Leiterplattentechnisch - Analyse und Verbesserung der Berstplatte beim Rückflussschweißen von Leiterplatten

Vorwort, in der PCB Board Reflow Schweißen Analyse und Verbesserung der Berstplatte

Mit der Entwicklung elektronischer Produkte in Richtung Multifunktion, hohe Dichte, Miniaturisierung und dreidimensionale Mehr und mehr wird die Notwendigkeit der Wärmeableitung immer wichtiger. Gleichzeitig erhöhen die thermische Beanspruchung und Verzug, die durch die unterschiedliche CTE vieler Materialien verursacht werden, das Risiko eines Montageausfalls, und die nachfolgende Wahrscheinlichkeit eines frühen Ausfalls elektronischer Produkte wird auch steigen. Komm größer. Daher ist die Zuverlässigkeit des Leiterplattenlötens immer wichtiger geworden. Das Folgende stellt das Phänomen des Plattenversagens beim Reflow-Schweißen und seine Verbesserungsmethoden als Ihre Referenz vor.

1. Plattenplatzphänomen im Reflow-Schweißen

1.1 Definition von Burst BoardDefinition: Beim Reflow-Löten (insbesondere bleifreie Anwendungen) definieren wir das Trennphänomen, das zwischen der PP-Schicht und der Sekundärschicht (L2) Kupferfolie braune Oberfläche der HDI-Mehrschichtplatine während der zweiten Kompression auftritt. Aus der Analyse der Scheiben traten die Stellen der Brettplatze in den dicht vergrabenen Bereichen der 1-2-Schichten auf; keine Rückstände oder andere Anomalien gefunden wurden; Die Slices zeigten, dass die Platine sehr heftig platzt und einige der Second-Layer-Schaltungen auseinandergezogen wurden.

1.2 Faktoren, die den Board Burst beeinflussen

"Die Entstehungsquelle flüchtiger Materie ist eine notwendige Bedingung für die Explosion

1. FeuchtigkeitsabsorptionsproblemDas Folgende zeigt, dass das Vorhandensein von Wasser in der Leiterplatte, die Art der Wasserdampfdiffusion und die Änderung des Wasserdampfdrucks mit Temperatur, um aufzudecken, dass die Existenz von Wasserdampf die Hauptursache für die PCB-Explosion ist. Die Feuchtigkeit in der Leiterplatte existiert hauptsächlich in den Harzmolekülen sowie in den makrophysikalischen Defekten (wie Hohlräume, Mikrorisse) innerhalb der Leiterplatte. Die Wasseraufnahme und Gleichgewichtswasseraufnahme von Epoxidharz werden hauptsächlich durch das freie Volumen und die Konzentration von Polargruppen bestimmt. Je größer das freie Volumen, desto schneller die anfängliche Wasseraufnahme, und die polaren Gruppen haben eine Affinität zu Wasser, was der Hauptgrund ist, warum Epoxidharze eine höhere Wasseraufnahme haben. Je größer der Gehalt an Polargruppen, desto größer ist die Gleichgewichtswasseraufnahme. Zusammenfassend wird die anfängliche Wasseraufnahme von Epoxidharz durch das freie Volumen bestimmt, während die Gleichgewichtswasseraufnahme durch den Gehalt an polaren Gruppen bestimmt wird. Einerseits erhöht sich die Temperatur der Leiterplatte während des bleifreien Reflow-Lötens, wodurch das Wasser im freien Volumen und die Polargruppe Wasserstoffbrückenbindungen bilden, die genügend Energie erhalten können, um im Harz zu diffundieren. Das Wasser diffundiert nach außen und sammelt sich in den Hohlräumen oder Mikrorissen, und der molare Volumenanteil des Wassers in den Hohlräumen nimmt zu.

Auf der anderen Seite steigt mit zunehmender Schweißtemperatur auch der gesättigte Dampfdruck von Wasser. Der gesättigte Dampfdruck von Wasserdampf bei 224°C ist 2500kPa; der gesättigte Dampfdruck von Wasserdampf bei 250°C ist 4000kPa; und wenn die Schweißtemperatur auf 260°C ansteigt, erreicht der gesättigte Dampfdruck des Wasserdampfes sogar 5000kPa. Wenn die Bindungsstärke zwischen den Materialschichten niedriger ist als der durch Wasserdampf erzeugte gesättigte Dampfdruck, platzt das Material. Daher ist die Feuchtigkeitsaufnahme vor dem Löten einer der Hauptgründe für PCB Delamination und Leiterplattenbruch.

