Tecnología de PCB - Análisis y mejora de la placa de explosión en la soldadura de retorno de la placa de PCB

Análisis y mejora de la placa de explosión en la soldadura de retorno de la placa de PCB

A medida que los productos electrónicos se desarrollan en una dirección multifuncional, de alta densidad, miniaturizada y tridimensional, la demanda de disipación de calor es cada vez más importante. Al mismo tiempo, las tensiones térmicas y la deformación causadas por los diferentes Cte de muchos materiales aumentan el riesgo de fracaso del montaje, al igual que la probabilidad de fracaso temprano posterior de los productos electrónicos. Más grande. Por lo tanto, la fiabilidad de la soldadura de PCB se ha vuelto cada vez más importante. A continuación se describen los fenómenos de falla de la placa en la soldadura de retorno y sus métodos de mejora para su referencia.

1. fenómeno de explosión de placas en la soldadura de retorno

1.1 Definición de placa de explosión: el fenómeno de separación que se produce en la superficie marrón de la lámina de cobre de la capa PP y la capa secundaria (l2) del PCB multicapa HDI durante la segunda compresión durante la soldadura de retorno (especialmente para aplicaciones sin plomo), lo definimos como placa de explosión. A juzgar por el análisis de la sección, la ubicación de la explosión de la placa se produjo en una zona enterrada densa de 1 - 2 capas; No se han encontrado fragmentos u otras anomalías; Las rebanadas muestran que la placa de circuito estalló muy violentamente y se abrieron algunos circuitos de segunda capa.

1.2 factores que afectan el estallido de la placa

La fuente de formación de compuestos volátiles es una condición necesaria para la explosión

1. el siguiente problema de absorción de humedad muestra la existencia de agua en la placa de pcb, el modo de difusión del vapor de agua y el cambio de la presión del vapor de agua con la temperatura, revelando que la existencia del vapor de agua es la principal causa de la explosión del pcb. La humedad en los PCB se encuentra principalmente en las moléculas de resina, así como en los defectos macrofísicos (como huecos y microcracks) en el interior de la placa de pcb. La absorción de agua y la absorción de agua equilibrada de la resina epoxi están determinadas principalmente por el volumen libre y la concentración de grupos polares. Cuanto mayor sea el volumen libre, más rápida será la absorción inicial de agua y los grupos polares tendrán afinidad por el agua, que es la razón principal por la que la resina epoxi tiene una mayor absorción de agua. Cuanto mayor sea el contenido del Grupo polar, mayor será la absorción de agua de equilibrio. En resumen, la absorción inicial de agua de la resina epoxi está determinada por el volumen libre, mientras que la absorción equilibrada de agua está determinada por el contenido de grupos polares. Por un lado, durante la soldadura de retorno sin plomo, la temperatura de la placa de PCB aumenta, lo que resulta en la formación de enlaces de hidrógeno entre el agua y los grupos polares en el volumen libre, obteniendo así suficiente energía para propagarse en la resina. El agua se propaga hacia afuera y se acumula en huecos o microcracks, y la proporción de volumen molecular de agua en los huecos aumenta.

Por otro lado, a medida que aumenta la temperatura de soldadura, también aumenta la presión de vapor saturada del agua. La presión de vapor saturada del vapor de agua a 224 ° C es de 2500kpa; La presión de vapor saturada del vapor de agua a 250 ° C es de 4000kpa; Cuando la temperatura de soldadura sube a 260 ° c, la presión de vapor saturada del vapor de agua incluso alcanza los 5000kpa. El material se rompe cuando la resistencia de unión entre las capas del material es menor que la presión de vapor saturada producida por el vapor de agua. Por lo tanto, la absorción de humedad antes de la soldadura es una de las principales causas de la estratificación de PCB y la explosión de la placa.

2. efectos de la humedad durante el almacenamiento y la producción. El PCB multicapa HDI es un componente sensible a la humedad, y el agua en el PCB tiene un impacto extremadamente importante en su rendimiento. Por ejemplo: a) la humedad en el entorno de almacenamiento puede causar cambios significativos en las características del PP (prepreg); (b) sin protección, el polipropileno absorbe fácilmente el agua. La figura 1.3 muestra la absorción de humedad del polipropileno cuando se almacena en condiciones de humedad relativa del 30%, 50% y 90%; La relación entre el tiempo de almacenamiento del PP y la absorción de humedad es obvia, bajo la colocación estática, el contenido de agua de la placa de PCB aumentará gradualmente con el tiempo. La tasa de absorción de agua de los envases al vacío es superior a la de los envases no al vacío, y la diferencia en la tasa de absorción de agua aumenta con el aumento del tiempo de almacenamiento temporal. (c) el agua penetra principalmente en la interfaz entre varias sustancias en el sistema de resina, y el agua tiene un impacto en la interfaz.

