Chính xác sản xuất PCB, PCB tần số cao, PCB cao tốc, PCB chuẩn, PCB đa lớp và PCB.
Nhà máy dịch vụ tùy chỉnh PCB & PCBA đáng tin cậy nhất.
Lời nói đầu: Phân tích và cải thiện bảng nổ trong hàn hồi lưu PCB
Với sự phát triển ngày càng tăng của các sản phẩm điện tử theo hướng đa chức năng, mật độ cao, thu nhỏ, ba chiều, nhu cầu tản nhiệt cũng ngày càng quan trọng. Đồng thời, căng thẳng nhiệt và cong vênh do CTE khác nhau của nhiều vật liệu làm tăng nguy cơ thất bại lắp ráp và xác suất thất bại sớm sau đó của thiết bị điện tử. Lớn lên nào. Do đó, độ tin cậy của hàn PCB ngày càng trở nên quan trọng. Dưới đây là hiện tượng thất bại của tấm trong hàn trở lại và phương pháp cải tiến của nó để bạn tham khảo.
1. Hiện tượng bùng nổ tấm trong hàn trở lại
1.1 Định nghĩa của bảng crack: Hiện tượng tách xảy ra trong quá trình nén thứ cấp của lớp PP và lớp thứ cấp (L2) bề mặt màu nâu lá đồng của PCB đa lớp HDI trong quá trình hàn reflow (đặc biệt là các ứng dụng không chì), mà chúng tôi định nghĩa là bảng crack. Từ phân tích cắt lát, vị trí của vụ nổ tấm xảy ra trong khu vực chôn vùi dày đặc của 1-2 lớp; Không có mảnh vỡ hoặc bất thường khác được tìm thấy; Các lát cắt cho thấy bảng mạch bị vỡ rất dữ dội và một số mạch lớp thứ hai bị rách.
1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự bùng nổ của bảng mạch
Nguồn gốc hình thành các chất dễ bay hơi là cần thiết cho vụ nổ
1. Vấn đề hút ẩm Sau đây mô tả sự hiện diện của nước trong bảng PCB, cách hơi nước được khuếch tán và áp suất hơi nước thay đổi theo nhiệt độ, tiết lộ sự hiện diện của hơi nước là nguyên nhân chính của vụ nổ PCB. Độ ẩm trong PCB chủ yếu được tìm thấy trong các phân tử nhựa, cũng như các khiếm khuyết vật lý vĩ mô (như khoảng trống, microcrack) bên trong bảng PCB. Sự hấp thụ nước và cân bằng của epoxy chủ yếu được xác định bởi khối lượng tự do và nồng độ của các nhóm phân cực. Khối lượng tự do càng lớn, tốc độ hấp thụ nước ban đầu càng nhanh, nhóm phân cực có ái lực với nước, đây là lý do chính cho tỷ lệ hấp thụ nước cao hơn của nhựa epoxy. Hàm lượng nhóm phân cực càng lớn, tỷ lệ hấp thụ nước cân bằng càng lớn. Tóm lại, tỷ lệ hấp thụ nước ban đầu của epoxy được xác định bởi khối lượng tự do, trong khi tỷ lệ hấp thụ nước cân bằng được xác định bởi nội dung của nhóm phân cực. Một mặt, trong quá trình hàn hồi lưu không chì, nhiệt độ của bảng PCB tăng lên, dẫn đến các nhóm nước và phân cực trong thể tích tự do tạo thành các liên kết hydro, do đó có đủ năng lượng để khuếch tán trong nhựa. Nước khuếch tán ra bên ngoài và tích tụ trong một khoảng trống hoặc microcrack, và phần thể tích mol của nước trong khoảng trống tăng lên.
Mặt khác, khi nhiệt độ hàn tăng lên, áp suất hơi bão hòa của nước cũng tăng lên. Áp suất hơi bão hòa của hơi nước 224 ℃ là 2500kPa; Áp suất hơi bão hòa của hơi nước 250 ℃ là 4000kPa; Khi nhiệt độ hàn tăng lên 260 ° C, áp suất hơi bão hòa của hơi nước thậm chí đạt tới 5000kPa. Vật liệu nổ khi cường độ liên kết giữa các lớp vật liệu thấp hơn áp suất hơi bão hòa do hơi nước tạo ra. Do đó, hút ẩm trước khi hàn là một trong những lý do chính cho sự phân tầng PCB và sự bùng nổ của tấm.
