Sofi-spb.ru

Стройка и ремон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Пайка в вакуумных печах

Вакуумная пайка — Технологии и Системы пайки в вакууме

Вакуумная пайка — предпосылки

Пайку можно назвать одним из самых сложных этапов при производстве радиоэлектронной продукции. Построение и отладка термопрофиля — непростой процесс, который под силу опытным и, зачастую, креативным сотрудникам. Но даже имея идеальный термопрофиль, в условиях производства можно столкнуться с массой дефектов, возникающих при пайке. В более ответственных сферах производства радиоэлектронной продукции появляется необходимость создания максимально надежного паяного соединения, устойчивого к коррозии и способного перенести различные воздействия, как температурные, так и механические. Одним из параметров надежности паяного соединения можно назвать его однородность. Присутствие пустот в паяном соединении может привести к коррозии и последующему выходу изделия из строя. Также одним из важных факторов качественной пайки можно назвать смачиваемость спаиваемых поверхностей.

Вакуумная пайка

Вакуум используется в процессе пайки два раза. Первый раз — сразу после помещения продукта пайки в систему пайки в вакууме. Это действие используется для удаления воздуха из рабочей камеры. После создания вакуума камера может быть наполнена специальным газом или смесью газов.

Второй раз вакуум создается в фазе оплавления. При переходе припоя в жидкое состояние вакуум позволяет выместить воздух из объема паяного соединения, таким образом можно удалить образовавшиеся пустоты. После достижения вакуума в рабочую камеру может быть также подан газ (или смесь газов) для создания дополнительных условий при пайке.

Системы вакуумной пайки

Системы вакуумной пайки предназначены для высококачественной бездефектной вакуумной пайки и пайки в специальной атмосфере (технологическом газе или вакууме) полупроводниковых устройств, силовых приборов и изделий микроэлектроники. Использование вакуума позволяет исключить появление пустот в паяном соединении. В качестве нагревательного элемента используется нагревательная плита размерами 160х160, 320х320 и 1000х320 мм в зависимости от модели оборудования. Для повышения качества паяного соединения пайку можно проводить в специальной атмосфере, что позволяет минимизировать процессы окисления и улучшить смачиваемость поверхностей.

Технологии вакуумной пайки

Технологию пайки можно условно разделить на две группы по типу активации поверхностей перед пайкой:

• пайка с использованием флюса;

• пайка без использования флюса.

Пайка с использованием флюса

При этом способе пайки функцию активатора поверхностей перед пайкой будет выполнять флюс. Специальная среда, которая может создаваться в современных системах вакуумной пайки, должна обеспечивать лишь отсутствие окислений на спаиваемых поверхностях.

В качестве инертной среды можно использовать следующие газы:

• азот, аргон и т. д. (любые инертные газы);

• формир-газ (95% азота + 5% водорода).

Азот
Газообразный азот широко используется в промышленности, благодаря своей химической инертности.
Достоинства:

• Нет окисления при пайке.

• Доступность и безопасность при работе.

Недостаток — не подготавливает площадки и поверхности к пайке.

Формир-газ
Формир-газ — это смесь из 95% азота и 5% водорода. Основное свойство водорода — способность разрушать оксидные пленки на поверхностях, тем самым удаляются окисления. Достоинства:

• Активация площадок, создание инертной среды.

• Нет специальных требований к безопасности.

Недостаток — низкая способность подготовки поверхности к пайке.

Пайка без использования флюса

Этот способ пайки целесообразно использовать при производстве изделий с высокой степенью ответственности. Технология пайки без использования флюса является гораздо более «чистой», так как после пайки отсутствуют загрязнения от веществ, находящихся в составе флюса. Остатки флюса необходимо тщательно удалять с помощью отмывки, так как зачастую они становятся причиной выхода изделия из строя. При пайке без флюса специальная атмосфера, создаваемая в рабочей камере, должна не только обеспечивать активацию поверхностей при пайке, но и препятствовать образованию окислений.

Возможные варианты специальной атмосферы при пайке без использования флюса:

• пайка в парах муравьиной кислоты (HCOOH);

• пайка в водородной среде (H2);

• пайка с использованием плазмы.

Пайка в парах муравьиной кислоты (HCOOH)

Муравьиная кислота — химический реагент, позволяющий очистить поверхность от окислений. В системах вакуумной пайки инертный газ проходит через емкость с муравьиной кислотой, в результате чего образуется «влажный газ», содержащий пары муравьиной кислоты. Пар, взаимодействуя с поверхностями, удаляет окисления и подготавливает их к пайке. Муравьиную кислоту рекомендуется использовать в профиле в фазе активации поверхностей. Температура должна быть между +130 и +170 °C, что особенно важно при использовании низкотемпературных припоев, так как альтернативные варианты подготовки поверхности при низких значениях температуры неэффективны.

• Удаление оксидного слоя.

• Не нужно использовать флюс.

Недостаток — повышенные требования к безопасности.

Пайка в водороде (H2)

Очищенный от примесей паров воды и других газов водород эффективно удаляет окислы металлов. Водород гораздо более активный восстановитель, чем формир-газ или пары муравьиной кислоты. Так, например, окислы железа восстанавливаются в водороде примерно в 20 раз быстрее, чем в формир-газе при +500 °C, и в 10 раз быстрее при +300 °C. Недостатком водорода является взрывоопасность, ограничивающая его применение. Также следует отметить, что водород эффективно проявляет свои полезные свойства лишь при температуре выше +280 °C.

• Улучшение смачиваемости спаиваемых поверхностей.

• Отсутствие загрязнений. Недостатки:

• Наличие открытого пламени при удалении водорода из рабочей камеры.

• Повышенные требования к безопасности.

Пайка с использованием плазмы для подготовки поверхностей перед пайкой

Плазма — это частично или полностью ионизированный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Важнейшей особенностью плазмы является ее квазинейтральность, это означает, что объемные плотности положительных и отрицательных заряженных частиц, из которых она образована, оказываются почти одинаковыми. Плазму иногда называют четвертым (после твердого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества.

Влияние плазмы на поверхности спаиваемых материалов:

• Оказывается механическое воздействие, как при пескоструйной обработке.

• Подготовка поверхности проводится ионизированным газом.

• УФ-излучение разрушает длинные цепи углеродных соединений и используется для отверждения специальных покрытий.

При использовании плазмы достигается эффект, когда поверхностное натяжение поверхности становится максимально близким к поверхностному натяжению самого материала пайки (например, к пресс-форме). При таком эффекте припой равномерно смачивает всю площадь паяного соединения, а не собирается в шарики за счет большего поверхностного натяжения.

• Улучшение смачиваемости и активация поверхности.

• Отсутствие брака. Недостаток — повышенные требования к вакууму.

Программное обеспечение для печей вакуумной пайки budatec

• Простое и понятное графическое оформление программного обеспечения

• Возможность контроля термопрофиля в реальном времени с помощью термопар

Производство

Пайка в водородных и вакуумных печах

Пайка в печах наиболее полно воплощает в себе технологические возможности и особенности процесса, обеспечивает стабильность качества соединений различных деталей, позволяет максимально механизировать и автоматизировать изготовление паяных изделий; за счет групповой обработки может быть весьма экономичной.

Пайка – сложный физико-химический процесс получения неразъемного соединения в результате взаимодействия твердого паяемого и жидкого присадочного металлов ( припоя) соединяемых деталей. Формирование шва при пайке происходит путем заполнения припоем зазора между соединяемыми деталями, т.е. процесс пайки связан с капиллярным течением. Процесс пайки осуществляется при температурах , лежащих ниже температуры плавления паяемого материала.

