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Prefazione, nell'analisi della saldatura di riflusso della scheda PCB e miglioramento della piastra di scoppio
Con lo sviluppo di prodotti elettronici nella direzione di multifunzionalità, alta densità, miniaturizzazione e tridimensionalità Sempre più, la necessità di dissipazione del calore sta diventando sempre più importante. Allo stesso tempo, lo stress termico e l'deformazione causati dal diverso CTE di molti materiali fanno aumentare il rischio di guasto del montaggio e aumenterà anche la successiva probabilità di guasto precoce dei prodotti elettronici. Vieni più grande. Pertanto, l'affidabilità di saldatura PCB è diventata sempre più importante. Quanto segue introduce il fenomeno di guasto della piastra nella saldatura a riflusso e i suoi metodi di miglioramento per il vostro riferimento.
1. Fenomeno di scoppio del piatto nella saldatura di riflusso
1.1 Definizione della scheda di scoppioDefinizione: Nel processo di saldatura a riflusso (specialmente applicazioni senza piombo), il fenomeno di separazione che si verifica tra lo strato PP e la superficie marrone del foglio di rame dello strato secondario (L2) del PCB multistrato HDI durante la seconda compressione, lo definiamo come una scheda di scoppio. Dall'analisi delle fette, le posizioni delle esplosioni della tavola si sono verificate nelle aree densamente sepolte degli 1-2 strati; non sono stati riscontrati detriti o altre anomalie; Le fette mostrano che la scheda scoppia molto violentemente, e alcuni dei circuiti del secondo strato sono stati strappati a pezzi.
1.2 Fattori che influenzano la rottura della scheda
â'La fonte di formazione di materia volatile è una condizione necessaria per l'esplosione
1. problema di assorbimento dell'umiditàIl seguente mostra che l'esistenza di acqua nella scheda PCB, il modo di diffusione del vapore acqueo e il cambiamento della pressione del vapore acqueo con la temperatura, per rivelare che l'esistenza del vapore acqueo è la causa primaria dell'esplosione del PCB. L'umidità nel PCB esiste principalmente nelle molecole di resina, così come i difetti macrofisici (come vuoti, micro-crepe) all'interno della scheda PCB. Il tasso di assorbimento dell'acqua e l'assorbimento dell'acqua di equilibrio della resina epossidica sono determinati principalmente dal volume libero e dalla concentrazione dei gruppi polari. Maggiore è il volume libero, più veloce è il tasso iniziale di assorbimento dell'acqua e i gruppi polari hanno un'affinità per l'acqua, che è il motivo principale per cui le resine epossidiche hanno un maggiore assorbimento dell'acqua. Maggiore è il contenuto dei gruppi polari, maggiore è l'assorbimento dell'acqua di equilibrio. In sintesi, il tasso iniziale di assorbimento dell'acqua della resina epossidica è determinato dal volume libero, mentre l'assorbimento dell'acqua di equilibrio è determinato dal contenuto dei gruppi polari. Da un lato, la temperatura della scheda PCB aumenta durante la saldatura a riflusso senza piombo, che provoca l'acqua nel volume libero e il gruppo polare a formare legami di idrogeno, che possono ottenere energia sufficiente per diffondersi nella resina. L'acqua si diffonde verso l'esterno e si raccoglie nei vuoti o nei microcircuiti, e la frazione molare di volume dell'acqua nei vuoti aumenta.
D'altra parte, man mano che la temperatura di saldatura aumenta, aumenta anche la pressione del vapore saturo dell'acqua. La pressione satura del vapore acqueo a 224°C è 2500kPa; la pressione satura del vapore acqueo a 250°C è 4000kPa; e quando la temperatura di saldatura sale a 260°C, la pressione satura del vapore acqueo raggiunge addirittura 5000kPa. Quando la forza di legame tra gli strati del materiale è inferiore alla pressione del vapore saturo generata dal vapore acqueo, il materiale scoppia. Pertanto, l'assorbimento di umidità prima della saldatura è uno dei motivi principali per la delaminazione del PCB e la rottura della scheda.
