Tecnología de PCB - Debate sobre la fiabilidad de los PCB

Una de las funciones básicas de los PCB es transmitir señales eléctricas.

Estudiar la fiabilidad de los PCB es estudiar si su función básica no se pierde, o si algunos de sus índices de rendimiento eléctrico no se deterioran, es decir, la durabilidad de su función. En este trabajo, la fiabilidad de los PCB se estudia a partir de tres aspectos: la calidad de los usuarios de PCB aguas abajo después de la instalación, la calidad de la depuración directa de los usuarios y la calidad del uso del producto, con el fin de caracterizar la calidad del procesamiento de PCB y proporcionar un enfoque básico para la producción de PCB de alta fiabilidad.

Análisis de fiabilidad de un PCB

Características de calidad de los PCB 1.1 después de la instalación

Después de la instalación de PCB, la calidad de los PCB se refleja directamente en:

Compruebe visualmente la apariencia del PCB para ver si hay ampollas, manchas blancas, deformación y otros fenómenos.

Uno de los problemas es que no debe haber burbujas de aire después de instalar PCB fiables, lo que la industria llama "placas explosivas o capas". Para obtener PCB de alta fiabilidad, deben adoptarse las siguientes medidas.

1.1.1 selección de materiales de PCB

El rendimiento del mismo tipo de sustrato de PCB varía mucho de un fabricante a otro, y el rendimiento de los diferentes tipos de sustrato de PCB varía mucho más. La resistencia al calor del material y las propiedades eléctricas del material se tienen en cuenta al seleccionar el sustrato para el procesamiento de PCB. En cuanto a la instalación, tenemos más en cuenta la resistencia al calor del material. La resistencia térmica de los materiales se conoce generalmente como temperatura de transición vítrea (Tg) y temperatura de descomposición térmica (TD). En la actualidad, las instalaciones de PCB se dividen en instalaciones de plomo, sin plomo y mixtas de acuerdo con la composición de las juntas de soldadura de los componentes (plomo y sin plomo). Las temperaturas máximas de reflow correspondientes son de 215, 250 y 225 grados Celsius. Por lo tanto, diferentes materiales de PCB deben ser seleccionados para diferentes métodos de instalación. Para soldadura sin plomo, seleccione la placa con Tg superior a 170 c. Para la soldadura de montaje mixto, se selecciona una placa con Tg superior a 150 c.

Para la soldadura de plomo, todos los materiales son adecuados, pero por lo general se utilizan placas Tg superiores a 130℃. Además de considerar Tg, también debe prestar atención a la marca y el modelo del fabricante. En la actualidad, las placas comunes con propiedades estables son TUC, isoia, Hitachi, Neleo, etc.

1.1.2 control de procesos

Antes de salir de la fábrica, los PCB se someterán a pruebas de Estado de entrega y de esfuerzo térmico, con el fin de garantizar que la instalación no esté estratificada, etc. aunque los productos defectuosos en estado de entrega y plenamente cualificados en las pruebas de esfuerzo térmico no garanticen que la instalación esté libre de defectos, Debe haber problemas ocultos en la instalación de productos defectuosos. Por lo tanto, el Estado de entrega y la prueba de esfuerzo térmico son los primeros indicadores de predicción de la calidad de la instalación. Por lo tanto, el Estado de entrega y la identificación del estrés térmico son necesarios para la entrega de PCB. Por lo tanto, debe prestarse atención a los siguientes aspectos en el proceso de fabricación de PCB, a fin de garantizar que el Estado de entrega y las pruebas de resistencia térmica sean aceptables y mejorar la calidad después de la instalación.

1.1.2.1 definición de los requisitos de procesamiento de PCB

Los resultados de las pruebas de esfuerzo térmico de PCB están influenciados por el número de capas, el espesor, la distancia entre bga (o la distancia central entre los agujeros), el espesor del conductor de cobre, etc. las placas con más de 12 capas y más de 3,0 mm de espesor son propensas a tener micro - grietas y defectos de la pared del agujero después del estrés térmico debido a la gran expansión y contracción del eje Z.