2. Ảnh hưởng của độ ẩm trong quá trình lưu trữ và sản xuất. HDI Multilayer PCB là một yếu tố nhạy cảm ướt và sự hiện diện của độ ẩm trong PCB có ảnh hưởng cực kỳ quan trọng đến hiệu suất của nó. Ví dụ: (a) Độ ẩm trong môi trường lưu trữ có thể gây ra những thay đổi đáng kể trong các đặc tính của PP (pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-preg); (b) Không có bảo vệ, PP rất dễ hút ẩm. Hình 1.3 cho thấy khả năng hút ẩm của PP khi lưu trữ trong điều kiện 30%, 50% và 90% RH; Mối quan hệ giữa thời gian lưu trữ PP và tỷ lệ hấp thụ độ ẩm là rõ ràng, và ở vị trí tĩnh, độ ẩm của bảng PCB sẽ tăng dần theo thời gian. Tỷ lệ hấp thụ nước của bao bì chân không cao hơn so với bao bì không có chân không và tỷ lệ hấp thụ nước khác nhau khi thời gian dàn tăng lên. (c) Độ ẩm chủ yếu xâm nhập vào giao diện giữa các chất khác nhau trong hệ thống nhựa, nơi có ảnh hưởng của nước.
3. Nguy cơ hút ẩm (a) làm tăng hàm lượng dễ bay hơi của PP. (b) Sự hiện diện của độ ẩm trong nhựa PP làm suy yếu liên kết chéo giữa các phân tử nhựa, dẫn đến giảm lực liên kết giữa các lớp tấm và giảm khả năng chống sốc nhiệt của tấm. Tấm nhiều lớp dễ bị đốm trắng, phồng rộp và tách lớp trong bồn tắm dầu nóng hoặc hàn và san lấp mặt bằng không khí nóng. Sự khác biệt về độ bám dính giữa polypropylene và lá đồng là điều kiện đủ để tấm vỡ 1. Mô tả hiện tượng có thể được nhìn thấy từ phân tích cắt lát rằng vị trí của vụ nổ tấm là giữa trang ép thứ cấp và bề mặt tiếp xúc của lá đồng (bề mặt nâu). Đồng là một chất không phân cực ở trạng thái kim loại, vì vậy nhiều chất kết dính có ít độ bám dính vào lá đồng. Nếu bề mặt của lá đồng không được xử lý, sẽ không có đủ độ bám dính và khả năng chịu nhiệt ngay cả khi sử dụng chất kết dính có hiệu suất cao. Phương pháp xử lý nâu sớm trên bề mặt lá đồng là tạo thành oxit đồng nâu đỏ (Cu2O) trên bề mặt lá bằng cách xử lý hóa học. Khi nó liên kết với chất nền nhiều lớp nhựa, bong tróc xảy ra gần 200 ° C, mặc dù tăng độ bám dính ở nhiệt độ phòng. Điều này là do Cu2O không ổn định với hệ thống sưởi và sẽ bị tước khỏi lá đồng khi đun nóng. Vào những năm 1960, các nhà nghiên cứu tại Công ty Toshiba của Nhật Bản đã phát hiện ra rằng sau khi xử lý bằng dung dịch hóa học đặc biệt, màng mỏng giống nhung đen (CuO) hình thành trên bề mặt lá đồng có các tinh thể mịn hơn và có thể bám chắc vào bề mặt lá đồng. Tính ổn định cũng rất tốt, đây là quá trình làm đen thường được sử dụng sau này. Vào giữa những năm 1990, châu Âu và Hoa Kỳ đã thông qua một quá trình làm nâu mới, trong đó mô hình dẫn điện bên trong của tấm nhiều lớp mới được oxy hóa hóa học để thay thế quá trình làm đen truyền thống, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
2. Cơ chế để tăng cường độ bám dính của quá trình làm nâu mới, cơ chế phản ứng hóa học của nó là: 2Cu+H2SO4+H2O2+nR1+nR2-CuSO4+2H2O+Cu (R1+R2) Trong rãnh làm nâu, do tác dụng khắc vi mô của H2O2, bề mặt đồng của vật liệu cơ bản tạo thành một cấu trúc vi mô không đồng đều, do đó có thể thu được diện tích liên kết tương đương với 6-7 lần bề mặt đồng trơn trượt Ricoh. Đồng thời, một lớp màng kim loại hữu cơ kết hợp hóa học với bề mặt của chất nền đồng được lắng đọng trên chất nền đồng, và hình ảnh SEM của bề mặt đồng của chất nền chuyển sang màu nâu. Sau khi chất kết dính đi vào phần lồi, hiệu ứng tương tác cơ học cũng được tăng lên.