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PCB部落格 - fr4印刷電路板生產遭遇高溫

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fr4印刷電路板生產遭遇高溫

2023-03-07
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Author:iPCB

1.類比背面焊接

通常,下游的PCBA組裝過程具有大約五種加熱體驗,即:

(1)焊膏和點膠被列印在正面,並進行熱風焊接。

(2)將反面翻轉過來,然後將焊膏焊接回去。

(3)銷部件應採用波形焊接。

(4)可進行1-2次返工和補焊。

囙此,大多數組件製造商要求fr4板製造商的空板也根據特定的回流曲線類比五次以上的回流,作為其是否能承受强熱量的參攷標準。 事實上,即使坯料多層板能够通過五次類比背面焊接的測試,也很難保證裝配人員在背面焊接操作中的安全,並且在實際安裝中仍會有一定的爆裂率。 主要原因是由於板上組件的額外應力。

fr4板

fr4板

熱風背焊爐的上風通常比板材的下風高50-60â左右。 順風的目的是保持板塊的基本熱量,根本不需要與逆風保持相同的熱量,以避免不必要的能量浪費和對板塊的破壞。 此外,當反面進行第二次焊接時,還可以减少對第一面焊接人員的强烈熱傷害和零件掉落的可能性。 然而,上下板的這些熱量差异將不可避免地導致fr4板兩側的熱膨脹差异,並且在背面焊接過程中會出現板面的輕微隆起弧凸起,這將導致緊湊組件與fr 4 pcb之間的拉伸應力。 特別是,通過積分回流溫度和時間獲得的巨大熱量不僅遠遠超過了板材的Tg,而且使板材從低於Tg Isla±-1的玻璃狀態轉變為高於Tg Islas±-2的軟橡膠狀態。 此時,一旦出現大量局部應力,就會導致厚多層板表面起泡和爆裂。


2.鋼板橡膠膝蓋無力

當板上裝有幾個大型BGA或QFN前邊撐時,板內晶片的熱膨脹率(CTE)僅為3-4ppm/â,這將迫使X軸和Y軸的熱膨脹速率達到15ppm/â。 在背面焊接過程中,的承載板必須向上拉並翹曲。 這些承載板的向上翹曲和fr4 pcb主機板的向下彎曲,如果相互拉動,將不可避免地損壞焊點和擴展板。 板材有一個不成文的加熱原理,即當溫度升高10â時,樹脂會使反應能量加倍,並且在熱回流過程中體積和質量最大? 加熱程度也遠高於板上各種組件的加熱程度。 事實上,FR-4板低於Tg島。在玻璃狀態下,Z軸的CTE高達55-60 ppm/â,遠高於X和Y軸的14-15 pm/â

玻璃纖維布夾緊的方向。 一次在島上。 在橡膠狀態下,其Z軸的CTE高於250pm/â,板表面的任何局部不均勻應力都可能導致外層起泡或爆裂。


3.易爆炸板的位置和原因

(1)內層銅表面積大

由於銅的熱膨脹係數(CTE)(CTE僅為17pm/â)和樹脂Z方向太遠,大的銅表面積很容易在强光下爆炸(指溫度和時間的積分)。 解決方案是在大的銅區域故意佈置幾個非功能通孔作為鉚釘,這樣不僅有助於散熱,還可以减少多層厚板的爆炸災難。 然而,前面的問題是,PTH孔銅的質量必須足够好,其伸長率應控制在20%以上才能有意義。 事實上,由於現時鍍銅工藝的巨大進步,優秀的藥液供應商的鍍銅層伸長率已經超過30%,這並不困難。 現時背板製造商與下游客戶的最新談判結果暫定為18%作為制造技術的下限。 未來,在無鉛焊接盛行的壓力下,它遲早會上升到20%的最低規格。 話雖如此,但仍有許多二線和三線鍍銅工藝供應商,其質量遠遠落後於現時厚板的要求18%,甚至低於一般多層板的15%。 當然,現場鍍銅槽的管理和fr4 pcb孔銅質量的檢查也不能馬虎,以减少板在無鉛回流中的膨脹和開裂。 在大銅表面積的情况下,如果發生板爆裂,許多人直觀地反應為內部黑棕色薄膜較差,附著力不足。 然而,當微切片製作精美,並且裂縫已經用膠水填充了兩次,並在裂縫中進一步精細研磨時,就可以清楚地看出裂縫是否是由銅箔的發黑層引起的。 根本沒有必要浪費時間。


