Flux-free vacuum reflow soldering process using formic acid reducing oxide

传统上,回流焊与液体助焊剂添加剂一起使用,以进一步增加焊料对具有高氧化层的金属的润湿性。但是,在焊接过程中使用助焊剂会带来缺陷或问题。

空洞

由于所有助焊剂都含有液体成分,因此在焊接过程的高温下很容易脱气和蒸发。这种排气是两个焊接表面之间产生空洞(滞留气体)的原因。焊接大功率半导体时可以看到一个例子。在芯片贴装过程中,热传递对芯片和产品的性能重要性无庸赘述,空洞会导致芯片表面出现局部热点,从而导致应力和疲劳裂纹。尽管在真空下添加焊接进一步减少了空洞,但仍不可靠。

助焊剂残留物

用助焊剂焊接自然会留下残留物,然后您就可以完成去除和清洁零件的过程。诸如引线键合之类的后续工艺需要清洁的零件,没有污染,因此清洁度重要性无庸赘述。还已知助焊剂残留物与水蒸气反应,在零件表面形成酸性溶液。这会影响设备的长期可靠性。

无助焊剂回流

良好的解决方案是在无助焊剂气氛中进行焊接过程。在 100% 氢气气氛中进行焊接是一种用于去除表面氧化物的无助焊剂焊接方法。这增加了爆炸风险并且很危险;所需的设备需要经过 ATEX 认证。成型气体(氮气和氢气的混合物,分别为 90% – 10%)更安全,但有效温度等于或高于 350°C,与低熔点焊料不兼容。

甲酸回流

在较低温度下进行无助焊剂焊接的合适替代方法是在甲酸 (HCOOH) 蒸气下进行焊料回流。蒸气在较低温度(150 – 160°C)下与金属氧化物发生化学反应以形成格式;提高温度甚至会进一步将形式分解为氢气、水和二氧化碳。当与真空回流焊系统结合使用时,这些气体和蒸汽可以通过真空系统去除。

典型的甲酸真空焊料回流曲线如下所示。在使用氮气再填充的两个真空阶段之后,腔室中没有大气和氧气。温度随着甲酸蒸气的引入而升高(氮气用作甲酸蒸气的载体)并在 160°C 停留,进一步升温至 220°C 并停留为焊料回流提供时间和氧化物去除。然后用氮气吹扫腔室并用真空台抽空以去除任何空隙。

Formic acid reflow is a proven flux-free soldering method and is also a very flexible process due to the oxide removal properties of formic acid vapor being effective at lower temperatures. It eliminates the need for pre-reflow flux and post-reflow flux removal. And because formic acid is corrosive, it leaves bare metal surfaces suitable for further diffusion processes such as wire bonding.

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