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半导体行业渐回暖:复苏热潮下,深度解析回流/波峰焊炉的两种氧分析技术

更新时间:2024-01-17       点击次数:118

 

半导体需求渐复苏,回暖信号逐步显现——

2023年的半导体行业,似乎没有给投资者和消费者带来额外的惊喜与意外。从新冠疫情开始的低迷衰败持续至今。但随着经济回暖与人工智能的兴起,一些积极苗头不断涌现,半导体行业复苏的迹象也已经逐步显现。

展望2024年,已有多位行业人士表示,2024年的行业总规模有望超过2022年,消费电子、人工智能等下游的需求好于往年将是大概率事件,半导体行业有希望进入实质性复苏。


工业物理半导体行业客户:SIKAMA

 


伴随着行业的逐渐复苏,晶圆制造与焊接的需求也将毋庸置疑地回暖。而在这一电子科技工业SMT制程中,回流焊炉和波峰焊路都是常见且必需的设备。

伴随着半导体行业的回暖热潮,工业物理将与您细聊行业中回流焊炉和波峰焊炉的角色、应用与质量控制,细数我们旗下品牌,英国Systech Illinois的两种工艺。

 

什么是——回流焊炉 · 波峰焊炉

 

在半导体行业中,回流焊炉和波峰焊炉扮演着至关重要的角色。回流焊炉和波峰焊炉是半导体制造中的关键生产工艺设备。它们用于连接和固定电子元件,确保电路板上的元器件牢固连接。这两种焊接工艺是确保电子设备质量的重要步骤。通过精确控制焊接条件,可以避免焊点缺陷,提高产品的可靠性和性能。

回流焊更适用于高密度、微型封装元器件的焊接,而波峰焊适用于表面贴装元器件和插件元器件的焊接,具有较广泛的应用范围。

回流焊炉和波峰焊炉的使用有助于提高生产效率。它们能够在短时间内完成大量焊接任务,从而加速半导体生产流程。其中,回流焊具有较高的自动化程度,可以提高生产效率,而波峰焊相对较慢,生产效率略低。但无论是回流焊和波峰焊,都能保证焊接质量的稳定性。

随着半导体行业的不断发展,回流焊炉和波峰焊炉也在不断演进,以适应新的技术和材料。它们支持先进的制造工艺,包括微型化和高密度集成电路的需求。而且,随着对环境友好制造的要求不断增加,回流焊炉和波峰焊炉的设计也趋向于更节能和减少废物产生,以满足行业的可持续发展目标。

总体而言,回流焊炉和波峰焊炉在半导体行业中扮演着关键的角色,不仅影响产品的质量和性能,还推动着整个半导体制造领域的发展。

 

回流与波峰焊路中的微量氧气分析应用

 

以回流焊炉为例,其主要作用是对贴装好元件的线路板进行焊接,使元器件和线路板结合到一起。

在电子元器件贴片中,经常会用到回流焊技术,它也是将表面贴装元件连接到印刷电路板(PCB)的常见形式。贴装好SMT元件的线路板经过回流焊炉导轨的运输分别经过回流焊炉的预热区、保温区、焊接区、冷却区,经过回流焊炉这四个温区的作用后形成完整的焊接点。

而之所以对其命名为"回流焊",是因为气体(氮气)在焊机内循环流动产生高温达到焊接目的。

在回流焊工艺中,预热和焊接过程的无氧环境至关重要。工业产品,特别是电子元器件,对于氧气、水汽、潮湿等因素非常敏感。在回流焊过程中,如果焊炉内存在氧气或空气接触,则焊接成品元件将受到致命威胁,导致元件氧化或虚焊,最终造成难以预估的经济损失。

为了尽量减少焊接表面上的氧化,一些烘箱在氮气(N2)覆盖层下进行回流阶段,以确保无氧环境。这一过程进一步减少了产品中的缺陷。通过监测氧气,可以控制氮气的进料,以确保产品质量,并节省气体消耗。

