Tecnologia PCBA - Il ruolo dell'umidità nel processo di produzione del PCBA

L'umidità gioca un ruolo chiave nel processo di produzione del PCBA. Troppo basso si tradurrà in cose asciutte, aumento ESD, livelli di polvere più elevati, aperture dei modelli sono più probabili di essere bloccate e usura dei modelli. È stato dimostrato che l'umidità troppo bassa influisce direttamente e riduce la capacità produttiva. Troppo alto causerà l'umidità del materiale e l'assorbimento dell'acqua, causando delaminazione, effetto popcorn e palline di saldatura. L'umidità riduce anche il valore Tg del materiale e aumenta la deformazione dinamica durante la saldatura a riflusso.

L'influenza dell'umidità nel processo di produzione del PCBA

L'umidità ha molti effetti sulla produzione di PCBA. In generale, l'umidità è invisibile (ad eccezione dell'aumento di peso), ma le conseguenze sono pori, vuoti, schizzi di saldatura, sfere di saldatura e vuoti sottoriempiti.

La portata di controllo consentita?

In quasi tutti i processi di rivestimento (spin coating, maschera e rivestimento metallico nella produzione di semiconduttori di silicio), la misura accettata è quella di controllare il punto di rugiada corrispondente alla temperatura del substrato. Tuttavia, l'industria manifatturiera dell'assemblaggio del substrato non ha mai considerato le questioni ambientali. Un tema degno di attenzione (anche se abbiamo pubblicato linee guida per il controllo ambientale e vari parametri che dovrebbero essere controllati nel team globale dei consumatori).

Mentre il processo di produzione dei dispositivi si sposta verso caratteristiche funzionali più fini, i componenti più piccoli e i substrati ad alta densità rendono i nostri requisiti di processo vicini ai requisiti ambientali delle industrie della microelettronica e dei semiconduttori.

Conosciamo già il problema del controllo delle polveri e i problemi che comporta all'attrezzatura e al processo. Ora dobbiamo sapere che alti livelli di umidità (IPC-STD-020) su componenti e substrati possono causare problemi di degradazione delle prestazioni dei materiali, processi e affidabilità.

Quando l'umidità relativa è di circa il 20% RH, c'è un monostrato di legame di idrogeno di molecole d'acqua sul substrato PCB e sul pad PCB, che è legato alla superficie (non visibile). Le molecole d'acqua non si muovono. In questo stato, anche in termini di proprietà elettriche, l'acqua è innocua e benigna. Possono verificarsi alcuni problemi di essiccazione, a seconda delle condizioni di conservazione del substrato in officina. In questo momento, l'umidità sulla superficie scambia umidità ed evapora per mantenere un monostrato costante.

L'ulteriore formazione del monostrato dipende dall'assorbimento di acqua sulla superficie del substrato. Epoxy, flux e OSP hanno tutti un elevato assorbimento d'acqua, ma le superfici metalliche no.

L'influenza dell'umidità nella produzione di PCBA Man mano che aumenta il livello di umidità relativa relativo relativo relativo al punto di rugiada, il cuscinetto metallico (rame) assorbirà più umidità e passerà anche attraverso l'OSP per formare uno strato multi-molecolare (multistrato). La chiave è che una grande quantità di acqua si accumula nel 20 ° strato e sopra del monostrato, gli elettroni possono fluire, e a causa della presenza di inquinanti, si formeranno dendriti o CAF. Quando è vicino alla temperatura del punto di rugiada (punto di rugiada / condensa), la superficie porosa come il substrato assorbe facilmente una grande quantità di acqua e quando è inferiore alla temperatura del punto di rugiada, la superficie idrofila assorbirà significativamente una grande quantità di acqua. Per il nostro processo di assemblaggio elettronico, quando l'umidità assorbita dalla superficie stretta raggiunge una quantità critica, causerà una diminuzione dell'efficienza di flusso, dello scarico durante la saldatura di sottoriempimento e riflusso e scarso rilascio della pasta di saldatura durante la stampa dello stencil, ecc.

Pasta per saldatura

L'influenza dell'umidità nella produzione di PCBA. Infatti, la pasta di saldatura ha un processo simile a materiali di rivestimento come la vernice. Il maggior flusso possibile deve essere attaccato alla superficie del substrato per rilasciare efficacemente la pasta di saldatura dalle aperture del modello. La pasta di saldatura vicino al punto di rugiada dell'ambiente circostante ridurrà la forza adesiva, con conseguente scarso rilascio della pasta di saldatura.