2. L'influenza dell'umidità durante lo stoccaggio e la produzione. Il PCB multistrato HDI è un componente sensibile all'umidità e la presenza di acqua nel PCB ha un effetto estremamente importante sulle sue prestazioni. Ad esempio:a) L'umidità nell'ambiente di stoccaggio causerà cambiamenti significativi nelle caratteristiche del PP (prepreg); (b) Senza protezione, PP è molto facile da assorbire l'umidità. La figura 1.3 mostra l'assorbimento di umidità di PP quando immagazzinato nelle condizioni di 30%, 50% e 90% di umidità relativa; Il rapporto tra il tempo di conservazione e il tasso di assorbimento dell'umidità di PP La relazione è evidente, con il passare del tempo sotto posizionamento statico, il contenuto di umidità della scheda PCB aumenterà gradualmente. Il tasso di assorbimento dell'acqua dell'imballaggio sottovuoto è superiore al tasso di assorbimento dell'acqua di nessun imballaggio sottovuoto e la differenza nel tasso di assorbimento dell'acqua con l'aumento del tempo di conservazione temporaneo. (c) L'umidità penetra principalmente l'interfaccia tra le varie sostanze del sistema resina e vi è un impatto dell'acqua sull'interfaccia.
3. danno di assorbimento di umidità (a) Aumentare il contenuto volatile di PP. (b) La presenza di umidità nella resina PP indebolisce il reticolo tra le molecole di resina, con conseguente diminuzione della forza di legame tra gli strati del bordo e la resistenza agli shock termici del bordo è indebolita. I pannelli multistrato sono inclini a macchie bianche, bolle e separazione degli strati in bagni di olio caldo o saldatura e livellamento dell'aria calda.â "µ La scarsa adesione tra PP e foglio di rame è una condizione sufficiente per la rottura della piastra 1. Dall'analisi della fetta si può vedere che la posizione dello scoppio della piastra è tra la pressione secondaria pp e la superficie di contatto (superficie di brunitura) della lamina di rame. Il rame è una sostanza non polare allo stato metallico, quindi molti adesivi hanno pochissima adesione alla lamina di rame. Se la superficie del foglio di rame non viene trattata, anche se viene utilizzato l'adesivo con eccellenti prestazioni, non avrà sufficiente adesione e resistenza al calore. Il metodo di trattamento precoce di brunitura sulla superficie del foglio di rame era quello di formare ossido di rame marrone-rossastro (Cu2O) sulla superficie del foglio di rame attraverso il trattamento chimico. Quando è legato a un bordo di substrato laminato resina, anche se l'adesione è aumentata a temperatura ambiente, il peeling avviene vicino a 200°C. Ciò è dovuto al fatto che Cu2O non è stabile al calore e si stacca dal foglio di rame dopo il riscaldamento. Negli anni '60, i ricercatori della Toshiba Corporation in Giappone scoprirono che dopo il trattamento con una speciale soluzione chimica, il film nero simile al velluto (CuO) formato sulla superficie del foglio di rame ha cristalli più fini e può aderire saldamente alla superficie del foglio di rame. Anche la stabilità è molto buona, questo è il processo di annerimento comunemente utilizzato in seguito. A metà degli anni '90, Europa e Stati Uniti hanno utilizzato un nuovo tipo di processo di brunitura in cui il modello conduttivo interno di una nuova scheda multistrato è stato ossidato chimicamente per sostituire il tradizionale processo di annerimento, che è stato ampiamente utilizzato nel settore.
2. meccanismo di adesione che migliora la brunituraIl nuovo processo di brunitura, il suo meccanismo di reazione chimica è: 2Cu + H2SO4 + H2O2 + nR1 + nR2 - CuSO4 + 2H2O + Cu (R1 + R2) Nel serbatoio di brunitura, a causa dell'effetto micro-incisione di H2O2, la superficie del rame substrato è formata con microstrutture irregolari, quindi l'area di incollaggio equivalente a 6-7 volte la superficie liscia del rame non trattata può essere ottenuta. Allo stesso tempo, un sottile strato di film metallico organico che è chimicamente legato alla superficie del substrato di rame viene depositato sul substrato di rame e l'immagine SEM della superficie di rame del substrato è brunita. E dopo che l'adesivo entra nella parte concavo-convessa, aumenta anche l'effetto di coinvolgimento meccanico.