Пайка имеет преимущества перед другими способами соединения деталей: возможность соединения в единое целое за один прием множества заготовок, составляющих изделие. Пайка позволяет соединять разнородные металлы, а также металлы с керамикой. При пайке не происходит расплавления кромок паяемых деталей, что дает возможность сохранить в процессе производства форму и размеры изделия.

Широкое применение при пайке в печах получил припой ПСр 72 ( также ПСр 50, ПСрМПд 68)-сплав эвтектического состава ( на основе серебра с содержанием меди или палладия), обладающий высокой технологичностью. Припои, содержащие серебро, обладают и повышенной тепло- и электропроводностью, высокими пластичностью, прочностью, коррозионной стойкостью и технологичностью. Поэтому эти припои широко применяются при пайке изделий, вакуумной техники и конструкций, подвергающихся высоким механическим нагрузкам.

Титановые припои обладают повышенной активностью и способностью смачивать поверхности тугоплавких металлов и металлов, покрытых окислами. Пайку металлов ( в основном меди) титановыми припоями производят в вакууме при этом обеспечивается равномерный нагрев соединяемых деталей без деформации даже при больших габаритах изделия.

Пайку в вакууме успешно применяют для соединения многих металлов. Этот вид пайки достаточно экономичен, совершенно безопасен. Паяные швы, полученные при использовании нагрева вакууме, отличаются чистотой исполнения, прочностью металла шва и высокой коррозионной стойкостью.

Отжиг в водородных и вакуумных печах

Отжиг в среде водорода осуществляет обезгаживание металлов и очистку от поверхностных окислов. Также при термической обработке снимаются напряжения , возникающие в материалах на механических операциях, детали становятся более формоустойчивыми, улучшаются некоторые свойства металлов. В водороде достаточно удовлетворительно отжигается большинство металлов: вольфрам, молибден, никель, бескислородная медь и их сплавы.

В отличие от отжига в водороде очистка деталей при термической обработке в вакууме основана на диссоциации ( разложении) окислов с выделением металла и кислорода, который быстро удаляется из сферы реакции вакуумными насосами; одновременно при взаимодействии окислов с выделяющимися газами происходят восстановительные процессы. В вакууме отжигаются тантал, титан, цирконий и их сплавы, образующие с водородом химические соединения – гидриды, являющиеся причиной хрупкости деталей.

Использование для отжига деталей высокопроизводительной вакуумной печи с программным управлением дает широкие возможности использования различных режимов термической обработки до 1250°С и охлаждения деталей, причем можно отжигать габаритные детали и детали значительных толщин.

Испытание на вакуумную плотность

Основным требованием, предъявляемым к спаям или герметичным изделиям, является их вакуумная плотность. Самым удобным способом течеискания является гелиевый течеискатель.Течеискатель позволяет обнаружить течи, попускающие поток воздуха от 10 2 до 10 5 л мкм/сек. Более малые течи в герметичных изделиях обнаруживатся методом опрессовывания в среде гелия. Изделие помещается в герметичную камеру, заполняемую гелием, и измеряется давление остаточного газа через сутки. Этот метод позволяет отбраковать отпаянные изделия, где необходимо длительное сохранение высокого вакуума.

Откачка камер

В процессе откачки происходит удаление из объема изделия всех газов, как свободных, так и растворенных в деталях. Для этих целей необходим длительный прогрев оболочки и деталей изделий при температуре до 500°С.

Характеристика работ, выполняемых на предприятии:

1. Отжиг деталей и узлов ( не содержащих латунь, бронзу, цинк) в вакуумных печах до 1200°С и в водородных печах до 900°С.

2. Отжиг деталей с покрытиями по любым режимам до 900°С. Отжиг никелевой, стальной, медной, нержавеющей проволоки.

3. Отжиг с элементами пайки.

4. Детали металлические — восстановительный отжиг.

5. Детали и узлы — отжиг в атмосфере водорода; детали и узлы ЭВП — отжиг в вакууме и в среде водорода.

6. Заготовки металлокерамических ламп.

7. Заготовки простых отпрессованных деталей — грубый отжиг.

8. Высокотемпературная пайка узлов ЭВП сложной конфигурации, требующих применения сборной оснастки, прихватки сваркой и других приемов сборки с целью получения вакуумно — плотных соединений.

9. Подбор режимов отжига и пайки для деталей несерийного выпуска.

10. Высокотемпературная пайка разнородных металлов с дополнительным покрытием.

11. Узлы металлокерамические — сборка и пайка с различными металлами.

12. Изолятор металлокерамический сложной конфигурации — пайка высокотемпературными припоями.

13. Изделия вакуумные сложные — пайка в водородных и вакуумных печах.

14. Ножка металлокерамическая — пайка высокотемпературными припоями, серебряными припоями.

15. Узлы металлокерамические — сборка и пайка с различными металлами.

16. Контроль качества вакуумноплотных соединений на гелиевом течеискателе.

17. Припои медные, серебряные (лента, проволока) — отжиг в водороде.

18. Сетки ЭВП на промежуточных стадиях обработки — отжиг в водороде.

19. Танталовые аноды — спекание в вакуумных печах.

20. Откачка электровакуумных приборов на сложных высоковакуумных постах с ручным и автоматическим управлением.

21. Откачка опытных, сложных и экспериментальных приборов с длительным циклом обработки.

22. Проверка герметичности вакуумноплотных швов.

23. Опрессовка изделий, где необходимо длительное сохранение вакуума, в среде гелия.

24. Серебрение изделий из меди различной конфигурации.

25. Испытания высоковольтные изоляции изделий напряжением промышленной частоты до 95кВ.

Вакуумная высокотемпературная пайка / Вакуумная низкотемпературная пайка

Вакуумная низкотемпературная и высокотемпературная пайка представляет собой вид термообработки для производства различных электронных компонентов, например устройств, используемых в аэрокосмической отрасли, которые должны выдерживать работу в самых жестких условиях, таких как вакуум или сверхвысокие температуры. Для изготовления подобных электронных компонентов необходимо обеспечить надежное соединение неоднородных материалов.

Соединение неоднородных материалов при помощи вакуумной низкотемпературной и высокотемпературной пайки

Данное соединение может быть типа металл-металл или даже изолятор-металл. Оно должно быть прочным, стойким к высоким температурам и пригодным для использования в условиях вакуума, поскольку отвод газообразного флюса недопустим. Целью использования флюса является удаление окислов и снижение поверхностного напряжения для увлажнения поверхностей неоднородных материалов. Однако в условиях вакуума или высоких температур воздействие флюса на электронные компоненты может быть губительным. Флюс, содержащий кислоты и соли, переходит в газообразное состояние из-за высокого давления пара.

В результате конденсация флюса на изоляторе может привести к созданию проводящих каналов, создающих токи утечки. Этот процесс может вывести дорогостоящие компоненты из строя. К сожалению, наиболее химически активные (агрессивные) виды флюса образуют наиболее прочное соединение. Некоторые свойства материалов, например стойкость к воздействию вакуума, невозможно получить при изготовлении в обычной газовой среде. Другой проблемой, вызванной обычной газовой средой, является то, что примеси в газах всегда загрязняют поверхности соединяемых материалов.

Решить эту проблему может низкотемпературная и высокотемпературная пайка в условиях высокого вакуума. Для обоих процессов соединение двух неоднородных материалов создается с помощью третьего материала (металла), так называемого припоя. Разница между низкотемпературной и высокотемпературной пайкой заключается в том, что при низкотемпературной пайке (обратимой) активным процессом является адгезия, в то время как при высокотемпературной пайке (необратимой) создается диффузия материалов, образуя значительно более прочное соединение. Весь процесс производится в условиях высокого или даже сверхвысокого вакуума. Указанные условия позволяют избежать окисления и позволяют использовать припой без флюса. Таким образом, требования к компонентам, используемым в условиях вакуума, считаются выполненными.

