Technologie pájení v parách ve vakuu od firmy IBL… cesta k nejvyšší kvalitě

Elektronický průmysl směřuje do menší a stále výkonnější elektroniky. Rychlost zpracování a pracovní výkony se musí trvale zvyšovat. Výsledkem jsou kompaktnější elektronické obvodové desky, menší komponenty na menších plochách a vyšší mix malých a velkých součástek.

Kromě zpracování výkonů elektronických obvodů se zvýšila i proudová kapacita zařízení a obvodů, což vedlo k většímu rozdílu mezi malými a masivními součástkami. Na základě zvyšujících se požadavků se do popředí dostávají i aplikace jako 3DMID s rozdílnou výškou pájecích bodů, DBCs (Direct Bond Cooper), které jsou pájeny při maximální teplotě 235–240 °C, IGBTs, výkonová elektronika a polovodiče. K vyřešení těchto problémů napomáhá proces pájení v parách, a to zejména díky nízkému CTE (koeficient tepelné roztažnosti). Ten brání běžným poruchám, jako je tepelné namáhání nebo expanze.

Pájení ve vakuu

Speciální formou pájení v parách je vakuové pájení. Už v roce 2001 začala společnost IBL s vývojem technologie InVapour, kdy ve spolupráci s Frauenhoferovým institutem vytvořila unikátní technologii umožňující přímé vakuum, což znamená, že k přesunu produktu do vakuové fáze dochází ihned po dosažení maximální teploty. Velkou výhodou zobrazeného patentovaného procesu je, že nedochází k opuštění plynné fáze, čímž se zabrání oxidaci a poklesu teploty.

Stroj pracuje se systémem flexibilních procesních parametrů a pro každou sekvenci pájení lze přednastavit následující hodnoty:

• rychlost přesunu DPS
• tlak
• dobu pájení
• funkci Double-Vac, kdy stroj provádí 2 vakuové cykly za sebou
• rychlost spuštění ventilace (po vakuu)

Velmi důležitým prvkem je, že vakuový proces přetavení znamená výraznou redukci plynových pórů (voidů). V dnešní době je této problematice věnována zvýšená pozornost, jelikož voidy snižují životnost a mechanickou odolnost pájeného spoje. Při pájení vakuovými parami se po úplném roztavení pájecí pasty vypumpuje vzduch z pájecí komory. Tím vznikne podtlak, jehož působením jsou plynné inkluze v pájecích místech vypuzeny a tím odděleny od pájeného spoje. Výsledkem jsou zapájené spoje bez voidů. Tato technologie je zvláště výhodná u pájených spojů, které mají odvádět teplo, jelikož plynové inkluze zvyšují tepelný odpor a zhoršují mechanickou pevnost spoje.

Současné vakuové systémy

Pojďme si nyní rozebrat jednotlivé možnosti, které dnes zařízení pro pájení v parách ve vakuu nabízejí. Tyto stroje jsou dostupné buď jako stand alone stanice, nebo inline řešení, jelikož se v průběhu posledních let staly konkurenceschopnými i pro velkoobjemovou výrobu.

Nejmodernější řady už nabízejí vysokou propustnost v kombinaci s vysoce kvalitními výsledky. Zároveň vakuová zařízení umožňují vypnutí vakuového procesu a výrobu dávky prostřednictvím standardního pájecího programu, který již známe u řad, které vakuový modul neobsahují.

Inteligentní profilovací systém IPS – SVP proces a TC kontrola

Vakuové systémy nabízejí snadno použitelný systém s neomezenou kapacitou pájecích programů, datovým úložištěm, inframoduly pro předehřátí pájecích aplikací a vytvrzování lepidla, systémem pro rychlé chlazení, kde lze použít i N2, systémem opětovného použití Galdenu přes filtrační jednotku, traceabilitu pro sledování výroby a mnoho dalších doplňků.

Z hlediska procesu jsou vybaveny integrovaným systémem inteligentního profilování (IPS), jehož součástí je i možnost záznamu pájecích profilů v reálném čase, který zajišťuje doplněk TRS (Temperature Recordsing System). Dále používají patentovanou funkci SVP mód, což je systém jemného korigování par prostřednictvím 20 pozic s přesně nastavenými teplotními gradienty. Tento proces poskytuje velmi rychlou dobu odezvy, jež umožňuje reprodukovat všechny druhy teplotních profilů, jako jsou plató profily nebo profily s variačními gradienty. Navíc je rozšířen o technologii SVTC, což znamená regulaci teploty SVP módu řízeným senzorem, jenž je umístěn na nosiči DPS. Všechny tyto doplňky si kladou za cíl co nejvyšší opakovatelnost procesu.

Vakuové pájení a Vapour descent

Zajímavou možností u vakuového pájení je rozšířená regulace tepelného profilu s volitelnou funkcí VP-Descent-Function. Tato funkce umožňuje snížení maximální teploty, např. pro pájení dvou pájecích slitin v jednom stroji, aniž je nutné vyměnit kapalinu. VP-Descent lze použít pro zvýšení regulace tepelného profilu během pájení nebo během vakuového procesu.

Závěr

Vzhledem k dnešním a budoucím složitým komponentám a procesům je pájení v parách technologií, která umí vyřešit kvalitativní problémy ve výrobě a díky které lze dosáhnout velmi dobrých výsledků pájení. Proces pájení v parách totiž poskytuje bezkyslíkovou atmosféru bez dodatečných nákladů a spotřeba energie (typicky 5–6 kW u velkého inline systému) je mnohem nižší než konvekce, protože energie zůstává v horké kapalině. Zároveň optimalizovaná izolace snižuje únik tepla do okolí a tím umožňuje ušetřit náklady na klimatizaci v závodě.

Zdroje:

[1] R. J. Klein: „Wassink Weichloeten in der Elektronik“ „Soldering in Electronics“ Second edition

[2] Dipl. Ing. Helmut Leicht; Andreas Thumm: „Today‘s Vapor Phase Soldering An Optimized Reflow Technology for Lead Free Soldering“