事实上,在惰性回流焊炉和波峰焊炉领域,微量氧气分析仪的广泛应用是提高生产效率和确保产品质量的关键。尽管存在多个氧分析仪制造商提供这类仪器,但仅有少数在全球范围内设有企业服务中心和经验丰富的代表。

一般来说,这些微量氧分析仪主要采用两种主要技术,包括氧化锆燃料电池。每种技术都有其各自的优势和劣势,导致很多制造商专注于其中一种类型。

而工业物理旗下,英国Systech Illinois作为专业气体分析设备制造商,不仅生产氧化锆燃料电池这两种类型的氧分析仪,而且凭借超过三十年的经验,已成功应用了上千个解决方案。

 

Systech Illinois:RACE™ 传感器技术

 

在工业物理看来,我们的Systech Illinois在氧气分析仪的两种电池类型和技术方面提供了最佳解决方案。Systech Illinois的RACE™ 传感器技术使我们脱颖而出,这项技术利用第二个燃料电池,保护第一个电池免受高浓度氧气的影响。由于受保护的电池从不接触高浓度氧气,因此在焊炉通常遇到的正常氧气水平下,其响应速度非常快,可媲美氧化锆基系统。

比如,Systech Illinois 的 EC913 系列氧分析仪,正是采用这种特殊的 RACE™电池设计,专用于监测多种工业气体和大气中的微量氧。先进的仪器在监测惰性和易点燃气体时的 ppm 响应时间很快,即使在氧含量从%级变为 ppm 级时也是如此,同时提供充分的保护,防止ppm 级微量传感器接触空气。

RACE™ 传感器从空气到纯氮的反应时间

 

而RACE™电池是 ppm 级氧电化学测量技术的一项重大成果。Systech Illinois的全新设计可防止传感器被高浓度氧气渗透消耗。使用Turbopurge™技术,传感器读数在2分钟能从环境空气降到至20ppm。该传感器不受碳氢化合物或挥发性空气的影响,非常适用于回流焊炉应用。

Systech Illinois的RACE™传感器技术的使用消除了对专用过滤器罐吸收挥发物/烃的需求,从而提供更迅速的响应时间和更低的运行成本。由于无需更换过滤器,操作员再无后顾之忧,可以确保持续准确的氧气测量。RACE™传感器无需维护,只需要偶尔校准,无需监测或更换腐蚀性电解液。

 

基于氧化锆的仪器是如何运作的?

 

基于氧化锆的氧分析仪利用氧化锆电池来检测氧气浓度。氧化锆电池采用高温陶瓷传感器,其中包含稳定的氧化锆,是一种电化学电池。

该仪器是一个独立的单元,将氧化锆电池安装在经过高温控制的炉内。必要的电子设备处理来自检测电池的信号,并通过数字显示直接呈现氧气浓度,范围从0.01vpm到100%。

Systech Illinois 电化学电池

 

氧化锆氧分析仪的优点很明确,首先,它的响应时间非常迅速,比燃料电池方法更加迅速。通常情况下,测量速度毫无问题。此外,传感器不会消耗,换句话说,它将持续寿命贯穿整个仪器寿命。

不过,氧化锆氧分析仪也存在其缺陷。比如,在存在碳氢化合物的情况下,仪器试图测量的氧气会被催化转化为CO2或其他元素,因此测量到的氧气浓度远低于预期。

为了克服这一问题,制造商使用专用的过滤罐吸收这些挥发物/碳氢化合物。这会增加响应时间和运行成本,因为过滤器需要经常更换,而操作员通常会忽略执行这些任务,导致测量出现故障。

事实上,一些制造商声称拥有非催化传感器,但在存在如此高的碳氢化合物条件下效果不佳。

Systech Illinois 氧化锆氧分析仪

 


基于燃料电池的仪器又是如何工作的?