2. Der Einfluss der Feuchtigkeit während der Lagerung und Produktion. HDI-Mehrschichtplatine ist eine feuchtigkeitsempfindliche Komponente, und das Vorhandensein von Wasser in der Leiterplatte hat einen extrem wichtigen Einfluss auf ihre Leistung. Zum Beispiel:(a) Die Feuchtigkeit in der Lagerumgebung wird erhebliche Änderungen der Eigenschaften von PP (Prepreg) verursachen; (b) Ohne Schutz ist PP sehr einfach, Feuchtigkeit aufzunehmen. Abbildung 1.3 zeigt die Feuchtigkeitsaufnahme von PP bei Lagerung unter Bedingungen von 30%, 50%, und 90% relativer Luftfeuchtigkeit; Die Beziehung zwischen der Speicherzeit und der Feuchtigkeitsaufnahme von PP Die Beziehung ist offensichtlich, mit dem Ablauf der Zeit unter statischer Platzierung wird der Feuchtigkeitsgehalt der Leiterplatte allmählich zunehmen. Die Wasserabsorptionsrate von Vakuumverpackungen ist höher als die Wasserabsorptionsrate von keiner Vakuumverpackung und der Unterschied in der Wasserabsorptionsrate mit der Zunahme der temporären Lagerzeit. (c) Feuchtigkeit dringt hauptsächlich in die Grenzfläche zwischen verschiedenen Substanzen im Harzsystem ein, und es gibt einen Einfluss von Wasser auf die Grenzfläche.

3. Schädigung der Feuchtigkeitsaufnahme(a) Erhöhen Sie den flüchtigen Gehalt von PP.(b) Das Vorhandensein von Feuchtigkeit im PP-Harz schwächt die Vernetzung zwischen den Harzmolekülen, was zu einer Abnahme der Bindungskraft zwischen den Schichten der Platte führt, und die Wärmeschockbeständigkeit der Platte wird geschwächt. Mehrschichtplatten sind anfällig für weiße Flecken, Blasen und Schichttrennung in heißen Öl- oder Lötbädern und Heißluftnivellierung.â'µ Schlechte Haftung zwischen PP und Kupferfolie ist eine ausreichende Bedingung für Plattenburst1. Aus der Scheibenanalyse ist ersichtlich, dass die Position des Plattenrisses zwischen dem sekundären Pressen pp und der Kontaktfläche (Bräunungsfläche) der Kupferfolie liegt. Kupfer ist eine unpolare Substanz im metallischen Zustand, so dass viele Klebstoffe sehr wenig Haftung auf Kupferfolie haben. Wenn die Oberfläche der Kupferfolie nicht behandelt wird, selbst wenn der Klebstoff mit ausgezeichneter Leistung verwendet wird, hat er keine ausreichende Haftung und Hitzebeständigkeit. Die frühe Bräunungsbehandlung auf der Oberfläche der Kupferfolie bestand darin, durch chemische Behandlung rötlich-braunes Kupferoxid (Cu2O) auf der Oberfläche der Kupferfolie zu bilden. Wenn es auf eine harzlaminierte Substratplatte geklebt wird, obwohl die Haftung bei Raumtemperatur erhöht ist, tritt das Peeling in der Nähe von 200°C auf. Dies liegt daran, dass Cu2O nicht hitzstabil ist und sich nach dem Erhitzen von der Kupferfolie abzieht. In den 1960er Jahren entdeckten Forscher der Toshiba Corporation in Japan, dass der schwarze samtartige Film (CuO), der auf der Oberfläche der Kupferfolie gebildet wird, nach Behandlung mit einer speziellen chemischen Lösung feinere Kristalle aufweist und fest an der Oberfläche der Kupferfolie haften kann. Die Stabilität ist auch sehr gut, dies ist der später übliche Schwärzungsprozess. Mitte der 1990er Jahre setzten Europa und die Vereinigten Staaten ein neuartiges Bräunungsverfahren ein, bei dem das innere leitfähige Muster einer neuen Mehrschichtplatte chemisch oxidiert wurde, um den traditionellen Schwärzungsprozess zu ersetzen, der in der Industrie weit verbreitet war.