3. el daño de la absorción de humedad (a) aumenta el contenido volátil del pp. (b) la presencia de agua en la resina del PP debilita el enlace cruzado entre las moléculas de resina, lo que resulta en una disminución de la fuerza de unión entre las capas de la placa y un debilitamiento de la resistencia al choque térmico de la placa. Las láminas multicapa son propensas a puntos blancos, ampollas y estratificación en baños de aceite caliente o soldadura y nivelación de aire caliente. la diferencia de adherencia entre el polipropileno y la lámina de cobre es una condición suficiente para que la placa estalle 1. La descripción del fenómeno se desprende del análisis de las rebanadas de que la posición del estallido de la placa se encuentra entre la presión secundaria del PP y la superficie de contacto de la lámina de cobre (superficie marrón). el cobre es una sustancia no polar en estado metálico, por lo que muchos adhesivos tienen poca adherencia a la lámina de cobre. Si la superficie de la lámina de cobre no está tratada, incluso con un adhesivo de excelente rendimiento, no tendrá suficiente adherencia y resistencia al calor. El tratamiento temprano del marrón de la superficie de la lámina de cobre es la formación de óxido de cobre marrón rojizo (cu2o) en la superficie de la lámina de cobre a través del tratamiento químico. Cuando se adhiere al sustrato laminado de resina, el desprendimiento se produce cerca de 200 ° c, aunque la adherencia aumenta a temperatura ambiente. Esto se debe a que el cu2o es inestable para el calentamiento y se pela de la lámina de cobre después del calentamiento. En la década de 1960, investigadores de la compañía japonesa Toshiba descubrieron que las películas negras en forma de terciopelo (cuo) formadas en la superficie de la lámina de cobre, tratadas con soluciones químicas especiales, tenían cristales más finos que podían adherirse firmemente a la superficie de la lámina de cobre. La estabilidad también es muy buena, este es el proceso de ennegrecimiento comúnmente utilizado más tarde. A mediados de la década de 1990, Europa y Estados Unidos adoptaron un nuevo proceso de marrón para oxidar químicamente los patrones conductores internos de las nuevas placas multicapa en lugar del proceso tradicional de ennegrecimiento, que se ha utilizado ampliamente en la industria.

2. el mecanismo de adherencia reforzada por el marrón es un nuevo proceso de marrón, cuyo mecanismo de reacción química es: 2cu + h2so4 + H2O2 + nr1 + nr2 - CuSO4 + 2h2o + cu (r1 + r2) en la ranura de marrón, debido al micro - grabado de h2o2, la superficie del cobre base forma una microestructura desigual, Por lo tanto, se puede obtener un área de unión equivalente a 6 - 7 veces la superficie de cobre liso no tratada. Al mismo tiempo, se deposita una fina capa de película metálica orgánica adherida químicamente a la superficie del sustrato de cobre en el sustrato de cobre, y la imagen Sem de la superficie de cobre del sustrato se vuelve marrón. Y después de que el adhesivo entra en la parte cóncava y convexa, también se aumenta el efecto de Unión mecánica.

3. factores que influyen en el efecto del marrón la calidad y el efecto del marrón dependen del refinamiento del control de los parámetros del proceso, por ejemplo: a) selección de agentes con fórmulas avanzadas: la capa de marrón con agentes atotech tiene una mayor rugosidad y la fuerza de Unión de la capa de marrón puede soportar 12 veces la temperatura de retorno sin plomo sin romper la placa. (b) fortalecer el monitoreo de la composición del baño durante la producción. C) espesor de la película marrón (o óxido de cobre negro): la resistencia a la Unión de la película marrón (o óxido de cobre negro) y el pp, la resistencia al ácido y la alcalinidad, la resistencia a la Corona y la resistencia a altas temperaturas están relacionadas con la estructura y el espesor de la película. Pero no es que cuanto más gruesa sea la resistencia a la adhesión, mayor será la resistencia a la adhesión. D) capa marrón contaminada y errores de proceso: en la calidad de la placa agrietada, se desprendió la parte en la que se produjo la placa agrietada y se encontró que la capa marrón estaba contaminada, y la resina estaba completamente separada de la capa marrón contaminada. la película marrón de la parte contaminada no se adhirió efectivamente a la hoja de PP Después de la laminación, Y la placa de PCB burbujea en el montaje posterior de smt. Después de la investigación, los materiales de alto Tg fueron abusados para suprimir y solidificar materiales ordinarios, que también es una de las razones de la mala adherencia entre las láminas de cobre externas y las láminas de pp.