Читать еще:  Как соорудить откосы из сэндвич-панелей

Низкотемпературная и высокотемпературная пайка в вакууме

Для производства компонентов, используемых в жестких условиях, необходима специальная печь. Такая печь должна быть полностью герметичной для обеспечения термообработки в условиях вакуума. В зависимости от используемых материалов и припоя, температура должна регулироваться примерно до 1200 °C с высокой степенью однородности и стабильности для всего образца. Важным фактором является также регистрация данных: в частности, неоднородные материалы должны обладать определенной температурой, перед тем как припой перейдет в жидкое состояние. Соответственно, печь должна иметь возможность управляемой и воспроизводимой регистрации данных.

Всем указанным требованиям отвечает печь производства компании CARBOLITE GERO — колпаковая печь HBO с нагревательными элементами из вольфрама или молибдена для термообработки в вакууме. В зависимости от требований заказчика к условиям вакуума скорость утечки может быть снижена (до

Вакуумная пайка

Система вакуумной пайки подразумевает применение силы вакуума в работы дважды. Сначала вакуум используется при помещении изделия в систему – тут удаляется воздух из рабочего пространства. Когда вакуум создан, камера наполняется газовой смесью.

Второй шаг, на котором требуется вакуум – оплавление. Когда припой переводят в жидкость, вакуум вытесняет воздух из паяного соединения, удаляя пузырьки воздуха и пустоты. Тут пайка в вакуумных печах подразумевает добавление газовой смеси или одного однородного газа.

Машина для пайки

Для улучшения прочности пайка выполняется в особенной атмосфере, что устраняет окислительные процессы и повышает смачиваемость изделия. Технология пайки подразделяется на несколько групп: с флюсом и без, в зависимости от того, активизируется поверхность перед пайкой или нет.

Пайка с флюсом

Активировать поверхность для успешного образования соединения будет именно флюс. А среда, которую создает установка вакуумной пайки, направлена только на устранение окисления на поверхности припоя.

Инертной средой может выступать:

Пайка без флюса

Используется для создания более чистого соединения, так как пайка очищается от загрязнений, которые обычно поступают вместе с флюсом. Мелкие частички, оставшиеся от флюса, тщательно отмываются, поскольку становятся причиной поломки изделия в будущем.

Во время пайки без использования флюса, рабочая поверхность активируется, кроме того, предотвращается окисление данной поверхности. Пайка без флюса возможна в следующих вариантах:

Вакуумные печи для пайки

Вакуумная пайка оловом происходит в специальной графитовой печи. Это однокамерная печь с двойными стенками, охлаждением водой. Стенки внутри и снаружи выполнены из стали, камера горизонтальная.

Вакуумная печь для пайки VTG-100

Максимальная температура печи достигает 1350 ℃, вместимость камеры – сто килограмм. Закалочной средой может выступать аргон, азот, также такие печи оборудуются трубками для газовой подачи. Вакуумная система включает вакуумные насосы и термопару. Дополнительными установками служат охлаждающие агенты, системы снабжения водой в случае чрезвычайной ситуации, подача сжатого воздуха. Управление печами производится через индикаторные панели и контроллер, терморегулятор.

Компонентами вакуумной камеры в данном случае выступает система вакуума и закалки, подача давления от сжатого газа, проводка электродов, термопар и отверстия для датчиков давления.

Установки вакуумной пайки

Установка вакуумной пайки VH-T700 D100L300 позволяет регулировать температуру технического процесса, нагревать камеру до пятидесяти Кельвинов за минуту, поддерживать вакуум в пределах 10-5 мбар. Применяется в гибридных микросборках, оптоэлектронных компонентах, герметичной запайке корпусов, кристаллов, светодиодов. Работает в спайке без флюса. Позволяет использовать как влажную, так и сухую активацию поверхности спайки.

Габариты установки для пайки в вакууме

Управление технологическим процессом проводится через компьютер, позволяющий задать оптимальные параметры процесса. Последовательный интерфейс позволяет передавать данные на компьютер и корректировать их.

Пайка в вакуумных печах

Технологии активной пайки металлокерамических корпусов (МКК) для электровакуумных приборов разработаны достаточно давно [1–2] и получили широкое распространение в отрасли электронного машиностроения. Однако, несмотря на продолжительную историю практического применения МКК и непрерывно ведущиеся научные исследования по подбору согласованных материалов по коэффициентам термического расширения и улучшению условий смачивания поверхности корундовой керамики активным припоем, например, на основе титансодержащих припоев, работы по оптимизации технологического цикла активной пайки не прекращаются [3].
Широко используемая активная пайка на основе металлизированной керамики хорошо освоена промышленностью, однако на сегодняшний день считается очень сложной, трудоемкой и дорогостоящей и, как следствие, низкотехнологичной [4].
Известен другой способ пайки МКК, который связан с применением активных припоев в виде лент, фольг или паст [5]. На российский рынок поставляются титаносодержащие припои (на основе Cu-Ag-Ti) зарубежных торговых марок, которые хорошо смачивают керамику. Однако сложность контроля за составом припоя в процессе цикла пайки, который протекает за короткое время, ведет к неконтролируемому образованию избыточных интерметаллических соединений и приводит к растрескиванию паяного шва. Припои, изготовленные в виде аморфных лент, плохо формуются и к тому же имеют высокую цену. Применение припоев в виде паст имеет конструктивные ограничения и требует дополнительных операций нанесения (печать, шелкография и т. д.).
Альтернативой вышеуказанным способам является метод пайки активными припоями, которые формируются в процессе растворения титана при контакте металлического кольца с расплавом припоя Ag-Cu. Расплав, легированный титаном (Ag-Cu-Ti), активно смачивает поверхность корундовой керамики. Однако данный метод не получил столь широкого распространения, как два предыдущих способа, несмотря на хорошие механические и вакуумные свойства титана и вакуумплотной керамики. Это связано с тем, что отсутствуют точные данные о влиянии концентрации титана на свойства припоя, вакуумных условий, температуры и времени процесса на физико-механические свойства МКК. Поэтому целью данной работы явилось выяснение эмпирических факторов, способствующих оптимизации технологии групповой активной пайки на промышленных прототипах МКК для вакуумных фотоэлектронных приборов (ФЭП) припоем, который формируется в процессе растворения титана в сплаве серебра с медью.
Техника и методика экспериментов
Эксперименты по групповой активной пайке МКК на основе титаносодержащего припоя проводились в инновационной автоматической высоковакуумной промышленной электропечи модели СНВЭ‑2.4.2/13‑ИОП-НИТТИН, подробное описание ее конструкции дано в работе [6]. Запись параметров процесса в память контроллера происходит в автоматическом режиме. Вывод всей информации в виде цветных графиков и таблиц осуществляется цветным принтером через компьютер, подключаемый к электропечи. Данная электропечь с января 2018 года эксплуатируется на ОАО «НПО «Геофизика-НВ» Москва.
Исходные детали поступали на сборку в форме колец. Наружный диаметр керамических колец составлял 30,6 мм, внутренний диаметр 26,8 мм, толщина 1,2 и 3,0 мм. Металлическое кольцо по внутреннему и внешнему диаметру совпадало с керамическим кольцом, толщина составляла 0,3 мм.
Конструктивно МКК представляют собой набор соосно расположенных и чередующихся кольцевых деталей из керамики и колец из титанового сплава. Сборка скреплялась фиксатором. В качестве исходных материалов для создания МКК использовалась алюмооксидная керамика марки ВК–100–2 (далее по тексту — керамика) и сплав титана ВТ–1–0 (далее по тексту — титан), а также припой ПСр‑72.
Исследования микроструктуры и элементного состава велись на шлифах уже готовых паяных соединений МКК. Микроструктура паяной зоны изучалась в растровом электронном микроскопе модели JCM‑6000 фирмы JEOL (Япония). Элементный состав определялся с помощью микрорентгеноспектрального анализатора.