2. Mechanismus der BräunungsverbesserungDer neue Bräunungsprozess, sein chemischer Reaktionsmechanismus ist: 2Cu, H2SO4, H2O2, nR1, nR2, CuSO4, 2H2O, Cu (R1, R2)Im Bräunungsbehälter wird aufgrund des Mikroätzeffekts von H2O2 die Oberfläche des Substratkupfers mit ungleichmäßigen Mikrostrukturen gebildet, so dass der Klebebereich, der 6-7-mal der unbehandelten glatten Kupferoberfläche entspricht, erhalten werden kann. Gleichzeitig wird eine dünne Schicht organischen Metallfilms, die chemisch mit der Oberfläche des Kupfersubstrats verbunden ist, auf dem Kupfersubstrat abgeschieden, und das SEM-Bild der Kupferoberfläche des Substrats wird gebräunt. Und nachdem der Klebstoff in den konkav-konvexen Teil gelangt, erhöht er auch den mechanischen Eingriffseffekt.

3. Faktoren, die den BräunungseffektDie Qualität und Wirkung der Bräunung hängen von der Verfeinerung der Prozessparameterkontrolle ab, wie:(a) Wählen Sie einen Trank mit fortschrittlicher Formel:Die Bräunungsschicht mit Atotech Trank hat eine große Rauheit, und die Bindungskraft der Bräunungsschicht kann 12-mal bleifreier Reflow-Temperatur widerstehen, ohne die Platte zu brechen. b) die Überwachung der Zusammensetzung der Badeflüssigkeit während des Produktionsprozesses verstärken. (c) Browning (oder schwarzes Kupferoxid) Filmdicke: Browning (oder schwarzes Kupferoxid) Film und PP-Haftfestigkeit, Säure- und Alkalibeständigkeit, Corona-Widerstand und Hochtemperaturbeständigkeit beziehen sich auf die Struktur und Dicke des Films. Aber es ist nicht so, dass je dicker die Bindungsstärke, desto höher. (d) Kontaminierte Bräunungsschicht und Prozessfehler: Ziehen Sie in der Qualität einer rissigen Platte den Teil ab, an dem die rissige Platte aufgetreten ist, und es wurde festgestellt, dass die Bräunungsschicht kontaminiert war und das Harz vollständig von der kontaminierten Bräunungsschicht getrennt wurde. Die Bräunungsschicht des kontaminierten Teils und des PP-Blattes konnte nach der Laminierung nicht effektiv verkleben, und die Leiterplatte bildete Blasen in der nachfolgenden SMT-Montage. Nach der Untersuchung wurde das hohe Tg-Material missbraucht, um das gemeinsame Material zu pressen und zu verfestigen, was auch einer der Gründe für die schlechte Bindung zwischen der äußeren Kupferfolie und dem PP-Blatt ist.

Unangemessene Auswahl der Reflow-Temperatur ist der prädisponierende Faktor für Plattenburst1. Die induzierende Wirkung der Temperatur auf das Bersten der Platte. Durch die Analyse ausreichender und notwendiger Bedingungen für das Muster des Plattenplatzes kann bekannt werden, dass sie alle Funktionen der Temperatur sind. Die Menge an flüchtigen Stoffen in der Mehrschichtplatte und ihr Expansionsdruck steigen mit dem Anstieg der Reflow-Löttemperatur, während die Haftung zwischen der Bräunungsschicht und dem PP mit zunehmender Temperatur abnimmt. Offensichtlich müssen die ausreichenden und notwendigen Bedingungen für die latente Explosionsplatte durch den Faktor der Temperatur induziert werden. Die Optimierung der Reflow-Schweißtemperaturkurve auf Basis der umfassenden Analyse spezifischer Produkteigenschaften ist wirksam bei der Unterdrückung

