动这些领域的发展。


同时,随着技术的不断进步,真空回流焊设备的成本有望降低,工艺也将更加简化,生产效率将进一步提高。这将使得真空回流焊技术更加普及,为电子制造行业带来更大的效益。总之,真空回流焊技术在先进封装领域的未来发展前景广阔,值得我们持续关注和投入研发。


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