La distancia entre bga es inferior a 0,8 mm o la distancia entre el Centro de la pared del agujero es inferior a 0,5 mm. debido a la gran capacidad de calor y la concentración de calor en el proceso de instalación, la capa dieléctrica se estratifica fácilmente. Por lo tanto, los PCB deben ser procesados por materiales con Tg superior a 170℃.

El espesor del conductor es superior a 35℃ M, la capacidad térmica es alta, la resistencia al flujo de la resina es grande, la lámina semicurada de alta fluidez se utiliza en la medida de lo posible en el proceso de laminación. Para PCB con un diámetro inferior a 0,3 mm, la calidad de la perforación afecta directamente a la calidad de la pared del agujero. Controlar estrictamente los parámetros de perforación para asegurar que la pared del agujero esté limpia, plana y menos desgarrada.

1.1.2.2 control de procesos finos

La delaminación ocurre en condiciones alternas y en experimentos de estrés térmico. La razón principal es que el defecto de calidad del tratamiento de oxidación del conductor interno conduce a la mala adherencia del cobre a la hoja semicurada o a la coloración o absorción de humedad de la película semicurada. El proceso de oxidación varía según el material. Los materiales Tg altos son duros y frágiles, oxidados por terciopelo marrón. Los materiales convencionales pueden ser oxidados por negro cristalino [2]. Por supuesto, la rugosidad de la superficie del conductor afecta directamente a la fuerza de Unión del cobre y la hoja semicurada. Por lo tanto, independientemente del tratamiento de oxidación, la rugosidad superficial de la oxidación debe definirse claramente. Al mismo tiempo, en el proceso de laminación, debe evitarse en la medida de lo posible la contaminación del material y la absorción de humedad. Por lo tanto, es necesario controlar cuantitativamente las condiciones de cocción de la chapa, deshumidificar la placa semicurada y controlar la limpieza ambiental y las normas de funcionamiento en el laminado. En el control del proceso de laminación, los parámetros de laminación eficaces deben determinarse de acuerdo con el tipo y el número de placas, a fin de garantizar una humectación adecuada de la resina y evitar la velocidad de flujo de los huecos.

1.2 Caracterización de la calidad de la depuración de PCB

La calidad de la depuración de PCB depende principalmente de si los resultados de la depuración cumplen los requisitos de diseño. Después de la instalación, el buen funcionamiento de la depuración de PCB se refiere a la calidad del proceso de PCB, que también es una información importante para caracterizar la fiabilidad de los PCB. En general, el circuito de depuración suave tiene una alta fiabilidad. Por el contrario, si la depuración de la placa no es suave, su fiabilidad debe tener problemas ocultos. La calidad del proceso de PCB se refiere principalmente a la línea, el disco y la capa dieléctrica de PCB.

1.2.1 influencia del conductor de PCB en la calidad de los PCB

Con el desarrollo de productos electrónicos finos y la mejora continua de la tecnología de procesamiento de PCB, el conductor de PCB ya no es una simple transmisión de señales, sino que se complementa con muchos requisitos funcionales, como la línea de impedancia, la línea de contorno y la línea de reactancia. La influencia del ángulo de forma en el rendimiento de los PCB es cada vez más evidente (3). La desviación del 10% del ancho de línea puede dar lugar a cambios de impedancia de hasta el 20%. Las brechas y rebabas de los cables pueden retrasar la señal hasta 0,1 ns. Las diferencias en la forma de los cables pueden causar reflexión, ruido y otras perturbaciones, afectando así la integridad de la transmisión de la señal. Por lo tanto, la calidad del circuito no puede ser ignorada en el proceso de producción de PCB. Por un lado, se requiere un control estricto del proceso, por otro lado, se necesita un equipo de producción de alta precisión y una tecnología de proceso adecuada (por ejemplo, semiadición y adición) para garantizar que la precisión de la línea de producción cumpla los requisitos de diseño.