La selección inadecuada de la temperatura de retorno es el desencadenante del estallido de la placa 1. La inducción de la temperatura en el estallido de la placa. A través del análisis de las condiciones suficientes y necesarias para el modo de explosión de la placa, se puede saber que todos son funciones de la temperatura. Con el aumento de la temperatura de soldadura de retorno, la cantidad de compuestos volátiles y su presión de expansión en la placa multicapa aumentan, mientras que la adherencia entre la capa marrón y el PP disminuye con el aumento de la temperatura. Obviamente, las condiciones suficientes y necesarias para un posible explosivo deben ser causadas por factores de temperatura. Optimizar la curva de temperatura de soldadura de retorno sobre la base de un análisis exhaustivo de las características específicas del producto puede inhibir eficazmente.

Se produce la explosión de la placa. Cómo optimizar la temperatura de soldadura de retorno en función de las características del producto (a) la compañía estadounidense de encapsulamiento microelectrónico CG woychik señaló: "la temperatura que pueden soportar los componentes y placas de PCB durante la soldadura de retorno es de 240 grados centígrados cuando se utilizan snagcu (sin plomo) Aleación, jedec especifica una temperatura de 260 ° c. El aumento de la temperatura puede poner en peligro la integridad de los componentes de encapsulamiento electrónico. Especialmente para muchos materiales estructurales laminados, es fácil causar estratificación entre capas, especialmente aquellos nuevos materiales que contienen más agua. El interior contiene humedad. En combinación con el aumento de la temperatura, la mayoría de los laminados comunes (placas de PCB multicapa hdi) experimentarán una estratificación a gran escala. "(b) la soldadura por ensamblaje electrónico estadounidense jshwang también lo describe en el libro" materiales y procesos de soldadura en la fabricación de ensamblaje electrónico ":" teniendo en cuenta que la temperatura de fusión de los materiales libres de plomo existentes es superior al punto de fusión de los materiales eutécticos snpb (183 grados celsius), Para reducir la temperatura de soldadura de retorno hasta cierto punto, es particularmente importante una curva adecuada de distribución de la temperatura de soldadura de retorno. Asimismo, ha apuntado: de acuerdo con las condiciones de producción actuales, como los fabricantes e infraestructuras SMT existentes. las instalaciones incluyen componentes y características de temperatura de los pcb, entre otros. la temperatura máxima de la soldadura de retorno sin plomo debe mantenerse a 235 ° c. Después de un análisis exhaustivo, en la soldadura de retorno sin plomo de placas de PCB multicapa hdi, cuando se utiliza soldadura snagcu, cuando se aleación, se recomienda establecer la temperatura máxima a 235 ° C y no más de 245 ° c. La práctica ha demostrado que después de tomar esta medida, el efecto inhibidor de la explosión de la placa es muy obvio.

¿ la mala fuga de sustancias volátiles es un factor que contribuye a la falla de las placas de pcb. desde el análisis de las rebanadas, casi todas las ubicaciones de las placas de voladura se producen en partes cubiertas con grandes áreas de lámina de cobre por encima de los agujeros enterrados. es cierto que hay problemas con la fabricabilidad de este diseño, que se manifiestan principalmente en los siguientes aspectos: después del calentamiento por soldadura, Emisiones que no favorecen la acumulación de sustancias volátiles (como el agua, etc.) en agujeros enterrados y entrepisos; ¿ la distribución desigual de la temperatura superficial durante la soldadura de retorno se agrava; ¿ no es propicio para eliminar el estrés térmico durante el proceso de soldadura, es fácil formar una concentración de estrés y agravar la separación entre las capas interiores de PCB multicapa hdi. Obviamente, el diseño gráfico irrazonable de los productos de placas multicapa HDI provocó la aparición de estallidos de placas durante la fabricación sin plomo. 1.3 El mecanismo de estallidos de placas