La temperatura dell'aria dell'unità ECU deve seguire per quanto possibile le regole di rivestimento del metallo relative al punto di rugiada, vale a dire, per il rivestimento del metallo, come oro o stagno, la temperatura del substrato non deve superare la temperatura del punto di rugiada di 4 ± 1 gradi Celsius. Per superfici porose/idrofile, come OSP, la temperatura minima che richiediamo dovrebbe essere di 5 gradi Celsius.

Impostazioni di stampa DEK

Nel laboratorio, DEK ECU ha effettivamente impostato una temperatura di 26 gradi Celsius. L'umidità relativa dell'ambiente interno è del 45% RH e la temperatura del punto di rugiada del substrato calcolata nell'ambiente interno è di 15 gradi Celsius. La temperatura del substrato più fredda registrata prima di entrare nella stampante dello schermo è di 19 gradi Celsius, ΔT (la differenza tra la temperatura del substrato e il punto di rugiada) è (19 gradi Celsius-15 gradi Celsius) di 4 gradi Celsius, che soddisfa solo le specifiche del rivestimento di sicurezza del metallo ASTM e ISO (minimo 4±1 gradi Celsius) limite basso, ma le operazioni di produzione in loco possono fallire. La specifica del rivestimento superficiale poroso richiede che la temperatura del substrato sia superiore a 5 gradi Celsius, quindi possiamo presumere che il substrato assorbirà l'umidità.

Se mettiamo un substrato freddo (19 gradi Celsius) su altre apparecchiature, come le apparecchiature Fuji, dove l'umidità dell'officina è superiore al 60% RH, avremo un ΔT di 2 gradi Celsius, che non soddisferà affatto i requisiti delle specifiche di rivestimento ASTM / ISO. Perché il substrato è troppo bagnato. Una buona impostazione per l'ottimizzazione dovrebbe essere â¥5°C sopra il punto di rugiada.

L'influenza dell'umidità nella misura dell'officina di produzione PCBA

L'umidità assorbita dalla superficie del substrato dipende dalla temperatura superficiale, dalla temperatura dell'aria ambiente e dall'umidità relativa (punto di rugiada). Quando la temperatura del substrato è vicina al punto di rugiada, a causa della formazione di uno spesso strato multi-molecolare di acqua, il pad è bagnato, che causerà l'adesione della pasta di saldatura, ecc. (Viscosità) è bassa, con conseguente scarso rilascio di pasta di saldatura nell'apertura del modello.

Di seguito è riportata la temperatura critica calcolata in base ai vari intervalli di temperatura e umidità della situazione dell'officina. Vengono registrate tre temperature del substrato di 19 gradi Celsius, 20 gradi Celsius e 21 gradi Celsius. La figura 1 mostra l'umidità sicura dell'officina e l'intervallo di temperatura per evitare l'assorbimento di umidità (l'ambiente interno dell'apparecchiatura deve essere misurato).

Maggiore è la temperatura del substrato, minori sono i requisiti per l'ambiente dell'officina.

Prova del punto di rugiada (valore dyne)

Quando l'umidità aumenta (> 50% RH), la temperatura superficiale del substrato PCB è compresa tra 4 e 5 gradi Celsius vicino alla temperatura del punto di rugiada e tutte le superfici del substrato hanno scarsa bagnatura. Abbiamo progettato un test con un livello di umidità relativa interna del 43% RH, che è fondamentalmente molto inferiore al caso peggiore (60% a 65% RH) dell'officina effettiva misurata. L'influenza dell'umidità sul processo è molto comune. Abbiamo condotto un test e messo un substrato pulito in frigorifero in officina per mezz'ora fino a quando è stato raffreddato alla temperatura del punto di rugiada richiesta dal laboratorio a bassa umidità. Quando testato con una penna dyne, il valore dyne era sceso da > 40 dyne a 37 dyne. Poiché questo è sufficiente a spiegare l'influenza dell'umidità sul processo, l'influenza sarà maggiore sotto alta umidità e temperatura ambiente, e il valore di dyne scenderà sicuramente più bruscamente.