Результаты экспериментов и их обсуждение

Один из температурных режимов активной пайки МКК в вакууме припоем ПСр‑72 приведен на рис. 1.

Рис. 1. Температурный режим пайки металлокерамического корпуса в вакууме припоем ПСр‑72 В (1 — изменение температуры во времени; 2 — изменение давления остаточных газов)
На стадии подбора оптимальных технологических параметров процесса активной пайки было проведено 16 экспериментов. Во всех случаях наблюдалось хорошее смачивание поверхности металлического кольца из сплава ВТ–1–0 припоем ПСр‑72 после его расплавления. В составе МКК имеется паяный шов двух титановых колец припоем ПСр‑72. На рис. 2. показан этот паяный шов в увеличенном виде.

Рис. 2. Пайка двух титановых колец. Титан является основным металлом. Слева направо: титан (1) — переходная зона (2) — зона сплавления (3) — переходная зона (2) — титан (1). Между титаном и переходной зоной выявляется по контрасту тонкая прослойка диффузионной зоны.

Рис. 3. Пайка колец титана+титана и керамики. Титан является основным металлом. Слева направо: титан (1) — переходная зона (2) — зона сплавления между титановыми кольцами (3) — переходная зона (2) — титан (1) — переходная зона между тонкой диффузионной зоной титана и зоной сплавления, контактирующей с керамикой (4) — зона сплавления с керамикой (5) — керамика (6).

Между двумя поверхностями металлических колец (поз. 1, рис. 2) формируются две переходные зоны (поз. 2, рис. 2), обогащенные титаном с затвердевшей зоной сплавления посередине (поз. 3, рис. 2). Диффузионная зона между титаном и переходной зоной имеет толщину менее 1 мкм. Точно такая же переходная зона в месте контакта с титановым кольцом (поз. 1, рис. 3) наблюдается в случае пайки МКК (поз. 2, рис. 3).
Левая часть рис. 3 соответствует пайке двух титановых колец (рис. 2а), правая часть (с позициями 4–6 переходной слой) соответствует пайке металла с керамикой.

Рис. 4. Распределение компонентов затвердевшего расплава в паяном шве. а) Шлиф соединения после затвердения расплавленной зоны. б) Слева — направо точками показаны места микрорентгеноспектрального анализа содержания компонентов в материале шва

Керамика хорошо смачивается активным припоем состава Ag-Cu-Ti только при достижении определенных концентраций титана в расплаве переходного слоя. Когда концентрация титана в расплаве ниже определенного уровня, титан начинает взаимодействовать с керамикой по границам зерен. Поэтому чем выше дисперсность структуры керамики, тем активнее титан из расплава взаимодействует с ней. Однако при достижении высоких концентраций титана в расплаве (порядка 30%) титан активно замещает кислород и алюминий из кристаллической решетки зерен керамики с образованием диффузионной зоны между переходным слоем и керамикой, обеспечивающей хорошую адгезию между керамикой и затвердевшим расплавом. Из-за небольшого увеличения на снимке практически не выявляется диффузионная зона между переходным слоем и керамикой.
На рис. 4а представлено распределение концентрации элементов по ширине переходного слоя. На рис. 4б: слева — титан, справа — керамика. Обращает на себя внимание сильное расслоение компонентов припоя ПСр‑72 в присутствии титана в затвердевшем переходном слое (рис. 4а). Медь имеет большее химическое сродство к титану, чем серебро. Поэтому область расплава, контактирующая с титановым кольцом, обогащается медью. Такое же обогащение медью происходит около диффузионной зоны титанированной керамики. В середину паяного шва выдавливается серебро. Из керамики выделяется в заметных количествах кислород, замещаемый титаном в кристаллической решетке керамики. Кислород диффундирует через расплав от поверхности керамики к поверхности титанового кольца. Такое поведение кислорода обусловлено низкой химической активностью по отношению к серебру и меди в расплаве промежуточного слоя и высоким сродством к титану. Алюминий, который замещается титаном в кристаллической решетке керамики, связывается титаном на межфазной границе расплав–керамика. Таким образом, процесс реальной пайки во времени является необычайно сложным. Это является основной причиной трудностей по внешнему контролю за процессом пайки в горячем состоянии и обеспечению воспроизводимости от процесса к процессу. Поэтому резко возросли требования к техническому уровню вакуумной электропечи, которая должна обеспечивать высокую прецизионность при поддержании параметров воспроизводимого технологического цикла пайки.

Заключение

Таким образом, в результате проведенных экспериментов путем подбора технологических параметров получены высококачественные МКК, соответствующие требованиям конструкторской документации по вакуумной плотности, термомеханической прочности, низкому уровню газовыделения, высокой чистоте поверхностей керамики и металла, геометрическим размерам (рис. 5). При этом плоскостность и параллельность МКК в готовой конструкции составила порядка 0,02 мм, что лучше МКК, полученных по альтернативной технологии.

Рис. 5. Внешний вид нового промышленного прототипа МКК, спаянного активной пайкой в вакууме в электропечи нового поколения
Так как подбор оптимальных режимов активной пайки ведется чисто эмпирически для условий конкретного производства, то оказалось, что существенным фактором, обеспечивающим высокое качество МКК, является технологическое оборудование. Высокая воспроизводимость технологических режимов возможна только в автоматической вакуумной электропечи без вмешательства оператора, в первую очередь это относится к длительности процесса пайки. В связи с тем, что титан обладает сильными геттерными свойствами, необходимо обеспечить низкое давление остаточных газов, желательно не выше 1•10 –5 Па. Сильное влияние температуры на формирование паяного шва определяет величину однородности температурного поля в рабочем пространстве электропечи не хуже ±2°С, а точность поддержания температуры не более ±0,1°С. Должна быть сведена к минимуму тепловая инерция горячей зоны, чтобы обеспечить необходимую скорость охлаждения для затвердевания паяного шва после завершения процесса пайки.
Конструктивное исполнение вакуумных электропечей периодического действия особой роли не играет. Они могут быть камерными, шахтными, колпаковыми, элеваторными [7]. Однако в зависимости от конкретных условий активной пайки могут иметь место определенные предпочтения.

Литература
1. Ерошев В. К. Металлокерамические вакуумноплотные конструкции. М.: Энергия, 1970. — 160 с.
2. Батыгин В. Н., Метелкин И. И., Решетников А. М Вакуумноплотная керамика и ее спаи с металлами / Под ред. Н. Д. Девяткова. М.: Энергия, 1973. — 408 с.
3. Костин А. М., Лабарткава Ал. В., Мартыненко В. А. Исследование процессов взаимодействия титансодержащих припоев с оксидной керамикой и коваром. Металлофизика и новейшие технологии. 2014. Т. 36. № 6. С. 815–824.
4. Справочник по пайке / Под. Ред. И. Е. Петрунина. 3‑е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2003. 480 с.
5. Majed Ali, Kevin M. Knowles, Phillip M. Mallinson & John A. Fernie. Evolution of the interfacial phases in Al2O3–Kovar® joints brazed using a Ag–Cu–Ti-based alloy. Philosophical Magazine. Vol. 97, 2017. Iss. 10. P. 718–742.
6. Антонович П. В. Инновационная высоковакуумная камерная электропечь сопротивления модели СНВЭ 2.4.2/13 ИОП-НИТТИН для электронной промышленности. Оборудование и инструмент для профессионалов. 2017. № 5. С. 72–74.
7. Антонович П. В. Вакуумные электропечи для высокотемпературной пайки изделий электронного машиностроения. Оборудование и инструмент для профессионалов. 2018. № 2. С. 72–73.

