Technologie PCB - Analyse et amélioration de la plaque d'éclatement de soudure de retour de carte PCB

Avant - propos analyse et amélioration des plaques de rupture dans le soudage par refusion des plaques PCB

À mesure que l'électronique évolue vers la multifonction, la haute densité, la miniaturisation et la stéréoscopie, le besoin de dissipation de chaleur devient 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 d'échec de l'assemblage, ainsi que la probabilité d'une défaillance précoce ultérieure de l'électronique. Faites grand. Par conséquent, la fiabilité du soudage de PCB devient de plus en plus importante. Ci - dessous, nous présentons le phénomène de défaillance de la plaque dans le soudage par refusion et ses méthodes d'amélioration pour votre référence.

1. Phénomène d'éclatement de plaque dans la soudure de reflux

1.1 Définition de la plaque de rupture: le phénomène de séparation qui se produit lors de 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. De l'analyse de tranche, l'emplacement de l'explosion de plaque se produit dans une zone enterrée dense de 1 - 2 étages; 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 tirés.

1.2 facteurs influençant l'éclatement de la plaque

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

1.hygroscopic problème ce qui suit illustre la présence d'eau dans la carte PCB, la façon dont la vapeur d'eau diffuse et la variation de la pression de vapeur d'eau avec la température, révélant 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 pour laquelle les résines époxy ont une absorption d'eau plus élevée. 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 vapeur d'eau a une pression de vapeur saturante de 2500 kPa à 224 °C; La vapeur d'eau a une pression de vapeur saturante de 4000 kPa à 250 °C; 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 causes de la délamination des PCB et de l'éclatement des plaques.

2.Effets de l'humidité pendant le stockage et la production. Le PCB multicouche HDI est un composant sensible à l'humidité et l'eau contenue dans le PCB a un impact extrêmement important sur ses performances. Par exemple: a) l'humidité dans l'environnement de stockage peut entraîner des changements importants dans les caractéristiques du PP (préimprégné); B) sans protection, le polypropylène absorbe facilement l'humidité. La Figure 1.3 montre l'hygroscopicité du polypropylène lorsqu'il est stocké dans des conditions d'humidité relative de 30%, 50% et 90%; Relation entre le temps de stockage du PP et l'absorption d'humidité cette relation est évidente et la teneur en eau de la carte PCB augmente progressivement au fil du temps dans le cas d'un placement statique.L'absorption d'eau d'un emballage sous vide est plus élevée que celle d'un emballage non sous vide, et la différence d'absorption d'eau augmente avec le 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.Le 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 feuille et une diminution de la résistance aux chocs thermiques de la feuille. Les plaques multicouches sont sujettes à des taches blanches, à des bulles et à un délaminage dans les bains d'huile chaude ou de soudure et dans le nivellement de l'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 de la tranche que l'endroit de l'éclatement de la plaque est situé entre le pressage secondaire PP et la face de contact (face brunissante) de la Feuille de cuivre. Le cuivre est une substance apolaire à l'état métallique, de sorte que de nombreux adhésifs ont très peu d'adhérence sur la Feuille de cuivre. Si la surface de la Feuille de cuivre n'a pas été traitée, elle n'aura pas une adhérence et une résistance à la chaleur suffisantes, même avec un adhésif d'excellente performance. La méthode de traitement du brunissement précoce de la surface de la Feuille de cuivre consiste à former de l'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, l'écaillage se produit autour de 200°C malgré une adhérence accrue à température ambiante. Cela est dû au fait que Cu2O n'est pas stable au chauffage et s'écaille de la Feuille de cuivre après chauffage. Dans les années 1960, des chercheurs de la société japonaise Toshiba ont découvert que le film velouté noir (Cuo), formé à la surface de la Feuille de cuivre après un traitement chimique spécial, avait des cristaux plus fins qui pouvaient adhérer 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, un nouveau procédé de brunissement a été adopté en Europe et aux États - Unis pour oxyder chimiquement les motifs conducteurs internes de nouveaux panneaux multicouches, en remplacement du procédé traditionnel de noircissement, déjà 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, On peut ainsi obtenir une surface de jonction équivalente à 6 - 7 fois celle d'une surface de cuivre lisse non traitée. Simultanément, une couche mince de film organométallique lié chimiquement à la surface du substrat en cuivre est déposée sur le substrat en cuivre et l'image SEM de la surface en cuivre du substrat devient brune. Et après l'entrée de l'adhésif dans la partie concave et convexe, augmente également l'effet d'engagement mécanique.

