汽相回流焊接工艺优势——常见焊接问题解决方案

i. 高效热传递：

冷凝相变传热效率高于热风回流十数倍

ii. 峰值温度均匀性：

由于峰值温度物理性限定于汽相液沸点温度，因此不会产生过热现象，峰值温度均匀、一致、稳定，消除不同热容器件的温差。

iii. 低应力：

360°全方位加热，热交换持续快速，预热过程温差小于热风回流焊接，回流区无峰值温差，这种均匀一致性可降低应力影响。

iv. 低温安全焊接：

高热容和高传热效率使得焊接所需的峰值温度更低，对于元器件和材料更安全。

v. 惰性无氧气氛：

饱和汽相层密度远高于空气，与空气物理分层。饱和汽相层内为惰性无氧环境，降低氧化物形成的可能性，达到最佳的润湿效果。

vi. 过程控制优势：

柔性汽相技术允许精确且可重复的过程/温度曲线控制，亦可灵活控制即时升温斜率。

vii. 高产品质量与可靠性：

良好的润湿使焊点形成良好imc层。

viii. 低功耗：

功率消耗远小于热风回流设备。

在回流焊接阶段，桥连可能由飞溅或热坍塌而产生，如升温速率过快导致焊点内气体快速释放、受潮材料水汽高温蒸发等。

而对于需抽真空来降低焊点空洞率的应用来说，真空回流会增加细间距焊点之间的桥连风险。

ibl真空回流焊接系统抽真空参数灵活可调，包括抽真空速率、最低真空度、真空延时时间、梯度抽真空、真空释放速率等。

通过工艺参数设置，例如设置在真空度100-200mbar阶段减小抽真空速度，可有效避免或使抽真空桥连风险最小化。

面向未来的应用优势

a. 应对锡粉尺寸缩小：表面贴装技术组件的复杂性增加及器件小型化的趋势，要求使用颗粒尺寸更小的焊料，增加了表面氧化风险。而汽相焊完全在无氧环境中进行，不需要额外氮气填充，使氧化问题和运行成本都能够降低。

b. 应对热容量差异：除了pcb上组件密度更高之外，不同质量/热容的元器件之间差距越来越大，这对于各个组件的温度控制提出了要求。普通回流系统使用强制对流气体来加热焊锡，单个部件的最高温度取决于它们的尺寸、质量和导热系数。与尺寸较小、质量较低的器件相比，质量较高的器件升温较慢，焊接温度也会更低。这可能导致低质量器件的过热，也可能导致高质量器件的焊点受热不充分、不均匀。

c. 应对密集焊点：各类元器件的封装小型化也是未来发展的关键，通常而言，这意味着焊球/引脚密度变高，对加热的均匀性提出了挑战。如在bga封装中，器件外壳遮挡了bga焊球，在热风回流焊接中，可能产生靠近中心区域单个焊球焊接不良或周边局部过热的风险。而汽相焊的传热方式使其能够更均匀有效地加热组件。同时，焊接温度的一致性消除了较小部件过热的风险。对于bga焊点的空洞问题，另有实验表明，与热风回流焊相比，真空汽相回流焊接显着降低了led与bga封装无铅焊接焊点中的空洞率与空洞直径 [2]。

d. 应对塑料工件焊接应用：部分塑料工件可耐受的最高温度及在最高温度下的时间均有限制。由于传热原理、传热均匀性、温度稳定性等特点，汽相回流焊接所需峰值温度较热风回流更低，可用于此类低温塑料工件焊接应用。

e. 新兴行业交叉领域应用（半导体/新能源汽车/光伏/发电）：随着新能源行业的兴起，大功率模块的应用规模得到了快速扩展。技术的更新与发展使得大功率模块的焊接要求日益复杂。例如，芯片与散热板、水冷板、双面水冷板等的大热容焊接，需要考虑到cte差异、热容量差异、大焊点真空去气泡、裸铜板防氧化等问题。

热风回流焊接具有可大批量生产、经济实用等优点，但对于此类应用，真空热风回流工艺较难满足其对于热容量、传热均匀性的要求。甲酸炉工艺虽可满足其中部分平面基板单面焊接应用，但基于热板的设计使其难以满足双面焊接及非平面型基板焊接等类型的需求。

纳米银烧结/铜烧结工艺可提升互连质量，理论上服役性能更为优秀，但截止至目前，国内银烧结/铜烧结应用仍有一些技术问题需要攻关，工艺尚未完全成熟，良品率问题依旧存在。未来研究发展或可攻克技术难题，实现广泛应用。[3]

汽相回流焊接兼容性较强，能够以更高的焊接质量与更小的焊接缺陷风险覆盖热风回流焊接工作领域。在半导体功率模块焊接方面，能够满足异型工件、双面、大热容器件等焊接需求，同时兼顾防氧化、去气泡的要求，成为一种大功率模块高可靠焊接的解决方案。当然，汽相焊亦有其限制，汽相焊最高焊接温度受限于汽相液沸点，目前不适用260℃以上的焊接应用。

以上技术各有适用与不适用情况，部分应用领域有所交叉，但互相并不能完全替代。用户应根据自身需求、技术指标、批量生产要求、经济条件等方面考察设备。

在功耗方面，汽相回流焊接相较于热风回流焊接更为节能。

b. 返修成本：回流焊接后检测到焊接缺陷再进行返修将增加生产成本。此时，回流焊接已完成，不能简单地通过重新印刷或清洗进行重新生产。因此，高焊接质量、低风险的温和回流工艺可以减少废品率与返修率，从而降低生产成本。

ibl汽相回流焊接系统常用于**、航空、航天、船舶、汽车电子、半导体功率模块等高可靠需求的应用，无氧环境与传热均匀性等特性与优势带来高焊接质量。

c. 维护成本：ibl设备结构设计考虑到各部件维护保养的可及性与简便性。部分部件为独立单元，易于移动、拆卸、清洁与替换。

• 易于触及所需处理的位置/部件

• 可徒手开启腔体盖，便于快速维护保养

• 易于清洁汽相腔体，降低维护人工和成本

• 低磨损运动部件，低温运行环境

• 高强度结构

• 内置多重汽相液循环过滤回收系统，可快速更换滤芯

• 超长使用寿命设计

• 保养周期长 (更少的停机维护时间)

• 为24/7生产设计

• ibl专有的双轴传送系统(tps)具有优异的耐磨性、耐久性、免维护性，位于工作腔外部低温运行环境的设计将故障风险与磨损风险降到最低。

   

  此外，该系统回避了易于产生振动的轨道/齿轮运动模式，而采用双轴旋转运动模式，其运输稳定性可让一枚立着的硬币在整个传送过程中不颠簸翻倒。

• 德国ibl公司致力于汽相技术及汽相焊接设备研发、设计、制造、推广。自1985年开始研发新一代汽相回流焊接系统，1991年起实现批量生产销售。经过多年研究发展，ibl拥有在汽相加热方式下热传递温控核心技术和一系列汽相回流焊接应用相关工艺技术。公司以其高质量、高性能的产品和独特的高可靠焊接技术，占有国际上主要的汽相焊接应用市场，目前已在超过30多个国家及地区广泛应用。 

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