PCB Tecnico - L'influenza dell'umidità durante la lavorazione del PCBA

L'umidità gioca spesso un ruolo chiave nel processo di produzione del PCBA. Questo articolo introduce principalmente l'effetto della temperatura sull'elaborazione del PCBA. Troppo basso causerà l'asciugatura delle cose, l'ESD aumenterà, i livelli di polvere saranno più alti e le aperture dei modelli saranno più probabili di essere bloccate e l'usura dei modelli. Aumento, è stato dimostrato che l'umidità è troppo bassa per influenzare direttamente e ridurre 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.

Introduzione all'umidità superficiale

Strato assorbente dell'umidità su metallo, ecc.

Quasi tutte le superfici solide (come metalli, vetro, ceramica, silicio, ecc.) hanno uno strato assorbente dell'umidità (monostrato o strato multi-molecolare), quando la temperatura superficiale è uguale alla temperatura del punto di rugiada dell'aria circostante (a seconda della temperatura, umidità e pressione dell'aria), Questo strato assorbente dell'acqua umida diventa lo strato visibile. La forza di attrito del metallo al metallo aumenta con la diminuzione dell'umidità. Ad un'umidità relativa del 20% RH e inferiore, la forza di attrito è 1,5 volte superiore a quella ad un'umidità relativa dell'80% RH. Le superfici porose o assorbenti dell'umidità (resine epossidiche, plastiche, flusso, ecc.) su materie plastiche organiche, come gli strati assorbenti dell'umidità, tendono ad assorbire questi strati. Anche quando la temperatura superficiale è inferiore al punto di rugiada (condensa), sulla superficie del materiale non sono visibili superfici contenenti umidità. Strato assorbente. È l'acqua nello strato monomolecolare che assorbe acqua su queste superfici che penetra nel dispositivo incapsulato di plastica (MSD). Quando lo strato monomolecolare assorbente dell'acqua è vicino a 20 strati di spessore, l'umidità assorbita da questi strati monomolecolari assorbenti dell'acqua porterà infine al fallimento durante la saldatura a riflusso.

Effetto popcorn. Secondo IPC-STD-020, l'esposizione dei dispositivi confezionati in plastica in un ambiente umido dovrebbe essere controllata. L'umidità influisce durante il processo di fabbricazione. L'umidità ha una varietà di effetti sulla produzione. In generale, l'umidità è invisibile (tranne per l'aumento di peso), ma porta Le conseguenze sono pori, vuoti, spruzzi di saldatura, sfere di saldatura e vuoti di sottoriempimento, ecc Per qualsiasi processo, la peggiore condizione di umidità è condensa di umidità. È necessario garantire che l'umidità sulla superficie del substrato sia controllata entro l'intervallo ammissibile senza influire negativamente sul materiale o sul processo.

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. Abbiamo spinto alcuni produttori di attrezzature a controllare l'ambiente nelle loro attrezzature e i materiali preparati dai fornitori di materiali possono essere utilizzati in ambienti più duri. Finora abbiamo scoperto che l'umidità può causare problemi con pasta di saldatura, stencil, materiali sottoriempitivi, ecc.

Generalmente, i rivestimenti come la pasta di saldatura sono formati sospendendo solidi in solventi, acqua o miscele di solventi. La funzione principale di questi liquidi applicati ai substrati metallici è quella di fornire adesione e legame alla superficie metallica. Tuttavia, se la superficie metallica è vicina al punto di rugiada ambientale, l'acqua può essere parzialmente condensata e l'umidità intrappolata sotto la pasta di saldatura causerà problemi di adesione (bolle sotto il rivestimento, ecc.). Nell'industria del rivestimento metallico, il misuratore del punto di rugiada può essere utilizzato per garantire l'adesione del rivestimento al substrato metallico. Fondamentalmente, questo strumento misura accuratamente il livello di umidità sul substrato metallico o intorno a esso e calcola il punto di rugiada, confronta questo risultato con la temperatura superficiale del substrato del componente misurato e quindi calcola il â 㔭 T tra la temperatura del substrato e il punto di rugiada, se â 㔭 T Se la temperatura è inferiore a 3～5 gradi Celsius, le parti non possono essere rivestite, e vuoti saranno causati a causa di scarsa adesione.

Il rapporto tra assorbimento di umidità e umidità relativa RH e punto di rugiada Quando l'umidità relativa è di circa il 20% RH, c'è un monostrato di legami idrogeno di molecole d'acqua sul substrato e sul pad, 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.

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 ° C, 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.

Misurazione dell'officina

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 della pasta di saldatura nell'apertura del modello.

Prova del punto di rugiada (valore dyne)

Quando l'umidità aumenta (> 50% RH), la temperatura superficiale del substrato PCBA 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.