Читать еще:  Пароизоляция для крыши: виды, свойства, советы по выбору

Пайка в вакуумных печах

Вакуумная пайка – это один из наиболее важных, и в то же время сложных этапов. Задействуется данный метод в процессе производства радиоэлектронной продукции. В подобных ситуациях очень кстати может оказаться термопрофиль, который редко поддается искажениям, из-за чего он редко нуждается в подобных процессах. Но даже наличие термопрофиля не может вам обеспечить полный успех во время работы, из-за чего процесс вакуумной пайки может оказаться очень даже кстати.

Если речь идет о более ответственных направлениях в производстве определенной продукции, то там уже требуется более надежное паяное соединение. Оно должно быть не только максимально устойчивым по отношению к коррозии, а еще и переносить различные нагрузки, и воздействие таких факторов, как: скачки температуры и различные механические неполадки.

Однородность – это параметр, на который надо обращать внимание в первую очередь, если вы хотите узнать степень надежности вашего соединения. Если в процессе пайки, остаются пустоты, то качество данного соединения находится на весьма низком уровне, из-за чего изделие может выходить из строя. Еще одним важным моментом является смачиваемость поверхностей, которые поддаются пайке. На это также надо обращать особое внимание, если вы заинтересованы в наиболее качественном результате работы.

Важно также помнить, что процесс вакуумной пайки должен происходить в специализированном оборудовании. Зачастую пайка происходит в вакуумных печах. Благо, на современном вакуумном рынке есть огромное количество разновидностей подобного оборудования. Среди всего ассортимента вакуумных печей можно найти как более дешевые, так и весьма дорогостоящие варианты.

Главное – это определиться с точной моделью вакуумной камеры, дабы впоследствии от неё можно было получать максимум пользы. В ином же случае, вы рискуете купить устройство, задействовать которое в своих целях вы попросту не сможете, а это значит, что деньги будут потрачены впустую.

Вакуумные печи для пайки

Немалую роль в подобных процессах играет установка вакуумной пайки. Ведь без наличия подходящего оборудования, произвести процесс пайки практически невозможно. Благо, на современном этапе развития вакуумных технологий есть огромное количество подобных установок.

Зачастую они используются в решении задач среднего уровня сложности. Если же вам предстоит произвести более сложный процесс пайки, то лучше всего задействовать в этом системы вакуумной пайки.

В плане габаритов, системы вакуумной пайки значительно больше, соответственно их мощность также в разы выше. Но важно осознавать, что подобное оборудование обойдется вам в значительно большую сумму денег.

Но если говорить сугубо об эффективности систем вакуумной пайки, то в этом плане они значительно превосходят все другие виды оборудования. Единственный минус подобных систем – это отсутствие надежного и качественного охлаждения. Именно поэтому, желательно время от времени выключать систему, дабы она имела возможность хоть немного убавить нагрузку.

Есть также еще один способ устранить подобную проблему, и проделывается он путем покупки дополнительного вакуумного оборудования. Установив его, система сможет производить охлаждение внутренних элементов, что позволит не уменьшать показатели производительности и задействовать подобные системы на максимальной мощности.

Установки вакуумной пайки

Что касается разнообразия установок вакуумной пайки, то их также достаточно много. В этом плане, пользователь получат свободу выбора, и может себе купить ту модель вакуумной установки, которая лучше всего подойдет именно ему.

На данном этапе многие предпочитают установку вакуумной пайки vh t700 d100l300. Данная модель вакуумной установки смогла совместить в себе огромное количество положительных сторон. Устройство обладает отличным качеством, производительностью, надежностью и стабильностью во время работы.

Кроме всего прочего, и стоимость данной модели не столь высока, и такую установку сможет позволить себе практически любой пользователь.

Не менее распространенным методом, является вакуумная пайка оловом. Данный вид вакуумной пайки также имеет определенные нюансы, на которые стоит обращать внимание. Одним из них, является время работы. С помощью данного метода можно проделывать пайку на средней временной дистанции, так как на долгосрочную работу данный метод попросту не рассчитан.

Но если судить по всем остальным характеристикам, то данный метод является очень даже неплохим. Выбрав его, пользователь может быть полностью уверен в надежности и скорости произведения пайки.

Пайка в вакуумной печи

Принцип пайки — рис. 3.17.

Размеры: s = 0,5-т-10 мм, преимущест­венно детали массой 1 г.

1,2 — загрузочные камеры; 3,4 — шлюзы; 5 — нагревательные плиты; 6 — теплопроводящие ленты; 7 — ка­мера ГІЄЧИ

стали, теплостойкие сплавы, тугоплавкие металлы (титан, тантал, молибден, ниобий и их сплавы), медь, никель.

о Область использования:

пайка без флюса при наиболее высоких тре­бованиях к качеству исполнения; космиче­ская техника; самолетостроение, электро­ника; приборостроение.

Степень механизации: от средней_до высокой.

Параметры пайки: вакуум 10 2—10“4 мм рт. ст.; для нержавеющих

сталей 10’2 мм рт. ст.; для сплавов, содержащих титан и алюминий, 10 4 мм рт. ст.;

мощность нагрева 50—500 кВт.

Продолжительность пайки: 5—30 мин.

Конфигурация: см. 3.4; ширина зазора 0,01—0,1 мм; можно одновре­менно обрабатывать неограниченное количество мест; предусматриваются самофик — сация и неизменное положение при пайке.

Нагреваемые излучателем стеклореципиенты, нагреваемые сопротивлением мето­дические печи; методические печи с индуктивным нагревом (средней частоты 4— 10 кГц).

Серийные установки для пайки в вакууме в ГДР не производят.

Припой LCu; припой LAg72; припои для пайки в вакууме (см. таил. 3.24). Техника пайки

Подготовка — как и при пайке в печи с контролируемой атмосферой.

Используют нагреваемые индуктивно и излучением стеклореципиенты для одиночной пайки, нагреваемые индуктивно и электросопротивлением методические печи с низким вакуумом для массового производства.

Пайку в низком вакууме используют преимущественно для массового произ­водства деталей из углеродистых сталей и меди.

Последовательность процессов при пайке: зачистка детали и подача в камеру;

быстрый нагрев до температуры примерно на 50 °С ниже рабочей; короткая выдержка для выравнивания температуры;

быстрый нагрев до температуры пайки (примерно на 20—30 °С выше рабочей температуры припоя);

выдержка примерно в течение 5 мин при температуре пайки; медленное охлаждение в вакууме или в атмосфере защитного газа.