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng nâu Chất lượng và hiệu quả của nâu phụ thuộc vào sự tinh tế của việc kiểm soát các thông số quy trình, ví dụ: (a) Chọn tác nhân tiên tiến có công thức: Lớp nâu sử dụng tác nhân ammetric có độ nhám lớn và lực liên kết của lớp nâu có thể chịu được 12 lần nhiệt độ hồi lưu không chì mà không làm hỏng bảng mạch. (b) Tăng cường giám sát các thành phần của bồn tắm trong quá trình sản xuất. (c) Độ dày của màng Browning (hoặc đồng oxit đen): Độ bền liên kết của màng Browning với PP, khả năng chống axit và kiềm, khả năng chống corona và nhiệt độ cao đều liên quan đến cấu trúc và độ dày của màng. Nhưng không phải là cường độ liên kết càng dày, cường độ liên kết càng cao. (d) Lớp nâu bị ô nhiễm và lỗi quy trình: Trong khối lượng của tấm nứt, phần xảy ra của tấm nứt bị tước, lớp nâu được tìm thấy bị ô nhiễm và nhựa được tách hoàn toàn khỏi màng nâu bị ô nhiễm. Các lớp nâu và bảng pp của phần bị ô nhiễm không liên kết hiệu quả sau khi cán, và bảng PCB bị phồng rộp trong các lắp ráp SMT tiếp theo. Sau khi điều tra, vật liệu Tg cao đã được sử dụng sai để ép và bảo dưỡng vật liệu thông thường, đó là một trong những lý do cho sự liên kết kém giữa lá đồng bên ngoài và tấm pp.
Lựa chọn nhiệt độ dòng chảy ngược không đúng là yếu tố dẫn đến sự bùng nổ của vật liệu tấm 1. Tác dụng cảm ứng của nhiệt độ đối với sự bùng nổ của tấm. Người ta có thể biết rằng tất cả chúng đều là một hàm của nhiệt độ bằng cách phân tích các điều kiện đủ cần thiết cho mô hình vụ nổ tấm. Khi nhiệt độ hàn hồi lưu tăng lên, hàm lượng chất dễ bay hơi và áp suất giãn nở của nó trong tấm nhiều lớp tăng lên, trong khi độ bám dính giữa lớp nâu và PP giảm khi nhiệt độ tăng. Rõ ràng, các điều kiện cần thiết đầy đủ cho tấm nổ chìm phải do yếu tố nhiệt độ gây ra. Tối ưu hóa đường cong nhiệt độ hàn hồi lưu có thể được ức chế hiệu quả dựa trên phân tích toàn diện về các đặc tính sản phẩm cụ thể
Vụ nổ mảng xảy ra. Tùy thuộc vào đặc điểm sản phẩm Cách tối ưu hóa nhiệt độ hàn hồi lưu (a) Gói vi điện tử Hoa Kỳ CG Woychik lưu ý: "Với hợp kim SnPb thông thường, nhiệt độ mà các thành phần và bảng mạch PCB có thể chịu được trong quá trình hàn hồi lưu là 240 độ C. JEDEC quy định nhiệt độ 260 ° C khi sử dụng hợp kim SnAgCu (không chì). Sự gia tăng nhiệt độ có thể gây nguy hiểm cho tính toàn vẹn của gói điện tử. Đặc biệt đối với nhiều vật liệu kết cấu nhiều lớp, rất dễ gây ra sự phân tầng giữa các lớp, đặc biệt là những vật liệu mới có hàm lượng nước cao hơn. Bên trong chứa độ ẩm. Kết hợp với sự gia tăng nhiệt độ, hầu hết các tấm laminate thường được sử dụng (HDI Multilayer PCB Board) sẽ xuất hiện Một phạm vi rộng lớn của các lớp." (b) JS. Huang cũng mô tả điều này trong cuốn sách "Vật liệu hàn và quy trình trong sản xuất lắp ráp điện tử." "Xem xét rằng nhiệt độ điểm nóng chảy của vật liệu không chì hiện có cao hơn nhiệt độ điểm nóng chảy của vật liệu eutectic SnPb (183 độ C), để giảm nhiệt độ hàn hồi lưu đến một mức độ nhất định, đường cong phân phối nhiệt độ hàn hồi lưu thích hợp đặc biệt quan trọng. Ông cũng lưu ý: theo các điều kiện sản xuất hiện tại, chẳng hạn như các nhà sản xuất và cơ sở hạ tầng SMT hiện có, bao gồm các đặc tính nhiệt độ của các thành phần và PCB, v.v. Nhiệt độ đỉnh của hàn hồi lưu không chì nên được duy trì ở 235 ° C. Phân tích toàn diện, trong hàn hồi lưu không chì của bảng mạch PCB nhiều lớp HDI, khi hợp kim hóa với hàn SnAgCu, nhiệt độ đỉnh được khuyến nghị đặt ở 235 ° C và không vượt quá 245 ° C. Thực tiễn cho thấy rằng sau khi thực hiện biện pháp này, tác dụng ức chế của việc nổ tấm là rất rõ ràng.