3. fattori che influenzano l'effetto di doratura La qualità e l'effetto della doratura dipendono dal perfezionamento del controllo dei parametri di processo, come:(a) Scegliere una pozione con formula avanzata: Lo strato di doratura con pozione Atotech ha una grande rugosità e la forza di legame dello strato di doratura può resistere a 12 volte della temperatura di riflusso senza piombo senza rompere la scheda. b) Rafforzare il monitoraggio della composizione del liquido da bagno durante il processo di produzione. (c) spessore del film Browning (o ossido di rame nero): film Browning (o ossido di rame nero) e forza di legame PP, resistenza agli acidi e agli alcali, resistenza alla corona e resistenza alle alte temperature sono correlati alla struttura e allo spessore del film. Ma non è che più spessa è la forza del legame, maggiore è. (d) Strato di brunitura contaminato e errore di processo: nella qualità di una piastra incrinata, rimuovere la parte in cui si è verificata la piastra incrinata e si è scoperto che lo strato di brunitura era contaminato e la resina era completamente separata dallo strato di brunitura contaminato. Lo strato di doratura della parte contaminata e del foglio pp non sono riusciti a legare efficacemente dopo la laminazione e la scheda PCB è stata blisterizzata nel successivo assemblaggio SMT. Dopo l'indagine, il materiale ad alto Tg è stato abusato per premere e solidificare il materiale comune, che è anche uno dei motivi per la scarsa adesione tra il foglio di rame esterno e il foglio pp.
La selezione inadeguata della temperatura di riflusso è il fattore predisponente per la rottura della piastra 1. L'effetto induttivo della temperatura sullo scoppio del piatto. Attraverso l'analisi delle condizioni sufficienti e necessarie per il modello di rottura della piastra, si può sapere che sono tutte funzioni di temperatura. La quantità di materia volatile nella scheda multistrato e la sua pressione di espansione aumentano con l'aumento della temperatura di saldatura di riflusso, mentre l'adesione tra lo strato di doratura e il PP diminuisce con l'aumento della temperatura. Ovviamente, le condizioni sufficienti e necessarie per la scheda esplosiva latente devono essere indotte dal fattore di temperatura. L'ottimizzazione della curva della temperatura di saldatura a riflusso basata sull'analisi completa delle caratteristiche specifiche del prodotto è efficace nel sopprimere
il verificarsi di rottura della piastra.2. Come ottimizzare la temperatura di saldatura a riflusso in base alle caratteristiche del prodotto (a) US Microelectronics Packaging CG Woychik ha sottolineato: "Utilizzando la normale lega SnPb, la temperatura che i componenti e le schede PCB possono sopportare durante la saldatura a riflusso è di 240 gradi Celsius. Quando si utilizza la lega SnAgCu (senza piombo), JEDEC stabilisce che la temperatura è di 260Â ° C. L'aumento della temperatura può mettere in pericolo l'integrità del gruppo di imballaggio elettronico. Soprattutto per molti materiali strutturali laminati, è facile causare delaminazione tra gli strati, specialmente quei nuovi materiali che contengono più umidità. L'interno contiene umidità. In combinazione con l'aumento della temperatura, la maggior parte dei laminati comunemente utilizzati (HDI multi-strato PCB) avranno una vasta gamma di delaminazione."(b) La saldatura elettronica americana ha anche una descrizione in questo libro di saldatura "Saldatura elettronica" e "Saldatura elettronica". "Considerando che la temperatura del punto di fusione dei materiali esistenti privi di piombo è superiore a quella dei materiali eutettici SnPb Temperatura del punto di fusione (183 gradi Celsius), al fine di ridurre la temperatura di saldatura a riflessione in un certo grado, è particolarmente importante una curva di distribuzione della temperatura di saldatura a riflessione adatta. Ha anche sottolineato: Secondo le attuali condizioni di produzione, come i produttori e le fondazioni SMT esistenti Le strutture includono le caratteristiche della temperatura dei componenti e PCB, ecc. La temperatura di picco della saldatura a riflusso senza piombo deve essere mantenuta a 235 ° C. Dopo un'analisi completa, nella saldatura a riflusso senza piombo delle schede PCB multistrato HDI, quando viene utilizzata la saldatura SnAgCu Quando si lega, si raccomanda di impostare la temperatura di picco a 235 ° C, non superiore a 245 ° C. La pratica dimostra che dopo aver preso questa misura, l'effetto di soppressione sulla rottura della piastra è molto evidente.