  • ДИФФУЗИОННАЯ ПАЙКА
  • Пайка в печи с контролируемой атмосферой
  • Рекомендации по выбору бизнеса
  • Строительное оборудование МСД
  • Тепловые насосы

СВАРКА, ПАЙКА, СКЛЕЙКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ И ПЛАСТМАСС

ПОЛОЖЕНИЕ ШВА ПРИ СВАРКЕ

ТАБЛИЦА 3.3 ПОЛОЖЕНИЕ ШВА ПРИ СВАРКЕ ПО TGL 4904, ЛИСТ 9 Вели чина угла, град Индекс принятый В ГДР Индекс по RS18—62 RGW Изображение Наименование д. W А Нижнее 0 …

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ЧЕРТЕЖАХ

Сварка плавлением Изображение Наименование схема­ графиче­ ское условное тическое об­щи й вид раз­ рез об­ щий вид разрез JL г 1“ pEj |р Ш VJ V х И У X …

ТИПЫ СТЫКОВ И ФОРМЫ СОЕДИНЕНИЙ

Taffr. u^a 3.2. Структура соединений Ко пп. Название Признаки Схема 1 Встык Детали лежат в одной плоскости ————- . 2 Внахлестку Детали перекрывают друг друга 3 Параллельное Одна деталь л …

Продажа шагающий экскаватор 20/90

Цена договорная
Используются в горнодобывающей промышленности при добыче полезных ископаемых (уголь, сланцы, руды черных и
цветных металлов, золото, сырье для химической промышленности, огнеупоров и др.) открытым способом. Их назначение – вскрышные работы с укладкой породы в выработанное пространство или на борт карьера. Экскаваторы способны
перемещать горную массу на большие расстояния. При разработке пород повышенной прочности требуется частичное или
сплошное рыхление взрыванием.
Вместимость ковша, м3 20
Длина стрелы, м 90
Угол наклона стрелы, град 32
Концевая нагрузка (max.) тс 63
Продолжительность рабочего цикла (грунт первой категории), с 60
Высота выгрузки, м 38,5
Глубина копания, м 42,5
Радиус выгрузки, м 83
Просвет под задней частью платформы, м 1,61
Диаметр опорной базы, м 14,5
Удельное давление на грунт при работе и передвижении, МПа 0,105/0,24
Размеры башмака (длина и ширина), м 13 х 2,5
Рабочая масса, т 1690
Мощность механизма подъема, кВт 2х1120
Мощность механизма поворота, кВт 4х250
Мощность механизма тяги, кВт 2х1120
Мощность механизма хода, кВт 2х400
Мощность сетевого двигателя, кВ 2х1600
Напряжение питающей сети, кВ 6
Более детальную информацию можете получить по телефону (063)0416788

Вакуумная пайка и камеры для неё – особенности данного процесса и специального оборудования

Вакуумная пайка чаще всего используется в процессе производства радиоэлектроники. В результате пайки в вакууме удаётся достигать полной однородности соединения, которой никогда не удавалось добиться в процессе пайки в обычных условиях. Камеры для вакуумной пайки достаточно дорогие, а сам процесс пайки в условиях вакуума сложен. Именно поэтому его применяют только для решения специфических задач, справиться с которыми можно только таким образом.

Особенности пайки в условиях вакуума

В вакуумных камерах для пайки можно спаивать следующие материалы:

  1. Различные сплавы и металлы с графитом, стеклом и керамикой;
  2. Жаропрочные стали с алюминием, титаном молибденом и вольфрамом;
  3. Коррозионно-стойкие стали с этими же металлами.

Вместе с тем не рекомендуется паять сплавы и использовать припои, которые содержат в составе металлы с высокой упругостью паров. Это магний, цинк, фосфор и так далее. Их особенности таковы, что при нагреве в вакуумной среде они испаряться ещё до того момента, как начнётся процесс пайки.

Главными достоинствами вакуумной пайки считают:

  1. В вакуумной среде во время нагрева металлы не окисляются;
  2. Пайка в вакуумных камерах отличается простотой управления, а сам процесс безопасен для оператора;
  3. Так как во время пайки припой подвергается дегазации, достигается высочайшая прочность паяных соединений, которая сочетается с их пластичностью;
  4. Паять можно без использования флюса.

К недостаткам вакуумной пайки относят дороговизну специфического оборудования и самой камеры, возможность использования только определённых видов припоев, необходимость привлечения высококвалифицированных рабочих. Вакуумная пайка может совершаться двумя способами. Один из них заключается в использовании независимых действий вакуумных камер и нагревателя, второй способ проходит в специальных печах, у которых вакуумное пространство находится внутри рабочей зоны.

Достоинства пайки в условиях вакуума

Пайка в условиях вакуума позволяет добиться получения идеального шва, который будет устойчив к коррозии, воздействию высоких и низких температур, а так же к различным механическим воздействиям. За счёт пайки в вакууме удаётся добиться следующих преимуществ :

  1. Максимально уменьшается объём пустот, которые неизбежно возникают в процессе обычной пайки. Это помогает электронике избавится от сбоев в работе, которые могут происходить из-за некачественных швов с большим объёмом пустот;
  2. Можно добиться прочного соединения корпусированных элементов;
  3. Появляется возможность работать с частями на теплоотводах;
  4. Можно соединять крепкие кристаллы с помощью припоев;
  5. Спаивать крупные электронные или механические элементы между собой, не боясь внезапного разрушения швов в процессе эксплуатации;
  6. Устранять все пустоты, которые часто возникают в процессе работы с различными элементами, которые устанавливаются в отверстия;
  7. Имеется возможность пайки массивных SMD-элементов на печатные многослойные платы;
  8. Спаивать различные электронные части, которые находятся на разных уровнях.

Вакуумная пайка отличается безопасностью и экономичностью, по сравнению с другими методами пайки. Во время процесса, детали помещаются в вакуумную камеру, после чего там создаётся давление и удаляется воздух. После этого в камеру нагнетается газ или смесь газов. Когда начинается непосредственный процесс оплавления детали, в камере опять создаётся вакуум. Это обеспечивает удаление воздуха из паяного соединения. В результате готовый шов получается без пустот.

Типы пайки в вакуумных камерах

Пайка в вакуумных камерах может происходить как с использованием флюсов, так и без них. Вакуумная пайка с флюсом требует предварительной обработки поверхностей, которые будут подвергаться пайке. За счёт использования флюсов поверхности деталей активируются. Флюс используется при вакуумной пайке в азотной среде и в среде различных инертных газов. Недостаток данного метода заключается в том, что от флюса остаются следы загрязнения, что может быть неприемлемо при пайке некоторых типов микросхем.

Второй способ вакуумной пайки проходит без применения флюсов и не оставляет никаких следов загрязнений. Поэтому процесс удаления данных загрязнений, который иногда может нарушить свойства соединения, в этом случае не нужен. Для пайки используется водородная среда, плазма, муравьиная кислота. Пайка без использования флюсов проходит в специальных вакуумных печах для пайки.

Вакуумные печи и паяльные камеры вакуумного типа

Пайка в специальных вакуумных печах обеспечивает готовым изделиям яркий цвет, чистоту и товарный вид. Такое специфическое оборудование для пайки применяется в медицине, электронике, ядерном синтезе, аэрокосмической отрасли и спутниковой связи. Вакуумная пайка в специализированных печах имеет следующие преимущества:

  1. При пайке не применяется флюс, поэтому соединения не содержат загрязнений на своей поверхности. Это придаёт готовым изделиям товарный вид;
  2. Для пайки используются только твёрдые припои;
  3. При пайке не выделяются различные опасные газы и токсические вещества;
  4. Во время пайки в вакуумных печах можно постоянно поддерживать нужный температурный режим;
  5. Соединения деталей обладают полной герметичностью;
  6. Имеется возможность одновременно совершать процедуру пайки и термообработки.

Вакуумные печи для пайки состоят из специализированных вакуумных камер, и различных дополнительных узлов. К ним относятся вакуумные и закалочные системы, проводка, выемки для датчиков давления и многое другое.

