Vákuumforrasztás

A vákuumforrasztás sokféle elektronikai alkatrész gyártásánál alkalmazott hőkezelési eljárás, pl. műholdak vagy repülőgépek alkatrészeinél, melyek extrém körülményeknek - vákuumnak vagy rendkívül magas hőmérsékleteknek - vannak kitéve. Az ilyen megbízható komponensek elkészítéséhez gyakran két egymástól nagyon eltérő anyag összekötése szükséges.

Egymástól nagyon eltérő anyagok összekötése vákuumforrasztással

Ez lehet fém-fém vagy akár szigetelő-fém összekötés is. Ennek erősnek és hőmérsékletállónak kell lennie és alkalmasnak vákuum alatti használatra is, mivel a szokásos forrasztógyanták kigőzölgése nem megengedett. A forrasztógyanta alkalmazásának célja, hogy a visszamaradó oxidokat eltávolítsa és csökkentse a felületi feszültséget, hogy az eltérő anyagok felületei nedvesedését elősegítse. Vákuum vagy magas hőmérsékletű környezetben azonban a forrasztógyanta káros hatással van az elektronikai komponensekre. A gyanta savakat és sókat tartalmazó anyaga nagy gőznyomása miatt gázfázisúvá válik.

A gyanta anyagának szigetelőkön bekövetkező kondenzálódása vezető hidakat képezhet, ami rövidzárt okoz. Ez a folyamat tönkre teszi a drága alkatrészt. Szerencsétlen módon a legaktívabb (és ezért a legmaróbb) gyanták képesek a legerősebb kapcsolatra. Némely anyagtulajdonságot pl. a vákuumállóságot nem lehet kialakítani hagyományos atmoszférikus gyártási körülmények között. A hagyományos atmoszférikus körülmény másik problémája, hogy mindig gázszennyeződés ágyazódik be az érintkező felületekbe.

E probléma megoldása a vákuumforrasztás és a keményforrasztás. Mindkét eljárásban egy harmadik fémes anyag - a forrasz - hozza létre a kötést a két nagyon eltérő anyag között. Forrasztás (soldering) és keményforrasztás (brazing) közötti pontos különbség az, hogy forrasztás esetén a (reverzibilis) tapadás domináns, (irreverzibilis) keményforrasztás viszont az anyagok diffúzióját idézi elő, ami sokkal erősebb kapcsolatra vezet. Az egész eljárás nagyvákuum (HV) vagy akár ultra-nagyvákuum (UHV) körülményei alatt megy végbe. Ilyen körülmények között oxidáció nem történik és használható gyantamentes anyagú forrasz. A vákuumálló komponensekre vonatkozó követelmények így teljesülnek.

Forrasztás és keményforrasztás vákuumban

Extrém körülmények között működtetendő alkatrészek gyártásához speciális képességű kemencére van szükség. Vákuum alatti hőkezeléshez a kemencének teljesen tömítettnek kell lennie. A minták és a forrasz anyagától függően a hőmérsékletet kb. 1200 °C-ig be kell tudni állítani, a lehető leghomogénebb és legstabilabb módon. Az adatrögzítés egy másik fontos követelmény: pl. az egymáshoz nem hasonló anyagoknak adott hőmérsékletűeknek kell lenniük mielőtt a forrasz elfolyósodik. Ezért a kemencének lehetővé kell tennie az ellenőrizhető és reprodukálható adatrögzítést.

A Carbolite Gero HBO kupolás (HV vagy UHV) vákuumkemencék az összes ilyen követelményt teljesítik. A wolfram vagy molibdén szigetelésű kemencék 10, 25 vagy 60 l hasznos térfogattal szerezhetők. A felhasználó igénye szerint a vákuum szivárgási sebesség (akár to < 10-3 mbar l/s-ig) csökkenthető és nagyvákuumot biztosító pumpa is beépíthető.

Vákuumban hőátadás csak sugárzás (Planck-féle sugárzási törvény) útján lehetséges. A fűtőelemek megfelelő elrendezésével együtt ez biztosítja a legjobb hőmérséklethomogenitást, azaz a forró zónában a hőmérsékletgradiens értéke ± 3 °C.

A fűtőelemek tirisztor-vezérlésű tápegységei kiváló hőmérsékletstabilitást biztosítanak a HBO kemencék forró zónájában, azaz az időbeli változás (gradiens) értéke jobb, mint ± 1 °C. A rezgésmentes működés merev csatlakozók torzulása miatti bármiféle gázbeszivárgás nélküli üzemmódot tesz lehetővé.