Auftreten eines Plattenplatzes.2. Wie man die Reflow-Löttemperatur entsprechend den Produkteigenschaften optimiert(a) US Microelectronics Packaging CG Woychik wies darauf hin: "Bei Verwendung einer normalen SnPb-Legierung beträgt die Temperatur, die Komponenten und Leiterplatten beim Reflow-Löten aushalten können, 240 Grad Celsius. Bei Verwendung von SnAgCu (bleifreie) Legierung schreibt JEDEC vor, die Temperatur beträgt 260°C. Der Temperaturanstieg kann die Integrität der elektronischen Verpackungseinheit gefährden. Besonders bei vielen laminierten Strukturmaterialien ist es leicht, Delaminationen zwischen Schichten zu verursachen, insbesondere bei neuen Materialien, die mehr Feuchtigkeit enthalten. In Kombination mit der Erhöhung der Temperatur in den meisten Fällen verwendet werden, hat das Buch auch eine große Bandbreite elektronischer Beschichtungen (HJSB). "In Anbetracht der Tatsache, dass die Schmelzpunkttemperatur bestehender bleifreier Materialien höher ist als die von SnPb eutektischen Materialien Schmelzpunkttemperatur (183 Grad Celsius), um die Reflexlöttemperatur bis zu einem gewissen Grad zu reduzieren, ist eine geeignete Reflexlöttemperaturverteilungskurve besonders wichtig. Die Spitzentemperatur des bleifreien Reflow-Lötens sollte bei 235°C gehalten werden. Nach umfassender Analyse beim bleifreien Reflow-Löten von HDI-Mehrschichtplatinen, wenn SnAgCu-Lot verwendet wird Beim Legieren wird empfohlen, die Spitzentemperatur auf 235°C einzustellen, nicht über 245°C. Die Praxis zeigt, dass nach dieser Maßnahme der Unterdrückungseffekt auf den Plattenbruch sehr offensichtlich ist.

â'· Schlechter Austritt von flüchtigen Stoffen ist ein Faktor, der zum Ausfall der LeiterplattenVon der Analyse der Scheiben traten fast alle Standorte der Strahlplatte auf dem Teil auf, der mit einer großen Fläche von Kupferfolie über dem vergrabenen Loch bedeckt ist. Die Herstellbarkeit dieses Entwurfs ist in der Tat problematisch, vor allem in den folgenden Aspekten:â´ Nachdem das Schweißen erhitzt wurde, ist es ungünstig für die Emission der flüchtigen Materie (wie Feuchtigkeit usw.), die sich im vergrabenen Loch und der Zwischenschicht angesammelt hat; â'µ Verstärkte die Unebenheiten der Oberflächentemperaturverteilung während des Reflow-Schweißens; â'¶ Es ist nicht förderlich, die thermische Spannung im Schweißprozess zu beseitigen, und es ist einfach, Spannungskonzentration zu bilden, die die Trennung zwischen den inneren Schichten der HDI-Mehrschichtplatine intensiviert. Offensichtlich hat das unvernünftige grafische Design von HDI-Mehrschichtplattenprodukten zum Auftreten von Leiterplattenbrüchen im bleifreien Herstellungsprozess beigetragen.1.3 Der Mechanismus des Leiterplattenbruchs