Кроме вакуумных печей для пайки, на многих крупных предприятиях используются специальные установки для вакуумной пайки. С помощью таких агрегатов можно производить пайку многослойных конструкций. Стандартная установка для вакуумной пайки состоит из следующих компонентов:

  1. Шлюзовых камер;
  2. Устройства загрузки;
  3. Рабочей камеры;
  4. Нагревателей;
  5. Экрана.
Читать еще:  Как приклеить уголки на откосы окна

Установки для вакуумной пайки относятся к электротермическому типу оборудования. Многие установки подобного типа отличаются низкой производительностью, хотя качество пайки деталей в подобных установках всегда находится на высоком уровне.

Пайка в вакуумных печах

Вакуумная пайка используется в процессе производства радиоэлектроники. Однородность получаемого соединения – ключ распространенности метода.

Вакуумная пайка

Система вакуумной пайки включает в себя ряд процессов: создание и налаживание термопрофиля. Процесс пайки в условиях вакуума позволяет создать шов, устойчивый к коррозии, механическим воздействиям и действию температур. Преимущества вакуумной пайки:

  • уменьшение объема пустот, которые могут нарушить работу электроники ответственного и специального назначения;
  • соединение корпусированных крепких элементов;
  • работа с частями на теплоотводах;
  • присоединение крепких кристаллов на основу с помощью припоя или пасты;
  • пайка крупных электрических или механических элементов;
  • устранение пустот во время работы с элементами, устанавливаемыми в отверстие;
  • пайка крупных SMD-элементов на печатные платы, имеющие множество слоев;
  • синхронная пайка активных и массивных элементов;
  • пайка электронных составных, находящихся на разных уровнях.

Метод соединения применяется для работы с элементами из меди и других металлов. Для меди используется вакуумная пайка оловом, если работа производится в условиях низких температур. Отличительными чертами пайки в условиях вакуума являются безопасность и экономичность по сравнению с другими методами. Для вакуумной пайки применяют вакуумные печи, в которые помещают изделие в чистом виде или в специальном контейнере. Вакуум применяют дважды в течение всего процесса. Сразу после того, как сырье поместили в камеру, создают специальное давление и удаляется воздух. Затем рабочий объем камеры наполняют газом или смесью специальных газов. В процессе, когда начинается оплавление детали, снова создают условия вакуума. Этим обусловлена легкость процесса удаления воздуха из паяного соединения. Это обеспечит отсутствие пустот.

Различают пайку 2-х типов: с флюсом и без него. Использование первого способа требует применения дополнительных элементов, которыми обрабатывают поверхность. Они активируют поверхность деталей. Предотвращение появления окисления делается за счет вакуумной системы. Вакуумная пайка с флюсом проводится в таких веществах:

  • азот;
  • формир-газ;
  • инертные газы.

Второй способ после применения не оставляет следов загрязнения от флюса. Это определяет отсутствие процесса удаления ненужных веществ с поверхности изделия, при котором зачастую соединение портится. Отсутствие окисления и активация поверхностей при вакуумной пайке без флюса полностью обеспечивается специальной атмосферой, создаваемой внутри рабочего объема камеры:

  • муравьиная кислота;
  • водородная среда;
  • плазма.

Пайку без флюса делают в вакуумных печах.

Вакуумные печи для пайки

Пайка в вакуумных печах обеспечивает чистоту и яркий цвет изделия. Оборудование применяется в медицине, аэрокосмической промышленности, электронике, спутниковой связи и ядерном синтезе. К преимуществам печей относят:

  • отсутствие загрязнения от флюсовых соединений на поверхности;
  • использование твердого припоя;
  • не выделяются токсические вещества и опасные газы;
  • постоянный температурный режим;
  • герметичность соединения;
  • гарантия качества;
  • возможность одновременной пайки и термообработки.

Печи состоят из вакуумных камер и дополнительных компонентов. К ним относят различную проводку, вакуумную и закалочную систему, выемки для датчиков давления, систему парциального давления от сжатого газа.

Установки вакуумной пайки

Кроме печей используются установки вакуумной пайки. С их помощью производится пайка многослойных конструкций. Наиболее распространенным типом установки вакуумной пайки является vh t700 d100l300. Она включает в себя:

  • устройство загрузки;
  • шлюзовые камеры;
  • нагреватели;
  • рабочую камеру;
  • экран.

Нагреватели образуют нагревательную зону, а зону охлаждения образуют стенки камеры и экран. Зоны разделены между собой специальной заслонкой. Герметичность шлюзовых камер обеспечивается второй заслонкой. Дополнительные заслонки разделяют рабочую и шлюзовые камеры. Этим обусловлено создание герметизированного объема. Благодаря этому объему возникают подходящие условия для передвижения кареток с изделиями между шлюзовыми камерами, зонами нагрева и охлаждения.

Установки считаются электротермическим оборудованием. Применяются в машиностроительной промышленности для производства деталей для тракторов, автомобилей. Также используются в нефтехимической и энергетической промышленности. Установки вакуумной пайки являются оборудованием с периодическим действием. К недостаткам устройства относят низкий показатель производительности. Она объясняется тратами технологического времени, потому что необходимо создавать вакуум в течение процесса во всем рабочем объеме до достижения заданного давления.

Вакуумная парофазная пайка: практический опыт

Технология пайки электронных блоков в паровой фазе известна достаточно давно и в отечественных источниках имеет много названий: парофазная пайка, конденсационная пайка, пайка с конденсацией насыщенного пара и т.д.

Получив достаточно широкое распространение в 80–х годах прошлого века, эта технология, наряду с несомненными преимуществами (высокая эффективность теплопередачи, стабильность пиковой температуры пайки, пайка в инертной среде), имела свои недостатки: опасность повреждения печатных плат и электронных компонентов из-за высоких значений градиента нарастания температуры и применение в качестве рабочей жидкости фреона (что противоречит современным экологическим требованиям).

На современном этапе развития технология парофазной пайки представляет собой сплав традиционных преимуществ с новыми возможностями по монтажу электронных блоков. Рабочие жидкости не содержат фреон, соответствуют Европейским требованиям в области экологии и позволяют производить пайку электронных компонентов с содержанием свинца, так и по бессвинцовой технологии.

В 1999 году компанией ASSCON Systemtechnik-Elektronik (Германия) была представлена технология парофазной пайки с применением вакуума, основным преимуществом которой является возможность пайки электронных компонентов с минимальными значениями объёма пустот в паянных соединениях. Причём, эта возможность обеспечивается для электронных компонентов обладающих достаточно большой площадью паяемой поверхности и позволяет выполнять пайку с объёмом пустот в паянных соединениях не превышающих 1-2%.

Образование пустот при пайке является достаточно серьёзной проблемой, оказывающей отрицательное влияние на надёжность паяных соединений, обеспечение качественного отвода тепла и зазеемления. Суть процесса парофазной пайки по технологии Asscon заключается в том, что в тот момент, когда произошёл процесс оплавления и припой ещё находится в расплавленном состоянии, электронный блок перемещается в вакуумную зону, в которой создаётся разряжение порядка 50 мбар (5,25 Па) в течении 7–15 секунд. В этот момент большая часть пустот, перемещается к краю соединения и удаляется из него. Оставшиеся пустоты, как правило, составляют небольшой процент от объёма паяного соединения. В завершении процесса пайки происходит интенсивное охлаждение электронного блока при помощи замкнутой системы водяного охлаждения.

