Технология PCB - анализ причин и улучшение взрывозащищенной плиты

С развитием электронных изделий в направлении многофункциональности, высокой плотности, миниатюризации, трехмерного роста потребность в отводе тепла становится все более актуальной. В то же время тепловое напряжение и деформация, вызванные разным коэффициентом теплового расширения многих материалов, увеличивают риск выхода из строя при сборке, и вероятность отказа от электронной продукции также стареет. немного больше. поэтому надежность пайки печатных плат становится все более важной. 

1. Явление разрыва пластины при сварке оплавлением

1.1Определение разрывной доски
Определение: В процессе пайки оплавлением (особенно бессвинцовых) явление разделения, которое происходит между слоем полипропилена и вторичным слоем (L2) медной фольги, коричневая поверхность многослойного печатного плат HDI во время второй сжатие, Определим его как разрывную доску. анализ среза, места разрывов досок происходили в плотно засыпанных участках 1-2 слоев; мусора или других аномалий обнаружено не было; срезы показали, что плата лопается очень сильно, несколько второстепенных схем разобраны.

1.2Проблема влагопоглощения
Следующее показывает, что наличие воды в печатных платах, диффузионный режим пара и изменение давления пара с температурой, показывает, что наличие водяного пара является основной причиной взрыва печатных плат.
влага в печатных платах в основном присутствует в молекулах смолы, а также в макрофизических дефектах (таких как пустоты, микротрещины) внутри печатных плат. Скорость водопоглощения и равновесное водопоглощение эпоксидной смолы в основном определяются свободный объем и концентрация полярных групп. свободный объем, тем выше начальная скорость водопоглощения, полярная база имеет срдство к воде, что является основной причиной того, что эпоксидные смолы имеют более высокое водопоглощение.
поглощение. Чем больше содержание полярных групп, тем больше будет равновесное водопоглощение. Таким образом, начальная скорость поглощения эпоксидной смолы зависит от свободного объема, при этом определяется равновесное водопоглощение.

по содержанию полярных групп. с одной стороны температура платы печатных плат повышается при бессвинцовой пайке оплавлением, водородные связи для образования свободной объемной воды и радикалов, которые могут получить достаточно энергия диффундирует в смолу. диффузия воды, скопление в пустотах или микротрещинах, и молярная объемная доля воды в пустотах увеличивается.

С другой стороны, по мере увеличения температуры сварки давление насыщенного пара воды также увеличивается. Давление насыщенного водяного пара при 224°С составляет 2500 кПа; давление насыщенного водяного пара при 250°С составляет 4000 кПа; а также при повышении температуры сварки до 260°С насыщенное давление пара снижается даже до 5000 кПа. когда прочность связи между слоями материала ниже давления насыщенного пара,материальные взрывы. поэтому впитывание влаги перед пайкой является одной из основных причин расслоения и разрыва платы.

2.влияние на процесс хранения и производства. Многослойный печатный плат HDI является чувствительным к влаге компонентом, и наличие воды в печатном плате оказывает чрезвычайно важное влияние на его характеристики. Например:
(а) Влага в среде хранения вызовет значительные изменения характеристик полипропилена (препрега);
(b) Без защиты полипропилен очень легко впитывает влагу. На диаграмме 1.3 показано влагопоглощение ПП при хранении в условиях относительной влажности 30, 50 и 90 %; взаимосвязь между сроком хранения и влажностью Скорость поглощения ПП Связь очевидна, со временем статического размещения, будет постепенно поставляться влагоемкость панели печатной платы. Скорость водопоглощения вакуумной упаковки выше, чем водопоглощение скорость безвакуумной упаковки, скорость поглощения воды сохраняется с течением времени временного хранения.
(c) Влага в основном проникает через поверхность раздела между различными веществами в смоляной системе, вода бросается в глаза на поверхности раздела.

3.Вред влагопоглощения
(а)Увеличить содержание летучих ПП.
(b)Наличие влаги в смоле ПП ослабляет сшивку между молекулами смолы, что приводит к уменьшению силы сцепления между слоями плиты, уменьшению теплостойкости пластины. Многослойные платы склонны к образованию белых пятен, пениванию, расслаиванию слоев в горячих масляных или паяльных ваннах и выравниванию горячим воздухом.

