真空回流焊工艺流程详解：从预热到冷却全步骤 -华芯半导体设备

真空回流焊作为高精度电子焊接工艺，通过“真空环境控制+阶梯式温度调节” 实现低氧化、低空洞率的焊点连接，其流程需严格遵循物理化学规律，确保焊料在可控环境中完成“熔化-润湿-凝固”全过程。以下为标准化工艺流程及关键参数说明：

一、前期准备：基材与环境预处理

1.元器件与基板清洁

表面处理：去除待焊元器件（如BGA、IGBT芯片）与基板（陶瓷、金属基）表面的氧化层、油污及杂质，常用方式包括等离子清洗（功率50-100W，时间30-60秒）或无水乙醇超声清洗（频率40kHz，温度25-30℃）。

焊膏/焊片准备：根据焊接需求选择焊料（如Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊膏），焊膏印刷精度需控制在±0.05mm（钢网厚度0.1-0.2mm），焊片贴合偏差≤0.1mm，避免因焊料分布不均导致焊点缺陷。

2.设备与环境检查

真空系统测试：启动设备前，确认真空腔体泄漏率≤0.5Pa・L/s，极限真空度可达0.1kPa（部分高精度设备如华芯HX-HPK系列可低至0.05kPa）。

保护气体准备：通入高纯氮气（纯度≥99.999%）或甲酸混合气体（甲酸体积分数3-5%），置换腔体内空气，使氧浓度降至≤50ppm（敏感元器件焊接需≤10ppm）。

二、核心流程：四阶段温度与真空协同控制

1.预热阶段（Preheat）

目标：逐步升温去除焊膏中的助焊剂溶剂，避免溶剂剧烈挥发导致焊料飞溅。

参数控制：

升温速率：1-3℃/s（根据基板热容量调整，陶瓷基板宜≤2℃/s）；

终点温度：150-180℃（低于焊料熔点50-80℃）；

保温时间：60-120秒，确保助焊剂充分活化（活性温度通常120-160℃）。

真空状态：此阶段保持常压或微负压（50-100kPa），便于溶剂挥发排出。

2.真空回流阶段（Reflow）

目标：焊料完全熔化并润湿焊盘，形成金属间化合物（IMC）层。

参数控制：

升温速率：2-5℃/s，快速升至焊料熔点以上20-30℃（如Sn-Ag-Cu焊料熔点217℃，回流峰值温度 235-245℃）；

真空度调节：分阶段抽真空，初始真空度5-10kPa（排除助焊剂挥发气体），峰值温度时保持 0.1-1kPa（抑制气泡产生）；

保温时间：30-60 秒，确保IMC层厚度达到 1-3μm（过厚易脆化，过薄影响强度）。

3.真空维持阶段（Dwell）

目标：在真空环境中保持焊料熔融状态，促进气泡逸出与焊点成形。

参数控制：

温度稳定在峰值温度±2℃，真空度维持0.1-0.5kPa；

持续时间10-30秒，根据焊点大小调整（大尺寸功率器件需延长至30秒）。

4.冷却阶段（Cooling）

目标：焊料快速凝固，形成稳定焊点结构，减少热应力。

参数控制：

冷却速率：2-4℃/s（通过水冷或氮气强制冷却实现），避免过慢导致晶粒粗大；

终点温度：降至 50℃以下（低于焊料固态转变温度），方可破除真空（充气速率≤50kPa/min，防止气流冲击焊点）。

三、后期处理：质量检测与工艺优化

1.外观与性能检测

无损检测：采用X射线探伤（分辨率≥5μm）检查焊点空洞率（合格标准≤5%），超声扫描（频率15-50MHz）评估焊层结合强度；

电学测试：测量焊点接触电阻（应≤50mΩ），功率器件需进行热阻测试（如IGBT模块热阻≤0.5℃/W）。

2.工艺参数追溯与调整

记录全程数据（温度曲线、真空度变化、时间节点），通过统计分析（如 CPK 过程能力指数≥1.33）评估工艺稳定性，针对异常批次（如空洞率超标）调整回流温度或真空度参数。

流程核心要点与华芯技术适配

真空回流焊的关键在于“温度-真空度-时间”的协同控制，广东华芯半导体技术有限公司的设备通过以下设计优化流程稳定性：

目前，华芯真空回流焊设备的工艺流程已通过IATF 16949汽车电子认证，在车规级IGBT焊接中实现空洞率≤2%、工艺重复性≥99.5%，为半导体、新能源等领域提供可靠的流程保障。如需获取针对特定元器件的定制化流程方案，可联系华芯技术团队获取支持。