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.
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 < 10-3 мбар л/с) и установлена система высоковакуумных насосов.
В условиях вакуума теплопередача возможна только за счет теплового излучения (определяется формулой Планка), что дает оптимальную однородность температуры, т. е. температурный градиент в зоне нагрева порядка ± 3 °C.
Питание зон нагрева с тиристорным управлением внутри печи HBO обеспечивает превосходную стабильность температуры, т. е. отклонение по времени составляет менее ± 1 °C. Отсутствие вибраций при работе печи необходимо для интерфейса подключения, не имеющего искажений.