â'´ Der Mechanismus der Plattenexplosion Entsprechend der obigen Analyse und Zusammenfassung des Phänomens der Plattenexplosion können wir den physikalischen Prozess der Plattenexplosion gemäß dem folgenden physikalischen Modell studieren und analysieren.1. Wenn die Umgebungstemperatur nicht zu hoch ist, ist die Verklebung zwischen den Mehrschichtplatten L1-L2 gut.2. Während der Heizvorgang fortschreitet, wird die flüchtige Substanz (einschließlich Feuchtigkeit) im vergrabenen Loch und in der inneren Schicht kontinuierlich entladen.3. Das abgepumpte flüchtige Gas sammelt sich zwischen dem vergrabenen Loch und dem PP (Bonding Sheet).4. Wenn die Temperatur weiter ansteigt, sammelt sich mehr und mehr Gas in der Nähe der vergrabenen Öffnung an und bildet einen großen Expansionsdruck, wodurch die bräunende Oberfläche von L2 und PP eine Expansionskraft erhält, die sie trennt.5 Wenn der endgültige Expansionsdruck kleiner ist als die Adsorptionskraft zwischen der Bräunungsfläche und dem PP (fF) ist, tritt eine Trennung zwischen der Bräunungsfläche und PP entlang L2 auf, wie in Abbildung 1.14 Diese Art von offensichtlichen klumpigen Blasen und Schichtungen Phänomen gezeigt. Während die Leiterplatte erhitzt wird, kann ein Teil des freien Wasservolumens durch das mikroporöse PCB-Substrat verloren gehen, wodurch der molare Volumenanteil des Wassers reduziert wird, der sich in den Hohlräumen oder Mikrorissen ansammeln kann, was zum Ausfall der Leiterplatte förderlich ist. zu verbessern. Wenn die Leiterplattenoberfläche jedoch von einem großen Bereich des Kupferfolienmusters bedeckt ist, blockiert die große Kupferfolienoberfläche über dem vergrabenen Loch beim Erhitzen den Wasserdampf, der nach dem Erhitzen entweicht, was den Druck des Wasserdampfes in den Mikrorissen erhöht und das Auftreten von Plattenexplosionen verursacht. Die Feuchtigkeit in der Luft lässt sich leicht auf dem PP kondensieren und wird zu adsorbiertem Wasser. Um die ursprüngliche Leistung von PP unverändert zu halten, sind die geeigneteren Lagerbedingungen: Temperatur (10-20) Grad Celsius, Feuchtigkeit <50%RH (im Vakuum gelagert). Laut Berichten lagern die Klebefolien bei 5°C für einen Monat oder lonhttps://www.ipcb.com/pcb-board.html Hochwertige Mehrschichtplatten kann ger nicht erfolgreich herstellen, daher ist eine Kühlung nicht ratsam. Kontrollieren Sie streng die Lagerhaltungsbedingungen von Leiterplattenprodukten, insbesondere bei Regenwetter, erhöhen Sie die Leistung des Entfeuchters, um die Feuchtigkeit im Lager zu steuern; Verbesserung der Verpackung von Leiterplattenprodukten, die im bleifreien Prozess verwendet werden, und Verwendung von Vakuumfolien- und Aluminiumfolienverpackungen, um Lagerzeit und Trockenheit sicherzustellen; Suchen Sie nach neuen Materialien mit guter Hitzebeständigkeit und geringer Feuchtigkeitsaufnahme.

â'µ Ausreichende Bedingungen zur Unterdrückung des Auftretens einer Leiterplattenexplosion: Optimierung der Qualität des "Bräunungsprozesses" und Erhöhung der Haftung zwischen den internen Schichten der Leiterplatte; Auswahl hochwertiger Bräunungstränke; Verstärkung der Überwachung der Qualität von Rohstoffen, wie zum Beispiel des Harzgehalts von PP-Materialien (RC%) Harzgelzeit (GT), Harzflüssigkeit (RF%) flüchtiger Gehalt (VC%) und anderer Schlüsselindikatoren. Um die Gleichmäßigkeit und Belegungsrate des im imprägnierten Faserraum vorhandenen Harzes sicherzustellen, um sicherzustellen, dass das geformte Substratmaterial eine geringe Wasseraufnahme, bessere dielektrische Eigenschaften, gute Zwischenschichthaftung und Dimensionsstabilität aufweist.

Verbessern Sie die Luftdurchlässigkeit der großen Kupferfolienoberfläche. Entsprechend der obigen Analyse der Standorteigenschaften der Plattenexplosion und des Mechanismus der Plattenexplosion. Offensichtlich, wenn die Leiterplattenoberfläche eine große Fläche des Kupferfolienschichtdesigns hat, wird es dazu führen, dass der innere Wasserdampf nicht freigesetzt werden kann, so dass es notwendig ist, ein Fenster zu dem Bereich zu öffnen, der von der großen Kupferoberfläche auf der Oberfläche bedeckt ist, um das Phänomen der Leiterplattenexplosion zu verbessern.â'· Optimieren Sie die Spitzentemperatur des Reflow-Schweißens. Unter der Bedingung, eine gute Benetzung sicherzustellen, reduzieren Sie die Spitzentemperatur des Reflow so weit wie möglich.