(2)通孔密集區

例如,如果在背面焊接之前不堵塞球墊和與大型BGA腹部底部內層連接的許多密集通孔,則來自下風的大量熱能將進入空氣中,導致來自上下部分的熱量新增,難以消散。 當然,在遭受雙重痛苦的過程中很容易引起局部板材爆炸,甚至球脚的焊點也會過熱。 此外,當板材翻轉進行二次重新焊接時,也可能導致先前焊點的重熔或强度降低。 對於多引脚連接器,無論是使用傳統的波峰焊接還是PIH焊膏背面焊接,都會帶來額外的應力,容易爆裂,這也是一個非常困難的問題。 然而,當成品板想要用綠色油漆堵住這些洞以隔離熱空氣時,可以說這項工程艱巨而困難,沒有人能確定它是否被完全填滿而沒有缺陷。 至於那些使用質量好的特殊樹脂作為填料的人,對於一般電路板製造商來說,成本太高了。 在未被牢固堵塞的通孔的後續焊墊的濕表面處理中,很難防止藥液滲透。 即使在噴錫的過程中,錫渣也可能被擠壓進去,形成隱患。 fr4 pcb工藝中的任何缺陷都會導致隨後的致命傷害。 至於連接器的多引脚插入區域,雖然也是一個多孔密集的孔區,但由於泰式半體採用了單面短而强熱量的波峰焊或選擇性焊接(强熱量時間僅為4-5秒),其災難和痛苦遠小於對“在熔點以上持續90秒”的熱空氣回流的恐懼。 此外,零件腳本體還可以幫助吸熱和散熱,囙此也可以降低板材爆裂的概率。


(3)外層局部起泡

多層板材已經跳出了傳統的一次性壓制管道。 無論是使用碾壓混凝土或薄膜層壓,還是高階多層板的非HDI漸進壓制,背面焊接中外層的加熱速率和熱量都必須遠高於內芯板。 囙此,一旦下游組裝商的背面焊接爐不理想,或者其背面焊接曲線仍然延續舊的、不適當的含鉛實踐,甚至對無鉛背面焊接的新概念一無所知,例如加熱緩慢、吸熱時間長、峰值溫度平坦, 由於裝配人員的無知,它將不可避免地成為相當數量的錯誤爆破片。 通常,fr4板材製造商對下游背面焊接原理的理解不太深入,而裝配行業對無鉛背面焊接的恐懼通常知之甚少,一直以强硬的態度站在買方的立場上。 一旦板材發生爆炸,必須歸咎於fr4 pcb工廠。 囙此,在土地砍伐賠償中沒有失誤和沒有失誤的場面繼續上演! 這些局部外部水泡大多位於大BGA或QFN附近,尤其是低且無腿的QFN,最容易出現問題。 至於內部PTH的埋孔環,在外層被壓制之前,它是否經過了良好的黑色氧化處理? 即使已經完成了,但孔環的面積太小,抓地力不够,它能成功突破嗎? 這也是問題所在。 其他通孔密集的區域,如板材的邊緣和角落也是高風險區域,熱量過大時出現問題的概率不小。


(4)多次高溫導致多個板塊爆發

fr4 pcb的無鉛焊接將繼續以前的做法,主要通過雙面SMT焊膏回流,再加上傳輸波焊接或部分選擇性浪湧焊接。 如果fr4 pcb的焊盤表面處理是無鉛錫噴塗,則意味著又一次波峰焊。 在3-4次高溫的折磨下,多層板已經處於危險之中。 一旦板材放置時間過長,導致應力能量積累,或者在壓制後不烘烤以消除應力,板材構件(玻璃纖維、樹脂、銅層)與其他構件之間的CTE差异將逐漸顯現,並產生應力釋放行為,或者當成品板材吸入水時,情况會更糟; 一旦你有機會因高溫而放鬆和蒸發,當然,你會暴露你的本性,並對約束力造成即時損害。 此時,如果能够在回流之前進行適當的烘焙,則可以减少板爆裂的發生。 如果在上述三種常規焊接後出現其他强熱量,如通過背面焊接或波形焊接進行補焊,或通過更換活性部件進行返工補焊,則可能會導致板材爆炸,操作員不能疏忽處理。 根據生產線的長期經驗,無鉛回流對多層板的損傷大約是無鉛波峰焊的2-3倍。 囙此,一旦發現一些局部焊接缺陷,應盡可能使用手工焊接,以取代原本在fr4 pcb上大動作重新上線的回流焊和波峰焊。