Плохая адгезия между полипропиленом и медной фольгой является достаточным условием для разрыва пластины.
Описание явления Из анализа среза видно, что положение разрыва пластины находится между вторичным прижатием pp и контактной поверхностью (поверхностью подрумянивания) медной фольги.

медь неполярное металлическое вещество, поэтому многие клеи имеют очень низкую адгезию к медной фольге. Если поверхность медной фольги не обработана, даже если используется клей с отличными характеристиками, он не будет обладать достаточной адгезия и термостойкость. Метод обработки раннего потемнения на поверхности медной фольги заключался в образовании красновато-коричневого оксида меди (Cu2O) на поверхности медной фольги посредством химической обработки. Когда он связан со смолой-ламинированная подложка плиты, хотя адгезия увеличивается при комнатной температуре, отслаивание происходит около 200°C. Это связано с тем, что Cu2O не устойчив к нагреванию и после нагревания отслаивается от медной фольги. 60 - е годы XX века, исследователи Корпорация Toshiba в Японии обнаружила, что после обработки специальным химическим раствором черная бархатистая пленка (CuO), образующаяся на поверхности медной фольги, имеет более мелкие кристаллы и может прочно прилипать к поверхности медной фольги.

стабильность тоже очень хорошая, Это черный процесс. В середине 1990-х годов в Европе и Соединенных Штатах использовался новый тип процесса подрумянивания, при котором внутренний токопроводящий рисунок новой многослойной платы подвергался химическому воздействию.окисленный, чтобы заменить традиционный процесс чернения, который широко используется в промышленности.

Механизм подрумянивания, усиливающий адгезию Новый процесс подрумянивания, механизм его химической реакции: 2Cu + H2SO4 + H2O2 + nR1 + nR2 - CuSO4 + 2H2O + Cu(R1 + R2) В ванне подрумянивания, коррозионный эффект H2O2, поверхность подложки меди формируется с неравномерной микроструктурой, Таким образом, можно получить площадь соединения в 6-7 меньше раз, чем обрабатываетая гладкая поверхность меди. В то же время плёнка из органического металла с химической обработкой отложений на медной подложке на поверхности медной подложки, рисунок СЭМ на медной поверхности основания имеет коричневый. И после клея
входит в вогнуто-выпуклую часть, это также увеличивает эффект механического зацепления.

Факторы, влияющие на эффект потемнения Качество и эффект подрумянивания зависят от точности управления параметрами процесса, такими как:
(a) Выберите зелье с расширенной формулой:
Подрумянивающий слой с зельем Atotech имеет большую шероховатость, сцепление остатка выдерживает 12 - КРАТНУЮ температуру бессвинцового орошения, не допуская сборки.
(b) усилить контроль за составом жидкости в ванне в процессе производства.
(c) Толщина пленки побурения (или черного оксида меди): Пленка потемнения (или черного оксида меди) и прочность сцепления с полипропиленом, кислотостойкая щелочь, стойкость к коронному разряду и устойчивость к высоким температурам связаны со структурой и толщиной пленки.
но не больше, прочность сцепления выше, чем выше.
(d) Загрязненный потемневший слой и ошибка процесса: в качестве треснувшей пластины отклейте часть, где произошла трещина, наблюдается загрязнение слоя потемнения, и смола полностью отделилась от треснувшей пластины.загрязненный коричневатый слой.После рекомбинации загрязненная деталь бурого слоя и пластины pp не может быть свободно сцеплена, и печатная плата вздулась при последующей поверхностной сборке. обследование, материал с высокой Tg был неправильно использован для прессования и затвердевания общий материал, Это также одна из причин плохой связи между внешней медной фольгой и полипропиленовыми пластинами.

Неправильный выбор температуры оплавления является предрасполагающим фактором к разрыву пластины.

1.разрыв разрыва средней тяжести. Путем анализа достаточных и необходимых условий для картины разрыва пластины стало известно, что они все - функция температуры. Количество летучих веществ в многослойной платы и давление ее расширения увеличиваются с повышением температуры пайки оплавлением, с повышением температуры восприятия адгезии между слоями бурых изменений и ПП. очевидно, достаточное и Необходимые условия для скрытого взрыва платы должны создаваться температурным фактором. Оптимизация кривой температуры сварки оплавлением на основе всестороннего анализа конкретных характеристик продукта эффективна для подавления

возникновение разрыва пластины.

