真空回流焊工艺特点以及选型与量产使用注意事项

随着工控、车载、航空类电子产品需求增长，产品对焊点空洞率、长期可靠性提出更高标准，普通空气回流焊、氮气回流焊在部分严苛工况下已经难以满足指标，真空回流焊的应用场景越来越多。真空回流焊就是在焊料熔融阶段，将炉膛腔体抽至负压环境，把熔融焊料内部包裹的气体向外析出，以此降低焊点空洞，是实现低空洞焊接的重要工艺手段。上海桐尔在多款功率器件模块试产过程中，接触多款国产真空回流设备，总结出选型以及量产实操当中的各类注意要点。真空回流焊分为热风式真空回流焊与真空气相回流焊两大路线，二者实现真空除气的原理一致，但加热方式完全不同。热风真空回流焊依靠热风对流完成加热，和传统回流焊逻辑接近，只是腔体增加真空抽取模块，工艺参数调节灵活，切换产品改温区参数就可以完成，适合多品种换线频繁的产线。而真空气相回流焊依靠介质沸腾产生饱和蒸汽相变潜热加热，温度场均匀性表现突出，不过焊接峰值温度由介质沸点决定，切换温度需要更换介质，换线工作量更大，更适合产品型号相对固定的高可靠小批量生产。选型阶段要结合自身产品结构、换线频次、预算综合评估，不能只看纸面参数。很多人会有误区，认为只要开启真空模式，就可以直接把空洞率压到很低，实际真空只是辅助工艺，炉温曲线基础依旧需要达标。如果预热升温速率过快，锡膏内部溶剂大量急剧挥发，就算开启真空，依旧会产生大量空洞。需要先调试好基础回流曲线，保证溶剂平稳挥发，助焊剂充分活化，再配合真空功能发挥除气效果。真空开启时机十分关键，需要在焊料达到熔融状态之后再启动抽真空；如果锡膏还没有熔化就提前抽真空，锡膏会发生飞溅，产生锡珠、器件偏移等新缺陷。真空度、真空维持时间同样需要调试，并非真空越高越好，过高负压会造成熔融焊料被吹溢，引发桥连。腔体密封状态是真空回流焊设备的重中之重，不管设备真空泵硬件性能多强，如果密封件老化破损，外界空气渗入腔体，实际真空度达不到设定值，除空洞效果就会大打折扣。密封条、密封帘属于损耗件，连续生产环境下会逐步老化，需要定期检查，必要时及时更换。同时真空传感器需要定期校准，防止检测数值失真，设备显示真空数值达标，但腔体实际负压不满足工艺要求。生产过程中助焊剂挥发物会进入真空腔体，一部分会附着在腔体壁、真空泵管路内部。助焊剂残留物积累过多，一方面会污染腔体，另一方面会损伤真空泵组件，降低真空泵使用寿命。需要按照设备使用频次，制定腔体清理计划，部分机型配备冷凝回收组件，可以收集大部分助焊剂，能够减少维护工作量，但也需要定期处理回收废液。在物料匹配方面，使用真空回流焊，锡膏选型也要有所考量。优先选用低飞溅、适配真空工艺的锡膏。部分普通锡膏，在负压环境下容易出现锡粉飞溅，造成板面锡珠。在正式大批量投产之前，一定要做小批量工艺验证，确认锡膏在真空环境下的表现。成本层面，热风真空回流焊不需要特殊耗材，主要维护集中在密封件、真空泵保养；真空气相回流焊除密封件维护之外，还要承担气相介质损耗、过滤更换成本。选型时，除设备采购成本，也要把后期年度运维耗材成本纳入预算评估。普通消费类电子产品，空洞指标宽松，氮气回流焊就可以满足生产，没有必要投入真空回流设备。只有车规功率器件、厚铜基板、航空级组件，对空洞率有硬性指标，真空回流焊的价值才能够充分体现。设备本身只是工具，想要拿到稳定低空洞焊点，需要曲线调试、真空参数设置、密封维护、物料选型多方面配合，不能单纯依靠设备硬件去弥补工艺与物料本身的缺陷。