Пайка силовой электроники в новых печах конвекционного оплавления SMT Thermal Discoveries с вакуумной зоной и муравьиной кислотой
Пайка силовой электроники, особенно компонентов с массивными выводами, крупными медными основаниями (например, таких как IGBT-модули, диодные сборки, MOSFET в корпусах Direct Bonded Copper – DBC), требует обеспечения высокой надежности соединений и минимизации пористости паяного шва. Новая разработка немецкой компании SMT Maschinen- und Vertriebs позволяет объединить три технологии в одной печи оплавления.
В этих условиях традиционные методы конвекционного оплавления припоя в атмосфере инертного газа (N₂) могут быть недостаточны из-за склонности припоев (особенно безсвинцовых SnAgCu) к образованию оксидов и захваченных газов. Применение ваккумирования во время процессов пайки позволяет эффективно бороться с образованием пустот в паяных соединениях.
Новая разработка немецкой компании SMT Maschinen- und Vertriebs позволяет объединить три технологии в одной печи оплавления.
Новая серия печей оплавления F совмещает в себе традиционную конвекционную пайку в инертной среде, признанную в мире технологию вакуумной пайки, и использование паров муравьиной кислоты (CH₂O₂) в качестве эффективного флюса.
Ранее, пайка в парах муравьиной кислоты требовала применения контактного метода с использованием нагревательных пластин и дополнительной оснастки. Теплопередача в этом случае происходит снизу–вверх. Вначале нагревается теплоотвод – нижняя, самая тяжелая часть изделия. Пайка в таких печах, даже с использованием вакуума, обладает множеством ограничений, связанных с ограниченной скоростью процесса и сложностью фиксации обрабатываемых изделий, а также методом нагрева.
Компания SMT Thermal Discoveries использует метод принудительной конвекции припоя, который обладает всеми преимуществами групповой пайки в линейной печи оплавления, обеспечивая гомогенное распределение тепловых потоков для равномерного нагрева всей поверхности изделий.
Процессы предварительного нагрева и выравнивания температуры происходят в среде азота N2. Его основная функция – создание инертной (неокисляющей) среды в рабочей зоне печи. При этом достигается снижение окисления поверхностей контактных площадок и выводов электронных компонентов.
Когда изделие попадает в первую зону вакуумного модуля печи давление атмосферы снижается, и в этот момент подается муравьиная кислота (в виде паров), выполняющая функцию химического флюса: при температуре ~150–200 °C она разлагается по реакции HCOOH → CO₂ + H₂.
Выделяющийся в процессе водород эффективно восстанавливает оксиды металлов на поверхностях паяльных площадок и выводов компонентов. После этого уменьшается давление и пары кислоты удаляются. Снижение давления способствует удалению газов.
На завершающем этапе цикла оплавления изделие повторно подвергается воздействию вакуума, убирая пустоты из сформированных электрических соединений. Уменьшается пористость паяного шва, что представляет собой ключевой фактор для теплопроводности и механической прочности соединения.
Вакуум также способствует дегазации припоя, что особенно важно при использовании больших объемов припоя (например, при пайке модулей на подложках).
Такая технология особенно востребована в производстве модулей электроприводов и инвертеров; силовых преобразователей для возобновляемой энергетики; электроники тяговых систем (ж/д, электромобили); аэрокосмической и военной электроники, где критичны надежность и стабильность.
Использование конвекционных печей с вакуумной зоной и формиевой (муравьиной) кислотой позволяет достичь высококачественной, надежной пайки силовой электроники, минимизируя дефекты и обеспечивая соответствие строгим требованиям промышленных стандартов.