1.2.2 influencia del disco de conexión de PCB en la calidad de los PCB

Los discos de conexión suelen tener grandes aberturas. La anchura del anillo se considera en el diseño. La calidad está garantizada, pero la calidad del agujero varía de un fabricante a otro. Si el diámetro del poro es superior a 0,6 mm y el recubrimiento de apertura de la ventana es PB / SN, es poco probable que ocurra un problema. Sin embargo, para los agujeros de menos de 0,3 mm, la rugosidad diferente, la profundidad de desgarro diferente, el espesor de la pared del agujero diferente y la uniformidad son causados por diferentes parámetros del agujero y un mal intercambio de solución. En la medida de lo posible, se utilizarán diferentes procesos de recubrimiento a través del agujero en el futuro, como el recubrimiento con tinta de soldadura de resistencia, e incluso el agujero de enchufe, pero el agujero de enchufe tiene poca influencia en la resistencia del agujero. Por lo tanto, todavía existen diferencias en la resistencia de los poros. En la Tabla 1 se enumeran los resultados de las pruebas de resistencia de los agujeros de 0,25 mm de diferentes fabricantes.

Tabla 1 diferencia de Resistencia del agujero

Tabla 1 diferencia de Resistencia del agujero

La resistencia macroporosa afecta la calidad de la transmisión de la señal eléctrica, y también refracta la existencia de impurezas no conductoras o agujeros o grietas en la pared del agujero. Debido a la influencia de la alta temperatura, estos agujeros inevitablemente producirán grietas o grietas, resultando en la pérdida completa de la función de formación de PCB. Por lo tanto, debe prestarse especial atención al valor de Resistencia del agujero en el proceso de fabricación de PCB.

1.2.3 influencia de la capa de PCB en la calidad de los PCB

La capa de PCB se refiere al espesor y uniformidad de la capa dieléctrica entre el material de procesamiento y la capa de PCB, como se ha mencionado anteriormente, haciendo hincapié en el espesor y la uniformidad de la capa dieléctrica.

El espesor de la capa dieléctrica afecta el aislamiento interlaminar de los PCB, y su parámetro característico es el voltaje de ruptura. Cuanto mayor sea el voltaje de ruptura, mejor será el aislamiento. El voltaje de ruptura de los PCB utilizados en diferentes campos puede ser diferente, pero la capa dieléctrica es delgada, el voltaje de ruptura debe ser bajo, y la capa dieléctrica del mismo espesor es más gruesa. Por lo tanto, el control del espesor de la capa dieléctrica se basa en el voltaje de ruptura y se considera el tipo de hoja semicurada. La uniformidad del espesor de la capa dieléctrica afecta la estabilidad de la transmisión de la señal. La desviación del espesor es del 10% y la desviación de la impedancia característica es del 20%. La uniformidad del espesor está relacionada con el tiempo de gel, la fluidez de la resina y otros parámetros de rendimiento del material, por otra parte, con los parámetros del proceso de laminación y la precisión del equipo. Por lo tanto, la uniformidad del espesor de la capa dieléctrica debe controlarse mediante equipos de alta precisión y parámetros de laminación optimizados.

1.3 caracterización de la calidad de los PCB

La estabilidad del rendimiento de los productos electrónicos está relacionada con la calidad de los PCB. Los defectos comunes en el uso de PCB son la migración iónica (CAF) y la calidad de la soldadura (Junta). El sistema de transporte de iones de cobre hace que el cobre se mueva a la pared del agujero entre dos conductores (por ejemplo, la pared del agujero) a través de la brecha entre el bulto de fibra de vidrio o el bulto de hilo y la resina. El mecanismo es que el cobre (ánodo) a alta presión se corroe primero en agua y luego se oxida a cobre cu 2 +. Los iones de cobre migran lentamente a lo largo del Canal a otro polo de baja presión. El extremo de baja tensión también se mueve al ánodo, de modo que cuando se encuentran con un canal en el camino, el cobre puede recuperarse de ambos, formando una conexión entre los dos lugares, es decir, un cortocircuito de fuga. En caso de cortocircuito, el caf se quemará en caliente con alta resistencia y se iniciará un nuevo CAF. Esto sucede cada semana y a veces ni siquiera funciona con los productos electrónicos. Aquí hay algunos casos en los que se produce CAF.