Sự thoát ra kém của các chất dễ bay hơi là một yếu tố góp phần vào sự thất bại của bảng PCB. Từ phân tích cắt lát, gần như tất cả các vị trí của bảng nổ xảy ra trên các phần của lỗ chôn được bao phủ bởi một khu vực rộng lớn của lá đồng. Khả năng sản xuất của thiết kế này thực sự có vấn đề, chủ yếu được thể hiện trong các lĩnh vực sau: "Sau khi hàn và sưởi ấm, không có lợi cho việc xả các chất dễ bay hơi tích tụ trong các lỗ chôn và lửng (ví dụ như phân chia nước); Tăng cường sự không đồng đều của sự phân bố nhiệt độ bề mặt trong quá trình hàn trở lại; Không có lợi cho việc loại bỏ ứng suất nhiệt trong quá trình hàn, dễ dàng hình thành tập trung ứng suất, làm trầm trọng thêm sự tách biệt giữa các lớp bên trong PCB nhiều lớp HDI. Rõ ràng, thiết kế đồ họa không hợp lý của các sản phẩm HDI Multilayer đã dẫn đến sự xuất hiện của các tấm vỡ trong quá trình sản xuất không chì. 1.3 Cơ chế của các tấm vỡ
Dựa trên phân tích và tóm tắt hiện tượng nổ mảng trên, chúng ta có thể nghiên cứu và phân tích các quá trình vật lý của vụ nổ mảng dựa trên các mô hình vật lý sau đây. Sự kết hợp giữa các tấm nhiều lớp L1-L2 là tốt khi nhiệt độ môi trường làm việc không quá cao. Khi quá trình sưởi ấm diễn ra, các chất dễ bay hơi (bao gồm cả độ ẩm) trong các lỗ chôn và lớp bên trong liên tục được thải ra. Khí dễ bay hơi thoát ra tích tụ giữa các lỗ chôn và PP (tấm dính). Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, ngày càng có nhiều khí tích tụ gần các lỗ chôn, tạo ra áp suất giãn nở lớn hơn, khiến bề mặt nâu của L2 và PP chịu lực giãn nở, tách chúng ra. Khi áp suất giãn nở cuối cùng nhỏ hơn lực hấp phụ (f
Điều kiện đầy đủ để ngăn chặn sự bùng nổ của bảng mạch: tối ưu hóa chất lượng của quá trình "nâu" và cải thiện độ bám dính giữa các lớp bên trong của PCB; Chọn một chất lượng tốt Brown Agent; Tăng cường giám sát chất lượng nguyên liệu thô như hàm lượng nhựa của vật liệu PP (RC%), thời gian gel nhựa (GT), tính lưu động của nhựa (RF%), thành phần dễ bay hơi (VC%) và các chỉ số chính khác. Đảm bảo tính đồng nhất và chiếm hữu của nhựa có trong không gian sợi ngâm tẩm, đảm bảo chất nền hình thành có độ hấp thụ nước thấp, tính chất điện môi tốt hơn, độ bám dính tốt giữa các lớp và độ ổn định kích thước.
Cải thiện khả năng thở của bề mặt lá đồng lớn. Dựa trên phân tích ở trên về đặc điểm vị trí vụ nổ mảng và cơ chế vụ nổ mảng. Rõ ràng, khi có một diện tích lớn của thiết kế lớp lá đồng trên bề mặt PCB, nó sẽ dẫn đến hơi nước bên trong không thể được giải phóng, vì vậy nó là cần thiết để mở một cửa sổ trên bề mặt để cải thiện hiện tượng bùng nổ của bảng PCB. Giảm nhiệt độ đỉnh của dòng chảy ngược càng nhiều càng tốt trong điều kiện đảm bảo độ ẩm tốt.
