Technologie PCB - Analyse et amélioration des causes de la plaque de déflagration soudée par retour de carte PCB

Avant - propos: analyse et amélioration des plaques d'éclatement dans le soudage par refusion des plaques PCB

Comme l'électronique évolue de plus en plus vers la polyvalence, la haute densité, la miniaturisation, la tridimensionnalisation, le besoin de dissipation de chaleur devient également de plus en plus important. Dans le même temps, les contraintes thermiques et les déformations causées par les différents Cte de nombreux matériaux augmentent le risque de défaillance de l'assemblage, tout comme la probabilité d'une défaillance précoce ultérieure de l'électronique. Viens un peu plus grand. Par conséquent, la fiabilité du soudage de PCB devient de plus en plus importante. Ce qui suit présente le phénomène de défaillance de la tôle en soudage par refusion et ses méthodes d'amélioration pour votre référence.

1. Phénomène d'éclatement de tôle dans le soudage à reflux

1.1 Définition de la plaque de rupture: le phénomène de séparation qui se produit pendant la compression secondaire de la couche PP et de la couche secondaire (L2) de la surface brune de la Feuille de cuivre de la carte PCB multicouche HDI lors du soudage à reflux (en particulier pour les applications sans plomb), que nous définissons comme une plaque de rupture. D'après l'analyse des tranches, l'emplacement de l'explosion des plaques s'est produit dans une zone d'enfouissement dense des couches 1 - 2; Aucun fragment ou autre anomalie n'a été trouvé; Les tranches montrent que la carte éclate très violemment et que certains circuits de la deuxième couche sont déchirés.

1.2 facteurs influençant l'éclatement de la carte

Les sources de formation de matières volatiles sont nécessaires à l'explosion

La description suivante de la présence d'eau dans la carte PCB, le mode de diffusion de la vapeur d'eau et le changement de pression de vapeur d'eau avec la température révèlent que la présence de vapeur d'eau est la principale cause d'explosion de PCB. L'humidité dans les PCB se trouve principalement dans les molécules de résine, ainsi que dans les défauts macrophysiques (tels que les vides, les microfissures) à l'intérieur de la carte PCB. L'absorption d'eau et l'absorption d'eau équilibrée d'une résine époxy sont principalement déterminées par le volume libre et la concentration en groupes polaires. Plus le volume libre est grand, plus l'absorption d'eau initiale est rapide et les groupes polaires ont une affinité pour l'eau, ce qui est la principale raison de l'absorption d'eau plus élevée des résines époxy. Plus la teneur en groupes polaires est élevée, plus l'absorption d'eau à l'équilibre est importante. En résumé, l'absorption d'eau initiale d'une résine époxy est déterminée par le volume libre, tandis que l'absorption d'eau d'équilibre est déterminée par la teneur en groupes polaires. D'une part, lors du soudage par reflux sans plomb, la température de la plaque PCB augmente, ce qui entraîne la formation de liaisons hydrogène par l'eau et les groupes polaires dans le volume libre, ce qui permet d'obtenir suffisamment d'énergie pour diffuser dans la résine. L'eau diffuse vers l'extérieur et s'accumule dans les vides ou les microfissures, et la Fraction volumique molaire d'eau dans les vides augmente.

D'autre part, à mesure que la température de soudage augmente, la pression de vapeur saturante de l'eau augmente également. La pression de vapeur saturante de la vapeur d'eau à 224 °C est de 2500 kPa; La pression de vapeur saturante de la vapeur d'eau à 250 °C est de 4000 kPa; Lorsque la température de soudage atteint 260°C, la pression de vapeur saturante de vapeur d'eau atteint même 5000 kPa. Le matériau éclate lorsque la force de liaison entre les couches de matériau est inférieure à la pression de vapeur saturante produite par la vapeur d'eau. Par conséquent, l'absorption d'humidité avant le soudage est l'une des principales raisons de la stratification des PCB et de l'éclatement des plaques.

2. Effets de l'humidité pendant le stockage et la production. HDI multicouche PCB est un élément sensible à l'humidité et la présence d'humidité dans le PCB a un impact extrêmement important sur ses performances. Par exemple: a) l'humidité dans l'environnement de stockage provoque des changements importants dans les caractéristiques du PP (préimprégné); B) sans protection, le PP absorbe facilement l'humidité. La Figure 1.3 montre l'hygroscopicité du PP lorsqu'il est stocké dans des conditions d'humidité relative de 30%, 50% et 90%; La relation entre le temps de stockage du PP et le taux d'absorption d'humidité est évidente et la teneur en eau de la carte PCB augmente progressivement au fil du temps en position statique. L'absorption d'eau d'un emballage sous vide est supérieure à l'absorption d'humidité d'un emballage sans vide et l'absorption d'eau varie avec l'augmentation du temps de transit. C) l'humidité pénètre principalement à l'interface entre les différentes substances du système de résine, où elle a l'influence de l'eau.

3. Danger de l'hygroscopie (A) augmente le contenu volatil du pp. (b) La présence d'humidité dans la résine PP affaiblit la réticulation entre les molécules de résine, ce qui entraîne une diminution de la force de liaison entre les couches de la plaque et une diminution de la résistance aux chocs thermiques de la plaque. Les plaques multicouches sont sujettes à des taches blanches, à des bulles et à la séparation des couches dans l'huile chaude ou dans le bain de soudure et le flux d'air chaud. La différence d'adhérence entre le polypropylène et la Feuille de cuivre est une condition suffisante pour l'éclatement des plaques 1. Description du phénomène il ressort de l'analyse des tranches que l'endroit de l'éclatement de la tôle se situe entre le pressage secondaire PP et la face de contact (face brunissante) de la Feuille de cuivre. Le cuivre est une substance non polaire à l'état métallique, de nombreux adhésifs ont donc peu d'adhérence à la Feuille de cuivre. Si la surface de la Feuille de cuivre n'est pas traitée, il n'y aura pas suffisamment d'adhérence et de résistance à la chaleur, même avec des adhésifs aux performances supérieures. La méthode de brunissement précoce de la surface de la Feuille de cuivre est la formation d'oxyde cuivreux brun rougeâtre (Cu2O) à la surface de la Feuille de cuivre par un traitement chimique. Lorsqu'il est collé sur un substrat stratifié en résine, le pelage se produit aux environs de 200°C malgré une force d'adhésion accrue à température ambiante. Cela est dû au fait que Cu2O n'est pas stable au chauffage et se décolle de la Feuille de cuivre après le chauffage. Dans les années 1960, des chercheurs de la société japonaise Toshiba ont découvert qu'après un traitement chimique spécial, le film velouté noir (Cuo) formé à la surface de la Feuille de cuivre avait des cristaux plus fins qui pouvaient se fixer fermement à la surface de la Feuille de cuivre. La stabilité est également bonne, c'est le processus de noircissement couramment utilisé plus tard. Au milieu des années 1990, l'Europe et les États - Unis ont adopté un nouveau procédé de brunissement dans lequel les motifs conducteurs internes de nouveaux panneaux multicouches ont été oxydés chimiquement pour remplacer le procédé traditionnel de noircissement, qui a été largement utilisé dans l'industrie.

Le nouveau processus de brunissement, dont le mécanisme de réaction chimique est: 2cu + H2SO4 + H2O2 + nr1 + nr2 - CuSO4 + 2H2O + Cu (R1 + R2) dans le bain de brunissement, en raison de l'action de micro - gravure de H2O2, la surface de cuivre du substrat forme une Microstructure inégale, de sorte que vous pouvez obtenir une surface de liaison équivalente à 6 - 7 fois la surface de cuivre lisse non traitée. Simultanément, une couche mince d'organométallique liée chimiquement à la surface du substrat de cuivre est déposée sur le substrat de cuivre, et l'image SEM de la surface de cuivre du substrat est Brunie. Après l'entrée de l'adhésif dans la partie concave et convexe, l'effet d'engagement mécanique est également augmenté.

3. Facteurs influençant l'effet du brunissement la qualité et l'effet du brunissement dépendent de l'affinement du contrôle des paramètres du processus, tels que: (A) Le choix d'un agent de formulation avancée: la couche de brunissement utilisant l'agent d'Ammeter a une grande rugosité, la force de liaison de la couche de brunissement peut résister à 12 fois la température de reflux sans plomb sans endommager la carte. B) surveillance accrue de la composition des bains pendant la production. (c) Épaisseur du film de Browning (ou oxyde de cuivre noir): la force de liaison du film de Browning au PP, la résistance aux acides et aux alcalis, la résistance à la Corona et la résistance aux températures élevées sont toutes liées à la structure et à l'épaisseur du film. Mais cela ne veut pas dire que plus la force adhésive est épaisse, plus la force adhésive est élevée. D) brunissement de la couche contaminée et erreurs de procédé: dans la masse de la plaque fissurée, la partie où la plaque fissurée s'est produite a été dénudée et on a constaté que la couche de brunissement était contaminée et que la résine était complètement séparée du film de brunissement contaminé. La couche brunissante et les plaques PP de la partie contaminée n'ont pas été collées efficacement après le laminage et les plaques PCB ont été cloquées lors de l'assemblage SMT ultérieur. Après enquête, le matériau à haute TG est utilisé par erreur pour presser et solidifier le matériau commun, ce qui est également l'une des raisons de la mauvaise liaison entre la Feuille de cuivre externe et la Feuille de pp.

Un mauvais choix de la température de reflux est un facteur prédisposant à l'éclatement de la tôle 1. Effet inducteur de la température sur l'éclatement des plaques. L'analyse des conditions suffisamment nécessaires pour le mode d'explosion des plaques permet de savoir qu'elles sont toutes fonction de la température. Avec l'augmentation de la température de soudage à reflux, la teneur en matières volatiles et leur pression de dilatation dans les plaques multicouches augmentent, tandis que l'adhérence entre la couche Brunie et le PP diminue avec l'augmentation de la température. De toute évidence, les conditions nécessaires suffisantes pour les plaques explosives latentes doivent être causées par des facteurs de température. Sur la base d'une analyse complète des caractéristiques spécifiques du produit, l'optimisation de la courbe de température de soudage à reflux peut être efficacement supprimée

L'apparition de l'éclatement des plaques. Comment optimiser la température de soudage à reflux en fonction des caractéristiques du produit (A) American Microelectronic Packaging CG woychik a déclaré: « avec l'alliage snpb commun, la température que les composants et les cartes PCB peuvent supporter pendant le soudage à reflux est de 240 ° c. avec l'alliage Snagcu (sans plomb), jedec spécifie une température de 260 ° c. l'augmentation de la température peut compromettre l'intégrité des composants de l'emballage électronique. En particulier pour de nombreux matériaux de construction stratifiés, il est facile de provoquer une stratification intercalaire, en particulier pour les nouveaux matériaux avec une teneur en humidité plus élevée. L'intérieur contient de l'humidité. Combiné avec L'augmentation de la température, la plupart des panneaux stratifiés couramment utilisés (cartes PCB multicouches HDI) se produisent avec une large gamme de stratification.B) American Electronic Assembly Welding JS. Huang est également décrit dans le livre Welding Materials and Processes in Electronic Assembly Manufacturing. : « Étant donné que la température de fusion du matériau sans plomb existant est supérieure à la température de fusion du matériau eutectique snpb (183 degrés Celsius), une courbe de répartition appropriée de la température de soudage par refusion est particulièrement importante afin de réduire la température de soudage par refusion dans une certaine mesure. Il a également noté: selon les conditions de production actuelles, telles que les fabricants et les infrastructures SMT existants, y compris les caractéristiques de température des composants et des PCB, etc. La température de pointe pour le soudage au reflux sans plomb doit être maintenue à 235 °C. Analyse complète, dans le soudage par reflux sans plomb de plaques PCB multicouches HDI, lorsque l'alliage est effectué avec une soudure Snagcu, il est recommandé de fixer la température de pointe à 235 ° C sans dépasser 245 ° c. La pratique montre que l'effet inhibiteur de l'éclatement de la tôle est très prononcé après l'application de cette mesure.

Une mauvaise fuite des substances volatiles est un facteur qui contribue à l'échec de la carte pcb.de l'analyse en tranches, presque toutes les positions de la plaque de rupture se produisent dans la partie recouverte d'une grande surface de feuille de cuivre au - dessus du trou enterré. La fabricabilité d'une telle conception pose en effet des problèmes, qui se manifestent principalement par les aspects suivants: « après chauffage par soudage, il n'est pas favorable à l'émission de matières volatiles (telles que l'humidité, etc.) accumulées dans les trous enterrés et dans l'intercalaire; Accentue l'hétérogénéité de la répartition de la température de surface lors du soudage par reflux; Ne favorise pas l'élimination des contraintes thermiques lors du soudage, il est facile de former une concentration de contraintes et d'intensifier la séparation entre les couches internes de PCB multicouches HDI. De toute évidence, la conception graphique irrationnelle des produits de plaques multicouches HDI a conduit à l'apparition de l'éclatement des plaques lors de la fabrication sans plomb. 1.3 mécanisme de l'éclatement des plaques