3. Facteurs affectant l'effet du brunissement la qualité et l'effet du brunissement dépendent de l'affinement du contrôle des paramètres du processus, tels que: (A) La sélection d'agents de formulation avancée: la rugosité de la couche de brunissement avec l'agent atotec est grande, la force de liaison de la couche de brunissement peut résister à 12 fois la température de reflux sans plomb tout en continuant à plaque. B) surveillance accrue de la composition des bains pendant la production. C) Épaisseur du film Bruni (ou oxyde de cuivre noir): la résistance de liaison du film Bruni (ou oxyde de cuivre noir) au PP, la résistance aux acides et aux alcalis, la résistance à la Corona et la résistance aux températures élevées sont liées à la structure et à l'épaisseur du film. Mais cela ne veut pas dire que plus la force adhésive est épaisse, plus elle est élevée. D) couche Brunie contaminée et erreur de procédé: dans la masse de la plaque fendue, la partie dans laquelle la plaque fendue apparaît est dénudée, la couche Brunie est trouvée contaminée, la résine est complètement séparée de la couche Brunie contaminée, le film Bruni de la partie contaminée ne se lie pas efficacement après laminage avec la feuille de PP, Et la carte PCB est cloquée dans l'assemblage SMT suivant. Après enquête, les matériaux à haute TG ont été abusés pour presser et solidifier les matériaux ordinaires, ce qui est l'une des raisons de la mauvaise adhérence 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 des plaques 1. Effet inducteur de la température sur l'éclatement des plaques. L'analyse des conditions suffisamment nécessaires au mode d'éclatement de la plaque permet de savoir qu'elles sont toutes fonction de la température. Avec l'augmentation de la température de soudage à reflux, la quantité de substances volatiles dans la plaque multicouche et sa pression de dilatation augmentent, tandis que l'adhérence entre la couche brunissante et le PP diminue avec l'augmentation de la température. De toute évidence, les conditions nécessaires suffisantes pour une plaque potentiellement explosive doivent être causées par des facteurs de température. L'optimisation de la courbe de température de soudage à reflux sur la base d'une analyse complète des caractéristiques spécifiques du produit 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) CG woychik, une société américaine d'emballage de microélectronique, a déclaré: « avec un alliage snpb normal, la température que les composants et les cartes PCB peuvent supporter pendant le soudage à reflux est de 240 degrés Celsius. Alliage, jedec spécifie une température de 260°C. Une augmentation de la température peut compromettre l'intégrité de l'ensemble d'encapsulation électronique. En particulier pour de nombreux matériaux de structure stratifiés, il est facile de provoquer une stratification intercalaire, en particulier pour les nouveaux matériaux contenant plus d'humidité. L'intérieur contient de l'humidité. Couplé à une augmentation de la température, la plupart des stratifiés couramment utilisés (cartes PCB multicouches HDI) présentent une large gamme de stratification. B) jshwang, American Electronic Assembly Welding, dans son livre Welding Materials and Processes in Electronic Assembly Manufacturing, décrit également ce qui suit: « Considérant que la température de fusion du matériau sans plomb existant est supérieure à celle du matériau eutectique snpb (183 degrés Celsius), Pour réduire dans une certaine mesure la température de soudage par retour, il est particulièrement important d'avoir une courbe de répartition appropriée de la température de soudage par retour. Il a également noté: selon les conditions de production actuelles, telles que les fabricants et l'infrastructure SMT existants, y compris les caractéristiques de température des composants et des PCB, etc. la température de pointe pour le soudage par reflux sans plomb devrait être maintenue à 235 ° c. Une analyse complète, dans le soudage par reflux sans plomb des plaques PCB multicouches HDI, lorsque la soudure Snagcu est utilisée, il est recommandé de régler la température de pointe à 235 ° C sans dépasser 245 ° c lors de l'alliage. La pratique montre que l'effet inhibiteur sur l'explosion de plaques est très évident après l'application de cette mesure.

Une mauvaise fuite de matières volatiles est un facteur qui contribue à l'échec de la carte pcb.de l'analyse de la tranche, presque toutes les positions de la plaque de dynamitage se produisent dans la partie recouverte d'une grande surface de feuille de cuivre au - dessus du trou enterré.la fabricabilité de cette conception est en effet problématique, qui se manifeste principalement par les aspects suivants: â · après chauffage de la soudure, Ne favorise pas l'émission de substances volatiles (telles que l'humidité, etc.) accumulées dans les trous enterrés et les intercalaires; âµ accentue l'hétérogénéité de la distribution 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 qui aggrave 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

Selon l'analyse et le résumé du phénomène d'explosion de tôle ci - dessus, nous pouvons étudier et analyser le processus physique de l'explosion de tôle 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 à proximité du trou enterré, créant une pression de dilatation importante qui soumet les surfaces brunies de l2 et de PP aux 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. Lorsque la pression de dilatation finale est supérieure à la force d'adsorption (f > f) entre la surface Brunie et le PP, 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 et de délaminage massif. 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 motifs 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 chauffage, ce qui augmentera la pression de vapeur d'eau dans les microfissures, 1.4 contre - mesures pour prévenir les explosions de tôles conditions nécessaires pour éliminer les explosions de tôles le problème dans le stockage du PP est de l'empêcher d'absorber l'humidité. L'humidité de l'air se condense facilement sur le polypropylène et devient de l'humidité 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 lonGer ne peut pas produire avec succès des plaques multicouches de haute qualité, il est donc déconseillé 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 dans l'entrepôt; Améliorer l'emballage des produits PCB utilisés dans le processus sans plomb, avec 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", augmentation de l'adhérence entre les couches internes du PCB; Choisir un agent de brunissement de haute qualité; Renforcer le suivi de la qualité des matières premières avec des indicateurs clés tels que la teneur en résine du matériau PP (RC), le temps de gel de résine (GT), la fluidité de la résine (RF), la teneur en matières volatiles (VC%), etc. Pour assurer l'homogénéité et l'occupation de la résine présente dans l'espace fibreux imprégné, on assure au substrat formé une faible absorption d'eau, de meilleures propriétés diélectriques, une bonne adhérence inter - couches et une stabilité dimensionnelle.

améliore la respirabilité des grandes surfaces en feuille de cuivre. Sur la base de l'analyse ci - dessus, les caractéristiques de position de l'explosion de la plaque et le mécanisme d'explosion de la plaque ont été obtenus. 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 qui ouvre la zone de la surface couverte par une grande surface de cuivre pour améliorer le phénomène d'explosion de La carte PCB. Dans des conditions garantissant un bon mouillage, réduire au maximum la température de pointe du reflux.