Se puede ver que CAF debe ser producido en cinco condiciones: conductor de cobre desnudo, vapor de agua, electrolito, diferencia potencial y Canal. Los cuatro primeros son inevitables en el uso de productos electrónicos. El canal se puede utilizar para controlar la formación de CAF. La formación del canal se relaciona principalmente con el material, la perforación y la contaminación en la producción de PCB. En general, cuanto más fina es la fibra de vidrio, mayor es el contenido de resina, mejor es la resistencia y menor es la probabilidad de desgarro de perforación. Por lo tanto, los PCB utilizados en PCC de alta densidad o en ambientes húmedos deben ser de fibra de vidrio fina siempre que sea posible. Diferentes materiales, diferentes números de agujeros y diferentes parámetros de perforación tienen diferentes influencias en el material de refuerzo, diferentes cualidades de la pared del agujero, diferentes daños a la pared del agujero y diferentes grados de succión del núcleo. Por lo tanto, con el fin de evitar la ocurrencia del paso, la calidad de la perforación debe ser estrictamente controlada para asegurar que la pared del agujero sea lisa y plana. El objetivo principal de la eliminación de contaminantes es eliminar la resina adsorbida en la perforación del conductor interno. Por supuesto, la resina en el aislamiento de la pared del agujero también puede ser mordida. A veces, para formar un grabado negativo, la resina en la capa aislante de la pared del agujero incluso Muerde más. En este momento, la cantidad de mordedura debe controlarse estrictamente. De lo contrario, es fácil formar un "Canal".

La siguiente figura muestra una sobremordida de resina.

Los PCB y los componentes se conectan a través de juntas soldadas. Cuando se utilizan productos electrónicos, a veces se producen anomalías debido al impacto ambiental. Esto se relaciona principalmente con el proceso de recubrimiento superficial de PCB. En la actualidad, la superficie de los PCB está recubierta con aire caliente, estaño, oro de níquel químico, protección antioxidante orgánica, plata, etc. el cu6sn5imc formado en el proceso de Nivelación de aire caliente o soldadura de estaño no cambiará durante el uso a largo plazo. La Junta de soldadura es firme y fiable. Debido a la inhomogeneidad del cableado químico ni - au, la almohadilla negra de óxido de níquel se producirá inevitablemente. Mientras tanto, ni3sn4 IMC se formó en el proceso de soldadura. Con la penetración de oro y fósforo, las juntas de soldadura se vuelven frágiles y la fiabilidad disminuye durante el uso a largo plazo. El enlace OSP forma cu6sn5 IMC sin contaminación de otros metales (por ejemplo, au, AG). Tienen buena resistencia y fiabilidad. Las juntas de soldadura de inmersión de plata forman cu6snimc, que tiene una buena resistencia, pero no es resistente al envejecimiento. Las juntas de soldadura inmersas en plata pueden formar pequeños huecos. Cu6sn5 se forma en el borde de la Junta de soldadura de inmersión, pero la capa de inmersión se absorbe gradualmente por el cobre inferior y se convierte en IMC. La apariencia cambia de blanco brillante a blanco grisáceo. La calidad de las juntas de soldadura se ve afectada gradualmente por la penetración de oro durante el recubrimiento de ni au. Aunque hay menos fósforo y menos almohadillas negras secas, la fuerza de las juntas de soldadura es mayor. Por lo tanto, la selección del recubrimiento de la superficie de PCB afecta a la calidad de las juntas de soldadura y afecta al efecto de uso de los productos electrónicos. Por lo tanto, en el diseño de productos de alta fiabilidad, el recubrimiento superficial de PCB se utiliza preferentemente para la nivelación del aire caliente o OSP.

2. Conclusión

La fiabilidad de los PCB se puede caracterizar por tres aspectos: calidad post - instalación, calidad de depuración y calidad de uso. La calidad de la instalación incluye la selección de materiales y el control del proceso. La calidad de la puesta en marcha está estrechamente relacionada con el control de precisión de los componentes básicos de PCB; La calidad del uso está relacionada con la elección del medio ambiente y el recubrimiento superficial.