Осенью 2010 года нами была приобретена система парофазной пайки с вакуумным модулем Asscon VP800. В данный момент у нас есть возможность сравнить технологию парофазной пайки с традиционной технологией пайки в конвекционных печах оплавления. Как правило, требования наших заказчиков к качеству монтажа электронных блоков ответственного применения более жёсткие, чем допускают стандарты IPC. В частности, максимально допустимый объём пустот в паяных соединениях для микросхем в корпусе BGA, не должен превышать 7%. Также более жёсткие требования предъявляются к качеству монтажа микросхем, имеющих теплоотводящие площадки в основании корпуса (thermal pad), например, в корпусах типа QFP (рис.1, 2).

При пайке в конвекционных печах печатных плат, выполненных на основе базового материала FR-4, проблем с выполнением этих требований, как правило, не возникает. Однако при пайке печатных плат, обладающих большей теплоёмкостью, например плат металлическим основанием толщиной более 2 мм, возникают сложности. Подобные платы достаточно трудно нагреть, не выходя за границы технологического окна, а затем так же сложно остудить. В данном случае технологическое окно достаточно узкое, при этом необходимо очень тщательно подходить к выбору паяльных материалов, профилей пайки, обеспечению требований производителей электронных компонентов и печатных плат и заказчиков. В случае какого-либо отклонения от заданных параметров пайка получается некачественной. Подбор профилей пайки и паяльных материалов занимает достаточно много времени, что является крайне нежелательным для контрактного производителя.

Удачным решением в данной ситуации оказалось применение системы парофазной пайки.

В качестве примера можно привести сравнение качества монтажа в микросхемы в корпусе QFN-40 при использовании конвекционной печи оплавления (рис. 3а) и повторной пайки этого же электронного блока в системе парофазной пайки (рис. 3б).

При парофазной пайке отмечается уменьшение как количества пустот в паянном соединении, так и их объёма. Этот эффект особенно выражен на больших поверхностях. Аналогичная ситуация с выводами микросхем в корпусе SOIC (рис. 4), а так же чип-компонентами (рис 5), где эффект уменьшения количества пустот имеет место, но выражен не столь ярко.

Рис.4. Рентгеновский снимок выводов ИС в корпусе SOIC после монтажа на ПП посредством конвекционной пайки (а) и после дополнительной пайки в парофазной печи с вакуумным модулем (б)

Пайка производилась с применением свинецсодержащей паяльной пасты. Финишное покрытие печатной платы – иммерсионное серебро, электронные компоненты – бессвинцовые.

Рис.5. Монтаж резисторов в корпусе 0603 посредством конвекционной пайки (а) и после дополнительной пайки в парофазной печи свакуумным модулем (б)

Так же, по опыту работы над подобными заказами, нами было отмечена лучшая паяемость выводов электронных компонентов и контактных площадок по сравнению с конвекционной пайкой. При этом припой равномерно растекается по поверхностям выводов и контактных площадок. Паяное соединение, в том числе при бессвинцовой и смешанной пайке имеет блестящий вид. Этот эффект связан с отсутствием окислительных процессов в процессе пайки.

Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что система парофазной пайки Asscon VP800 даёт нам возможность выполнять заказы ответственного применения на новом, более высоком качественном уровне. А в некоторых ситуациях просто позволяет выбирать способы выполнения пайки электронных блоков, не ограничивая наши возможности по выполнению технических решений наших заказчиков единственной технологией. Необходимо так же отметить – несмотря на явные преимущества технологии парофазной пайки, данная технология имеет ряд ограничений и особенностей, которые необходимо учитывать как конструкторам при проектировании изделий, так и технологам при разработке технологического процесса. О нашем опыте в этих вопросах мы планируем рассказать в следующей части статьи о пайке в паровой среде.

Вакуумная пайка нержавеющей стали

Вакуумная пайка относится к способу пайки, который не требует применения флюса в условиях вакуума. Он в основном используется для пайки материалов с плотной оксидной пленкой на поверхности, таких как нержавеющая сталь, алюминиевый сплав и жаропрочный сплав.

Процесс пайки в вакуумной печи имеет следующие характеристики:

а) Во время всего процесса пайки паяные детали находятся в условиях вакуума, и не будет окисления, загрязнения и износа, а чистота и прочность сварных соединений высоки.

b) При пайке вся деталь равномерно нагревается и имеет небольшое тепловое напряжение, которое может свести к минимуму деформацию, и особенно подходит для пайки прецизионных изделий.

c) Поскольку флюс для пайки не используется, такие дефекты, как поры и включения, не возникают, и процесс очистки остаточного флюса после пайки может быть исключен, а эффективность повышается.

d) Он может удалять летучие газы и примеси, выделяемые металлом при температуре пайки, и улучшать характеристики соединения.

Операция пайки в вакуумной печи для пайки имеет следующие основные этапы:

1) Сборка заготовки и добавление паяльного материала;

2) помещение собранной заготовки в печь для пайки;

3) Выключите печь и эвакуируйте для удовлетворения соответствующих технических требований;

4) Выполните подъемную температуру в соответствии с заданной температурной кривой;

5) Продукт выпущен

Двумя ключевыми параметрами вакуумной пайки являются вакуум (рост и падение давления) и температурный профиль печи для пайки. Как правило, при нагревании вакуумный насос необходимо постоянно открывать для достижения технических требований к степени вакуума.

Процесс вакуумной пайки такой же, как обычный процесс пайки, и необходимо контролировать зазор соединения заготовки. Пайка основывается на капиллярном действии, чтобы заполнить промежуток припоем. Правильный выбор суставного зазора во многом влияет на герметичность и прочность припоя. Разные припои имеют разные требования к зазору швов.

Общие дефекты пайки:

1. Поверхностное окисление деталей

Причина: парциальное давление кислорода в печи высокое, и поступает воздух или влага.

Возникшие факторы: высокая степень утечки оборудования или неисправные детали в системе эвакуации, или прибор загрязнен влагой, маслом и печь загрязнена

2. Не паять полностью

Часть или весь соединительный зазор не заполнены припоем, или припой не полностью сплавлен с основным материалом.

Причина: степень вакуума недостаточна, оксид на поверхности детали удален не полностью, поверхность детали не чистая, а зазор в соединении слишком большой.

Основные факторы, влияющие на качество продуктов вакуумной пайки

1. Технологические параметры для вакуумной пайки;

2. Скорость утечки оборудования

3. Чистота поверхности деталей и инструментов

4. Монтажное оформление и статус размещения продукта

Выбор припоя зависит от свойств материала свариваемой детали и условий, в которых сваривается заготовка, чтобы определить, какой материал для пайки является наилучшим. Поскольку заготовка изготовлена из нержавеющей стали, это происходит главным образом из-за ее превосходной коррозионной стойкости, поэтому, согласно этому применению, лучшая экономическая характеристика – это припой на основе никеля, обычно BNi-2, BNi-5 (согласно AWS 5.8). Количество используемого припоя также должно быть основано на реальной ситуации, принцип состоит в том, чтобы гарантировать, что сварной шов заполнен, и чтобы избежать чрезмерного припоя, который может течь к другим частям заготовки. Припой на основе никеля требует зазора стыка от 0,02 до 0,10 мм, что требует достаточного внимания по сравнению с другими припоями.

Припой в процессе вакуумной пайки должен избегать выбора элементов с низкой температурой кипения (высокое давление пара), таких как цинк, марганец, фосфор и другие в паяльном присадочном металле. Этот элемент улетучивается под вакуумом, вызывая изменения температуры плавления припоя и загрязняя оборудование.

В дополнение к пайке в вакуумной печи, вакуумная пайка нержавеющей стали также имеет вакуумную высокочастотную индукционную пайку и вакуумную электронно-лучевую пайку.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector