气相再流焊(VPS)又名凝热焊接(Condensation Soldering),现在又流行了。它是八十年代早期的优选工艺,它的衰落主要有两个原因:VPS工艺自身的问题和红外辐射(IR)工艺的进步。VPS的问题主要在于缺陷较多,例如引脚元件的虹吸和片状元件一端立起。以对流为主的红外辐射(IR)系统热效率很高,没有VPS那些与生俱来的问题。
VPS使用液体气化潜热为焊接提供热量。这种潜藏的热量在中性液体气化时释放出来,凝结在元件引脚和印刷电路板的焊接区域。在VPS中,液体变成高密度、饱和的蒸气,取代了空气和湿气。充满蒸气的地方,温度与气化阶段的液体沸点相同。这种液体对环境没有任何影响。焊接温度峰值就是中性液体在大气压下的沸点温度。
VPS产生的热量是均匀的,电路板(与几何形状无关)上所有的元件都不会超过液体沸点温度。这种工艺适合焊接异形元件、柔性电路板、插针和连接器,以及再流焊接锡铅和无铅表面贴装封装元件的引脚。VPS工艺也容易自动化操作。
惰性氛围对流焊接系统里越来越多地使用氮气,这是因为广泛使用了低固和免洗助焊剂和焊膏。因为VPS的焊接环境是中性的,不需要使用氮气,所以,产业界再次考虑这种工艺。在焊接较大的陶瓷BGA和塑料BGA时,很难均匀加热,即使对流为主的系统也是如此,而VPS因为具有效率高和加热均匀的特点,所以,也在考虑之列。随着无铅焊接的出现,一些公司再次转到使用气相再流焊。然而,在八十年代后期,VPS 几乎销声匿迹,其中的一个原因,就是虹吸发生率过高,焊料会沿着J形或者翼形元件引脚爬升,导致焊点开路。这种虹吸是因为VPS过程中引脚和焊盘的加热速度不同而引起的,并且因为引脚的不共面(引脚没 没有与焊盘接触)而加剧。在VPS过程中,引脚表面会比焊盘表面快几秒钟达到焊料的熔点。于是焊膏熔化、湿润,并且沿引脚爬升,然后焊盘才变热,焊膏将它湿润。当焊盘达到焊膏熔点时,在焊盘上已经没有足够的焊料,不能形成良好的焊点。
在VPS过程中减少焊料虹吸的一个方法是将元件预热。预热能够减少问题的发生,但不能完全消除。即使经过预热,组件引脚还是比焊盘热得快。另一个方法,是使用含有不同熔点的粉末的焊膏,在达到焊料熔点时,有一些焊膏会留在焊盘上。但是,这只是一种理论上的方案。寻找一种专门的焊膏配方,是一个既有限又昂贵的选择。
VPS在什么情况下适用呢?对于含有大量无引脚陶瓷BGA或者片状元件、产量低、针对某种用途的产品,也许可以选择VPS。
随着无铅焊接浪潮的来临,各家公司都在重新考虑VPS,特别是当涉及向后兼容和向前兼容问题时。向后兼容指的是锡铅元件占大多数,但有一部分是无铅元件。向前兼容正相反——大多数元件是无铅的,一部分是锡铅元件。无论哪一种情况,焊接吸收热量不同的元件,都是一个难题。
对于向后兼容的情况,不可能只为少数无铅元件而提高再流焊温度,因为这对大多数锡铅元件会有不利的影响。而对于向前兼容,使用无铅再流焊温度曲线会损坏一些锡铅元件。现在,人们把VPS看作是一种折衷的办法,它可以使锡铅元件和无铅元件都安然无恙,这对对流系统的用户来说,是一种可以接受的选择。但是,这个再流焊曲线对锡铅元件和无铅元件而言,都是不正确的。使用选择性激光焊接法时,对于大部分元件,有适用的再流焊曲线——无论是使用对流再流焊曲线还是VPS再流焊曲线。这情况下就不必折衷了,所有的元件都合适。