2.Как оптимизировать температуру пайки оплавлением в соответствии с характеристиками продукта
(a)Американская микроэлектроника CG Woychik отметил: «Использование обычного сплава SnPb, во время обратной сборки сварного соединения и печатных плат, выдерживает температуру 240°C. При использовании сплава SnAgCu (бессвинцового) JEDEC оговаривает емпература 260°С. повышение температуры может быть помещено под защиту компонентов электронной упаковки. Специально для многих слоистых конструкционных материалов легко образовывать межслойное расслоение, особенно для новых материалов.которые содержат больше влаги. внутри влага. В сочетании с повышением температуры большинство широко используемых ламинатов (многослойные печатные платы HDI) будут иметь большой диапазон расслаивания».

(b) Американская электронная сборочная сварка JSHwang также имеет это описание в книге «Сварочные материалы и процессы в производстве электронных сборок»: «Учитывая, что температура плавления существующих бессвинцовых материалов выше, чем у эвтектических материалов SnPb Температура плавления температуры (183 градуса по Цельсию), для того, чтобы в какой-то степени снизить температуру обратного тока, особенно важна подходящая кривая распределения температуры пайки оплавлением.
указано: В соответствии с текущими условиями производства, например, производство и инфраструктура SMT включают в себя температурные характеристики компонентов и печатных плат и т. д. Пиковая температура бессвинцового оплавления пайка должна поддерживаться при температуре 235°C. После всестороннего анализа, в безвирцовой рефлюксной сварке многослойных печатных плат HDI, при легировании припоя SnAgCu, пиковую температуру рекомендуется устанавливать на уровне 235°С, не
выше 245°С. Практика показывает, что после принятия этой меры подавление разрыва плит весьма заметно.

Плохой выход летучих веществ является фактором, способствующим выходу из строя платы печатных плат Из анализа срезов, почти все места расположения разрывных плит над закопанными отверстиями, охвати большой площадью медной фольги.действительно, есть проблемы с производительностью проектирования такого., в основном в следующих аспектах:После нагрева сварки нежелательно выделение летучих веществ (таких как влага и т. д.), скопившихся в заглубленном отверстии и промежуточном слое;
Усилена неравномерность распределения температуры поверхности при сварке оплавлением;
Не способствует устранению термических напряжений в процессе сварки, напряжения напряжения, усиливающего расслоение между внутренними слоями многослойной платы HDI. Очевидно, что неразумное планировочное проектирование ИРЧ в процессе бессвинцового производства многослойной листовой продукции вызвало разрыв пластины.

Механизм разрыва платы

Механизм взрыва пластины. Согласно приведенному выше анализу и обобщению явления взрыва пластины, мы можем изучить и проанализировать физический процесс взрыва пластины в соответствии со следующей физической моделью.
1.При не слишком высокой температуре рабочей среды хорошее сцепление между многослойной пластиной L1 - L2.
2.По ходу процесса летучие вещества (в том числе и влага) в заглубленной скважине и во внутреннем слое непрерывно выбрасываются.
3.Отработавший летучий газ скапливается между заглубленным отверстием и ПП (склеивающим листом).
4.По мере того, как температура продолжает повышаться, все больше и больше газа возникает около погребенного отверстия, образуя большое давление расширения,pcb это делает поверхность кожи L2 и PP растянутыми, отделяющими их.
5.Когда конечное давление расширения меньше силы адсорбции между поверхностью подрумянивания и полипропиленом (f6. Когда конечное давление расширения больше силы адсорбции между поверхностью подрумянивания и полипропиленом (f>F), происходит разделение между подрумянивание поверхности и ПП вдоль L2, как показано на диаграмме 1.14 и явление расслоения. когда печатных плат нагревается, часть свободной объемной воды может быть утеряна через микропористое основание печатных плат, тем самым уменьшая молярную объемную долю воды, которая может скапливаться в пустотах или микротрещинах,ошибка печатной платы. улучшать. Однако, если поверхность печатных плат покрыта фольгой большого размера, при нагревании печатных плат большая поверхность медной фольги над заглубленным отверстием блокирует выходящий водяной пар.после нагревания, это увеличивает давление пара в микротрещинах, вызывая возникновение сильно увеличиваются шансы сломать доску.