â 'Scarsa fuga di materia volatile è un fattore che contribuisce al fallimento della scheda PCB Dall'analisi delle fette, quasi tutte le posizioni della piastra di sabbiatura si sono verificate sulla parte coperta da una grande area di foglio di rame sopra il foro sepolto. La realizzabilità di questo progetto è infatti problematica, principalmente nei seguenti aspetti:â"Dopo il riscaldamento della saldatura, è sfavorevole per l'emissione della materia volatile (come umidità, ecc.) accumulata nel foro interrato e nell'intercalare; â' µ Intensificato l'irregolarità della distribuzione della temperatura superficiale durante la saldatura a riflusso; â ¶ Non favorisce l'eliminazione dello stress termico nel processo di saldatura ed è facile formare concentrazione di stress, che intensifica la separazione tra gli strati interni del PCB multistrato HDI. Ovviamente, la progettazione grafica irragionevole dei prodotti per schede multistrato HDI ha contribuito al verificarsi di esplosioni di schede nel processo di produzione senza piombo.1.3
Secondo l'analisi e la sintesi di cui sopra del fenomeno di esplosione della piastra, possiamo studiare e analizzare il processo fisico di esplosione della piastra secondo il seguente modello fisico.1. Quando la temperatura dell'ambiente di lavoro non è troppo alta, il legame tra le schede multistrato L1-L2 è buono.2. Man mano che il processo di riscaldamento progredisce, la materia volatile (compresa l'umidità) nel foro sepolto e nello strato interno viene scaricata continuamente.3. Il gas volatile esaurito si accumula tra il foro sepolto e il PP (foglio di incollaggio).4. Man mano che la temperatura continua ad aumentare, sempre più gas si accumula vicino all'orifizio sepolto, formando una grande pressione di espansione, che fa sì che la superficie di brunitura di L2 e PP riceva una forza di espansione che li separa.5. Quando la pressione di espansione finale è inferiore alla forza di adsorbimento tra la superficie di doratura e il PP (f
â'µ Condizioni sufficienti per sopprimere il verificarsi di esplosione della scheda: ottimizzare la qualità del processo di "browning" e aumentare l'adesione tra gli strati interni del PCB; selezione di pozioni dorate di alta qualità; rafforzare il monitoraggio della qualità delle materie prime, quali il contenuto di resina dei materiali PP (RC%), il tempo di gel di resina (GT), la fluidità della resina (RF%), il contenuto volatile (VC%) e altri indicatori chiave. Per garantire l'uniformità e il tasso di occupazione della resina esistente nello spazio della fibra impregnata, per garantire che il materiale del substrato formato abbia basso assorbimento d'acqua, migliori proprietà dielettriche, buona adesione dello strato intermedio e stabilità dimensionale.
â ¶ Migliorare la permeabilità all'aria della grande superficie di lamina di rame. Secondo l'analisi di cui sopra delle caratteristiche di posizione dell'esplosione della piastra e del meccanismo dell'esplosione della piastra. Ovviamente, quando la superficie PCB ha una grande area di progettazione dello strato di lamina di rame, causerà che il vapore acqueo interno non sia in grado di rilasciare, quindi è necessario aprire una finestra all'area coperta dalla grande superficie di rame sulla superficie per migliorare il fenomeno dell'esplosione della scheda PCB. Nella condizione di garantire una buona bagnatura, ridurre il più possibile la temperatura di picco di riflusso.