 

这种仪器的电池基本上充当电池的角色,由两个电极与液体或半固体电解质接触组成。通过外部电子计量电路,电极相互连接。氧气与带负电的阴极(通常是银)接触,发生两个反应中的第一个。氧气被还原(电子消耗)为带负电的氢氧离子,阳极(通常是铅)发生第二个反应。氢氧离子与铅反应,铅随后被氧化(释放电子)为氧化铅。电子的使用(还原)和释放(氧化)导致与氧气浓度成比例的电子流,通过电流的产生来测量。


在优点方面,燃料电池的更换成本低,不受其他气体干扰(除了在焊炉应用中不会遇到的CO2)。

而缺点是,在暴露于高%氧气水平时对低ppm氧气的响应较慢。因此,炉内的氧气水平实际上可能低于分析仪的读数,有时会向操作员显示非理想条件。

Systech Illinois通过采用RACE™技术解决了这个问题。该技术利用第二个燃料电池,保护第一个电池免受高浓度氧气的暴露。受保护的电池从不接触高浓度氧气,因此在焊炉通常见到的正常氧气水平下,其响应速度非常迅速,就像氧化锆基系统一样迅速。

Systech Illinois 电化学氧分析仪

 

哪个更好?氧化锆还是燃料电池?

 


——工业物理旗下Systech Illinois在这个问题上不存在二选一!我们既生产氧化锆技术的氧分析仪,也生产燃料电池技术的氧分析仪,我们同时拥有这两种技术的丰富经验。

一些制造商必须采用氧化锆,因为燃料电池反应速度较慢。然而,氧化锆系统需要使用昂贵的过滤器,更换不及时,就会导致设备效能下降。

我们发现绝大多数半导体行业的客户都会选择使用我们的RACE™传感器系统,但也并非所有人都如此。事实上,我们同时拥有氧化锆和燃料电池两种成熟的技术,能够为半导体、空分、钢铁、石油化工等各行业客户提供适用于他们应用场景的最佳解决方案建议。

 

半导体行业,我们的推荐——EC913微量氧分析仪

 

对于半导体行业中回流焊和波峰焊过程中的微量氧分析,工业物理为您推荐 Systech Illinois 希仕代 EC913 系列电池氧分析仪,快速测量ppm级微量氧含量,并提供自动隔离保护功能,避免接触空气。

EC913氧分析仪采用的 RACE™ 电池传感器,专用于监测多种工业气体及氮气吹扫中的微量氧。设备在监测惰性和易点燃气体时可实现从空气到ppm级的超快速响应,同时提供充分的保护,防止ppm 级微量传感器接触空气。

同时,EC913氧分析仪可选回流焊炉Nitrosave节氮功能,可控制氮气或冲洗气体,降低氮气成本,提高生产力,并优化质量控制。

在参数方面,EC913微量氧分析仪可谓专为半导体行业回流焊炉应用而生。设备属电池微量氧分析仪,可确保设备快速测量惰性和易点燃气体混合物中的ppm级微量氧含量,具有避免接触空气的自动隔离保护功能。设备测试范围为0.1ppm-30%,响应时间二分钟内可从空气到20ppm,20秒的时间从0.1ppm到空气。

EC913氧传感器耐用且免维护,专用于氮气吹洗过程,并可选节氮功能(Nitrosave)。同时,设备有壁式、面板式或台式机箱可选,并带有超大自动切换量程显示器,满足不同电子厂商的需求。

Systech Illinois 部分半导体及电子行业客户

 

半导体行业渐回暖,更需要制造与焊接中的质量保证

 

半导体芯片行业作为一个综合性科学领域,牵涉到各种基础科学和材料科学等知识。随着2024年半导体行业的回暖和复苏趋势,国家已经大力投入资金发展各类基础设施,国内在芯片领域已经取得了显著的进展。

在这一发展过程中,工业物理将为半导体行业提供精密且高度适用的在线氧分析应用,无论是氧化锆技术,还是燃料电池技术,我们都将精益求精,确保半导体行业技术和质量控制的同步发展。

点击此处,您可跳转工业物理半导体回流焊炉和波峰焊炉的氧分析应用详情页面,查看更多关于工业物理半导体行业的应用方案 ✨

 

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