Технология PCBA - Роль влажности в производстве PCBA

Влажность играет ключевую роль в процессе производства PCBA. Слишком низкая влажность приводит к пересыханию изделий, увеличению электростатического разряда, повышению уровня пыли, вероятности блокировки отверстий шаблона и износу шаблона. Доказано, что слишком низкая влажность напрямую влияет на производственную мощность и снижает ее. Слишком высокая приводит к отсыреванию материала и поглощению воды, что вызывает расслоение, эффект попкорна и появление шариков припоя. Влажность также снижает значение Tg материала и увеличивает динамическое коробление при пайке оплавлением.

Влияние влажности на процесс производства PCBA

Влажность оказывает множество эффектов на производство PCBA. В целом, влажность незаметна (за исключением увеличения веса), но ее последствиями являются поры, пустоты, брызги припоя, шарики припоя и пустоты под заполнением.

Допустимый диапазон контроля?

Почти во всех процессах нанесения покрытий (спиновое покрытие, нанесение масок и металлических покрытий в производстве кремниевых полупроводников) общепринятой мерой является контроль точки росы, соответствующей температуре подложки. Однако в производстве сборки подложек никогда не рассматривались вопросы экологии. Этот вопрос заслуживает внимания (хотя мы опубликовали рекомендации по экологическому контролю и различные параметры, которые должны контролироваться в глобальной потребительской группе).

Поскольку процесс производства устройств движется в сторону более тонких функциональных особенностей, более мелких компонентов и более плотных подложек, наши технологические требования приближаются к экологическим требованиям микроэлектроники и полупроводниковой промышленности.

Мы уже знаем о проблеме борьбы с пылью и проблемах, которые она создает для оборудования и процессов. Теперь нам необходимо знать, что высокий уровень влажности (IPC-STD-020) на компонентах и подложках может вызвать ухудшение характеристик материалов, проблемы с технологическим процессом и надежностью.

Когда относительная влажность составляет около 20 % относительной влажности, на подложке печатной платы и на площадке печатной платы, которая приклеена к поверхности (не видна), образуется монослой водородных связей молекул воды. Молекулы воды не двигаются. В таком состоянии, даже с точки зрения электрических свойств, вода безвредна и доброкачественна. В зависимости от условий хранения подложки в мастерской могут возникнуть некоторые проблемы с сушкой. В это время влага на поверхности обменивается влагой и испаряется, поддерживая постоянный монослой.

Дальнейшее формирование монослоя зависит от впитывания воды на поверхности подложки. Эпоксидная смола, флюс и ОСП обладают высоким водопоглощением, а металлические поверхности - нет.

Влияние влажности при производстве PCBA По мере увеличения относительной влажности RH, связанной с точкой росы, металлическая площадка (медь) будет поглощать больше влаги и даже проходить через OSP, образуя многомолекулярный слой (мультислой). Ключевым моментом является то, что большое количество воды накапливается в 20-м слое и выше монослоя, электроны могут протекать, а из-за присутствия загрязняющих веществ будут образовываться дендриты или CAFs. Когда температура близка к точке росы (точка росы/конденсации), пористая поверхность, такая как подложка, легко поглощает большое количество воды, а когда температура ниже точки росы, гидрофильная поверхность будет значительно поглощать большое количество воды. В процессе сборки электроники, когда влага, поглощенная плотной поверхностью, достигает критического уровня, это приводит к снижению эффективности флюса, выхлопу при пайке под заливку и пайке оплавлением, плохому выделению паяльной пасты при печати трафарета и т.д.

Паяльная паста

Влияние влажности при производстве PCBA. По сути, процесс нанесения паяльной пасты схож с процессом нанесения лакокрасочных материалов, таких как краска. Чтобы паяльная паста эффективно выходила из отверстий шаблона, к поверхности подложки должно прилипнуть как можно больше флюса. Паяльная паста, находящаяся вблизи точки росы окружающей среды, уменьшит силу адгезии, что приведет к плохому выходу паяльной пасты.

Температура воздуха в блоке ЭБУ должна максимально соответствовать правилам металлического покрытия, связанным с точкой росы, то есть для металлического покрытия, такого как золото или олово, температура подложки не должна превышать температуру точки росы 4 ± 1 градус Цельсия. Для пористых/гидрофильных поверхностей, таких как OSP, минимальная температура, которую мы требуем, должна быть ≥5 градусов Цельсия.

Настройки пресса DEK

В мастерской DEK ECU фактически установлена температура 26 градусов Цельсия. Относительная влажность внутренней среды составляет 45 % RH, а температура точки росы подложки, рассчитанная в условиях внутренней среды, равна 15 градусам Цельсия. Самая низкая температура подложки, зарегистрированная перед входом в трафаретный принтер, составляет 19 градусов Цельсия, ΔT (разница между температурой подложки и точкой росы) составляет (19 градусов Цельсия-15 градусов Цельсия) 4 градуса Цельсия, что соответствует только нижнему пределу для металлического защитного покрытия ASTM и ISO (минимум 4±1 градус Цельсия), но производственные операции на месте могут быть неудачными. Спецификация покрытия пористой поверхности требует, чтобы температура подложки была выше 5 градусов Цельсия, поэтому мы можем предположить, что подложка будет впитывать влагу.

Если мы поместим холодную (19 градусов Цельсия) подложку на другое оборудование, например, на оборудование Fuji, где влажность в цеху превышает 60 %RH, мы получим ΔT в 2 градуса Цельсия, что совсем не будет соответствовать требованиям спецификаций ASTM/ISO на покрытие. Потому что подложка слишком влажная. Оптимальная температура должна быть на ≥5°C выше точки росы.

Влияние влажности в цехе по производству PCBA

Влажность, поглощаемая поверхностью подложки, зависит от температуры поверхности, температуры окружающего воздуха и относительной влажности (точки росы). Когда температура подложки близка к точке росы, из-за образования толстого многомолекулярного слоя воды площадка становится влажной, что приводит к низкой адгезии паяльной пасты и т. д. (вязкости), в результате чего паяльная паста плохо отделяется при открытии шаблона.

Ниже приведена критическая температура, рассчитанная в соответствии с различными диапазонами температуры и влажности в условиях мастерской. Зафиксированы три температуры подложки: 19 градусов Цельсия, 20 градусов Цельсия и 21 градус Цельсия. На рисунке 1 показан безопасный диапазон влажности и температуры в мастерской, чтобы избежать впитывания влаги (необходимо измерить внутреннюю среду оборудования).

Чем выше температура подложки, тем ниже требования к условиям мастерской.

Тест точки росы (значение dyne)

При повышении влажности (>50% RH) температура поверхности подложки печатные платы находится в диапазоне от 4 до 5 градусов Цельсия, близком к температуре точки росы, и все поверхности подложки плохо смачиваются. Мы разработали тест с уровнем относительной влажности в помещении 43% RH, что в принципе намного ниже, чем худший вариант (60% - 65% RH), измеренный в реальной мастерской. Влияние влажности на процесс очень распространено. Мы провели тест и поместили чистую подложку в холодильник в мастерской на полчаса, пока она не охладилась до температуры точки росы, необходимой для мастерской с низкой влажностью. При проверке ручкой дайна значение дайна снизилось с > 40 дайнов до 37 дайнов. Поскольку этого достаточно, чтобы объяснить влияние влажности на процесс, при высокой влажности и комнатной температуре влияние будет сильнее, и значение дайна, безусловно, упадет еще сильнее.