Sur la base de l'analyse et du résumé du phénomène d'explosion des plaques ci - dessus, nous pouvons étudier et analyser le processus physique de l'explosion des plaques selon le Modèle physique suivant. La liaison entre les plaques multicouches L1 - L2 est bonne lorsque la température ambiante de fonctionnement n'est pas trop élevée. Au fur et à mesure que le processus de chauffage progresse, les substances volatiles (y compris l'humidité) dans les trous enterrés et les couches internes sont constamment évacuées. Les gaz volatils évacués s'accumulent entre le trou enterré et le PP (feuille adhésive). Au fur et à mesure que la température continue d'augmenter, de plus en plus de gaz s'accumulent près des trous enterrés, créant une pression de dilatation importante qui soumet les surfaces brunies de l2 et de PP à des forces de dilatation qui les séparent. Lorsque la pression de dilatation finale est inférieure à la force d'adsorption (f < f) entre la surface Brunie et le PP, il ne reste qu'une petite bulle dans la couche interne du trou enterré, c'est - à - dire qu'un point se forme, et le phénomène d'explosion de plaque se produit. Lorsque la pression de dilatation finale est supérieure à la force d'adsorption entre la surface Brunie et le PP (f > f), il se produit une séparation selon L2 entre la surface Brunie et le polypropylène, comme le montre la figure 1.14. Ce phénomène apparent de cloquage massif et de délaminage. Lorsque le PCB est chauffé, une partie du volume libre d'eau peut être perdue à travers le substrat microporeux de PCB, réduisant ainsi la Fraction volumique molaire d'eau qui peut s'accumuler dans les vides ou les microfissures, ce qui favorise la défaillance du PCB. Amélioration. Cependant, si la surface du PCB est recouverte d'une grande surface de motif de feuille de cuivre, lorsque le PCB est chauffé, la grande surface de feuille de cuivre au - dessus du trou enterré bloque la vapeur d'eau qui s'échappe après le chauffage, ce qui augmente la pression de vapeur d'eau dans les microfissures, ce qui augmente considérablement les chances de rupture de la carte. L'humidité de l'air se condense facilement sur le PP et devient de l'eau adsorbée. Afin de maintenir les propriétés originales du PP intactes, les conditions de stockage les plus appropriées sont: température (10 - 20) degrés Celsius, humidité < 50% HR (stockage sous vide). On rapporte que les feuilles adhésives ont été conservées à 5 °C pendant un mois ou lonhttps://www.ipcb.com/pcb-board.html Ger ne peut pas produire avec succès des plaques multicouches de haute qualité, il n'est donc pas recommandé de les réfrigérer. Strictement contrôler les conditions de stockage de l'entrepôt des produits de carte PCB, en particulier les jours de pluie, augmenter la puissance du déshumidificateur pour contrôler l'humidité de l'entrepôt; Améliorer l'emballage des produits PCB utilisés dans le processus sans plomb et utiliser un film sous vide + film d'aluminium pour assurer le temps de stockage et la sécheresse; Recherchez de nouveaux matériaux avec une bonne résistance à la chaleur et une faible absorption de l'humidité.

Conditions adéquates pour inhiber l'explosion de la carte: optimisation de la qualité du processus de "brunissement", amélioration de l'adhérence entre les couches internes du PCB; Choisir un agent de brunissement de qualité; Renforcer le suivi de la qualité des matières premières avec des indicateurs clés tels que la teneur en résine (RC), le temps de gel de la résine (GT), la fluidité de la résine (RF), la composition volatile (VC%) des matériaux pp. Assurer l'homogénéité et l'occupation de la résine présente dans l'espace fibreux imprégné, en assurant au substrat formé une faible absorption d'eau, de meilleures propriétés diélectriques, une bonne adhérence intercalaire et une stabilité dimensionnelle.

Améliore la respirabilité des grandes surfaces en feuille de cuivre. Selon l'analyse ci - dessus des caractéristiques de position d'explosion des plaques et du mécanisme d'explosion des plaques. De toute évidence, lorsque la surface du PCB est conçue avec une grande surface de couche de cuivre, il en résulte que la vapeur d'eau interne ne peut pas être libérée, il est donc nécessaire d'ouvrir une fenêtre sur la surface pour améliorer le phénomène d'explosion de la carte PCB. Dans des conditions garantissant une bonne mouillabilité, réduire au maximum la température de pointe du reflux.