PCB科技 - 電路板無鉛回流焊試驗

電路板 lead-free reflow test welding

1. The first trial production and trial welding
(1) 印刷電路板 structure and reflow
First, 用高Tg和Dicy硬化的FR-4板材製作了2.2層和24層兩種高多層板. 並使用兩種回流焊爐進行白板焊接, 並在兩條L形回流曲線下進行6-9次類比回流. Now the two board types 和ir reflow curves are explained below (in fact The author believes that this kind of reflow curve without heat-absorbing saddle is not suitable for general multilayer boards, and even more can not be used for lead-free reflow of thick multilayer boards):

冷卻速度為0.81°C/s，這是一種相當緩慢的方法。

(2) Microsection analysis
After many reflows and multiple bursts, 對爆破區進行了失效分析. 以下是其他切片的結果.

(3.) Discussion
After the first reflow above, 可以看到幾個具有代表性的邏輯：

. 如果回流曲線加熱過快，則很容易使板爆炸。 至於溫降過快是否與爆炸板有關，現時仍不清楚。 作者認為上述電路板公司使用的回流曲線實際上並不合適。 這種沒有鞍形吸熱的直線上升和直線下降曲線僅適用於低端電路板和簡單零件的回流。 複雜多層必須配備鞍座或長鞍座吸熱段的曲線，以便當板體內外溫度均勻時，可以快速升高峰值溫度以完成焊接。

第一次焊接中只有40%的未爆板被焊接, 並且在第二次回流後都失敗了.

第二個是通過回流曲線1的主機板效能。 其中，B板回流曲線1的效能最好。

儘管5次再流後存活率為67%，但第6次均失敗。

. BGA腹面底部多孔且緻密的孔隙容易蓄熱和破裂。

. 那個些做過無鉛錫噴塗工藝的人更容易爆裂。 例如，內層的大銅面積容易爆裂。

. 儘管本試驗中使用的板材均為雙金屬硬化高Tg板材，但參攷了許多其他證據； 如果使用Dicy硬化板，即使電路板製作良好，其爆破效果也不如PN硬化板。 較少的

2. The second trial do and trial welding
The plates in the second test have been matched with different plates with Dicy and PN hardeners. 根據本測試結果, 可以看出，PN型的耐熱性確實優於Dicy型. 同時, 可以看出，仍然有一些因素會影響無鉛焊接並導致電路板爆裂：壓制過程, 壓制後的烘烤, 內層的吸水率, 成品板的吸水率, 和樹脂聚合度.

在電路板生產過程中，A板分別採用Dicy硬化和PN硬化。 雖然也選擇了兩種不同的壓制工藝，但發現其對結果影響不大。 相反，在焊接前對空白板進行烘烤會直接影響板的爆裂。 烘烤條件為125°C，共24小時。 平板和無鉛回流焊的存活率現在已經確定。

(1) Discussion
.對於經Dicy硬化的FR-4, 開裂現象幾乎是整個板同時開裂, PN硬化時, 局部開裂僅發生在腹部底部的多孔區域.

. Dicy硬化劑在兩次回流後都會爆裂，無論它們在回流前是否經過烘烤。 然而，在焊接前經過PN硬化和烘烤的焊件在四次回流焊後可以存活50%。

. 結果表明，Dicy極性高，易吸水，不易通過熱應力測試。 PN的極性很小，吸水率極低，添加量大於20%。 事實上，環氧樹脂的線性性質已經發生了很大的變化，它具有酚醛樹脂的3維結構强度，囙此它很强。 它不再容易開裂。

3. The third trial do and trial welding
(1) Preparation for the test
In the third test, 所有板材均已更換為硬化型, and the 印刷電路板 工藝得到了特別改進. 為了獲得更好的無鉛回流焊成品率, 有意將所有成品內板在110攝氏度下烘烤3小時, 除去爐渣後，在150攝氏度下烘烤外板4小時. 至於表面處理, 22層8板是電鍍鎳金而不是ENIG. 這次共生產了6批15塊板, 在回流之前，將6塊電路板故意放置在125°C下再放置24小時. 其他6塊電路板在回流前故意不烘烤, 作為效果的比較. 此外, 從兩批中各取兩塊板分別進行：漂白錫的熱應力測試, Tg的量測, T260/T288試驗, 回流曲線2類比回流. 在本測試中, 發現兩種PN硬化板, 焊接前烘烤，未烘焙, 在12次類比回流後似乎沒有爆裂.

(2) Discussion of results
The test results of the above six batches of boards are now sorted out and discussed as follows: For the six batches of PN hardened boards, 無論它們是否在烤箱中烤過兩次 印刷電路板工藝, 它們可以通過12次類比回流. 在回流之前，使用3種方法測試Tg1和Tg2的–T. 儘管發現溫度仍然相差1-8攝氏度, 在12次回流後–T確實變小了很多. 這意味著原始樹脂的硬化程度非常好, and the degree of hardening is directly related to the pressing 過程 and the baking after pressing.

. 因為Tg2仍然高於Tg1，這意味著電路板中的樹脂尚未出現開裂迹象。

. 在12次回流焊後進行T288測試，發現獲得的數據不低於焊接前的讀數，這也可以解釋為樹脂尚未開裂的證據。

. 經過3次和六次錫漂白後，均通過了測試，沒有起泡或爆裂。 雖然由於熱膨脹係數不匹配，切片上也有浮孔，並且樹脂收縮具有體積收縮（不超過孔長度20%），但這些都是由强熱不可避免地引起的現象。 只要板片中沒有微裂紋，它們通常可以被視為可接受的小缺陷。