El mecanismo de la explosión de la placa se basa en el análisis y resumen anterior de los fenómenos de explosión de la placa, y podemos estudiar y analizar el proceso físico de la explosión de la placa de acuerdo con los siguientes modelos físicos. Cuando la temperatura ambiente de trabajo no es demasiado alta, la Unión entre las placas multicapa L1 - L2 es buena. A medida que avanza el proceso de calentamiento, los compuestos volátiles (incluida la humedad) en los agujeros enterrados y las capas interiores se expulsan constantemente. Los gases volátiles expulsados se acumulan entre el agujero enterrado y el PP (película adhesiva). A medida que la temperatura continúa aumentando, cada vez más gas se acumula cerca del agujero enterrado, formando una mayor presión de expansión, sometiendo las superficies marrones de l2 y PP a la fuerza de expansión que las separa. Cuando la presión de expansión final es menor que la fuerza de adsorción (f < f) entre la superficie marrón y el pp, solo se deja una pequeña burbuja en la capa interior del agujero enterrado, es decir, se forma un punto. fenómeno de explosión de placas. Cuando la presión de expansión final es mayor que la fuerza de adsorción (f > f) entre la superficie marrón y el pp, se produce una separación entre la superficie marrón y el polipropileno a lo largo de l2, como se muestra en la figura 1.14. este claro fenómeno de ampollas y estratificación en bloques. Cuando el PCB se calienta, parte del volumen libre de agua se puede perder a través del sustrato microporoso del pcb, reduciendo así la fracción de volumen molecular del agua que puede acumularse en huecos o microcracks, lo que favorece el fallo del pcb. Mejorar Sin embargo, si la superficie del PCB está cubierta por un patrón de lámina de cobre de gran área, cuando el PCB se calienta, la gran superficie de lámina de cobre por encima del agujero enterrado bloquea el vapor de agua que se escapa después del calentamiento, lo que aumentará la presión del vapor de agua en la microclase, La probabilidad de que la placa se rompa aumenta considerablemente. 1.4 Las contramedidas para evitar la explosión de la placa eliminan las condiciones necesarias para la explosión de la placa. el problema en el almacenamiento de PP es evitar que absorba agua. El agua en el aire se condensa fácilmente en polipropileno y se convierte en agua adsorbida. Para mantener sin cambios las propiedades originales del pp, las condiciones de almacenamiento más adecuadas son: temperatura (10 - 20) grados centígrados y humedad inferior al 50% RH (almacenamiento al vacío). Según los informes, las hojas adhesivas se almacenan a 5 ° C durante un mes o lonhttps://www.ipcb.com/pcb-board.html Ger no puede producir con éxito placas multicapa de alta calidad, por lo que no es adecuado refrigerar. Controlar estrictamente las condiciones de almacenamiento del almacén de los productos de tablero de pcb, especialmente en días lluviosos, aumentar la Potencia del Deshumidificador para controlar la humedad en el almacén; Mejorar el embalaje de los productos de PCB utilizados en el proceso sin plomo, utilizando película de vacío + película de aluminio para garantizar el tiempo de almacenamiento y la sequedad; Buscar nuevos materiales con buena resistencia al calor y baja absorción de humedad.

Las condiciones suficientes para inhibir la explosión de la placa de circuito: optimizar la calidad del proceso de "marrón" y aumentar la adherencia entre las capas interiores del pcb; Seleccionar agentes de marrón de alta calidad; Fortalecer el monitoreo de la calidad de las materias primas, como indicadores clave como el contenido de resina (rc%), el tiempo de gel de resina (gt), la fluidez de la resina (rf%) y el contenido volátil (vc%) de los materiales pp. Garantizar la uniformidad y ocupación de la resina presente en el espacio de fibra impregnada, garantizar que el sustrato formado tenga baja absorción de agua, mejor propiedad dieléctrica, buena adherencia entre capas y estabilidad dimensional.

¿¿ mejorar la transpirabilidad de las superficies de láminas de cobre grandes? De acuerdo con el análisis anterior de las características de la posición de explosión de la placa y el mecanismo de explosión de la placa. Obviamente, cuando la superficie del PCB tiene un diseño de lámina de cobre de gran área, hace que el vapor de agua interno no se pueda liberar, por lo que es necesario abrir una ventana para abrir la zona cubierta por la superficie del gran cobre para mejorar el fenómeno de explosión de la placa del pcb. à · optimizar la temperatura máxima de la soldadura de retorno. En condiciones que garanticen una buena humectación, reduzca la temperatura máxima del retorno en la medida de lo posible.