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PCB无铅焊接爆板问题的预防与改善

2015-05-04 08:26      点击:

  选择最好的材料,最贵的制程,可以预防与改善爆板问题的发生。例如Tg 高的板料,价格一般比较贵、PCB热压时间一般要求较长,成本增加。根据管理上的金三角模型,企业竞争主要围绕服务、质量、成本三个方面进行。特别是在目前金融危机环境下,在爆板问题上,有所取舍,对各方面的影响因素进行细化,寻求预防与改善。

 

一)、板材方面

 

提高板料Td,可以有效预防爆板,并延长热分层时间。通常提高Td 的做法是采用多官能酚醛环氧树脂取代传统的双酚A 型环氧树脂,并将固化剂由原来极性较强容易吸水的Dicy 改为极性较小不容易吸水的PN 固化剂,但此种改变将使板料刚性变强,脆性变大,铜箔与玻纤布的附着力也很差,增加PCB 板的加工难度。添加填料的板材其Z-CTE 普遍降低,耐热性上升,有利于改善爆板问题,目前填料主要以SiO2 和Al(OH)3 为主,但由于填料本身刚性、脆性都比树脂大,对PCB 制程的钻孔、外性、除胶渣、与PTH甚至其它湿制程,以至成品最终的品质都会带来极大的影响。目前,业界在无铅焊接板材选择方面建议如下:

 

 

二)、PCB 制程方面


1、半固化片的储存控制,应该做好防潮措施,和有效存储环境,期限的控制,此方面主要可以参照供应商提供的资料和内部相关的试验数据进行管控。


2、棕化有机金属沉积的管控,除了选择品质优良的棕化药水,此种棕化药水一般必须具备两方面的品质,一是要是抗撕强度≥4lb/in,二是在后继层压过程由于采用耐热性能良好的板材,在压合时需要用到更高的温度和压力,金属基不出现脆断。对过程参数彻底量化,应用SPC 每天监控, 每周趋势分析,每月总结评价。并对棕化层的污染进行严格控制,例如隔板纸不混合使用、定期清洗,棕化后板件不允许拿板入板内和控制叠板间的洁净度等。 


3、层压制程,无铅焊接的板材,为了提高耐热性能,在双酚A 型环氧树脂的基础上添加了多官能酚醛环氧树脂和PN 固化剂,以及添加SiO2 等,其黏度和高温聚合固化时间都将增加,必须对升温段,升温速率和加压时机等条件进行重新调整,使半固化片聚合固化完全,并避免产生流胶过大和层间空洞等缺陷。另外,由于一些分子链段的自由能需要在高温下慢慢降低,因而也需要调整层压程序降温速率、降低板件出料温度,释放热应力。因而必须根据结合供应商提供的参考层压曲线结合内部压机的情况,进行重新设计层压曲线。采用厚铜/厚板试压后进行△Tg,Td,T288,Z-CTE, 热应力,抗老化,模拟焊接条件等耐热性的测试,确认层压曲线是否合适。并对生温速率,温度均匀性,压力均匀性等关键指标定期较验,确保压机状态正常。

 

4、后制程烘板,阻焊油墨采用低于Tg 值但高于水沸点的温度烘板,从而赶走板件在蚀刻、电镀、阻焊油墨等湿制程药水浸泡吸潮;字符油墨采用135°C,60min 的条件进行烘板,赶走沉金等各种表面处理过程中药水浸泡吸潮;包装前采用125℃、2 小时条件烘板,进一步消除累积应力及赶走水气。

 

5、储存和包装,ISOLA对成品PCB的包装、储存等要求,建议:成品板包装除真空包装外,使用的包装材料水汽传送率WVTR(TheWater Vapor Transmission Rate)应≤0.02g/100in2/24hr;成品PCB在环境温度<30℃湿度<60%RH 中露置总时间不应超过168 小时。

 

三)、焊接方面,选择良好的板材和PCB制程合适的工艺加工条件,日常监督管理,是防范爆板问题发生的关键,再加上下游焊接的共同努力,将使无铅焊接爆板问题不再是困乏业界的难题。

 

1、前处理:组装前在125 ℃中烘烤2 hr,以消除累积应力及赶走水气(最好在N2 烤箱中进行)。

 

2、回焊曲线:无铅回流焊曲线采用有鞍型,即在约130℃-170 ℃范围内,有一保温或平缓升温段以确保PCB/元件预热饱和,避免因为急剧加热造成的PCB/元件吸热差异,受到热冲击过大。对于保温时间,参考PCB层压热传递过程,当厚度为1.6mm的同一块板件,保温时间≥120sec才能使板中间与板面温度一致,因而对于双面受热的焊接过程,保温时间必须≥60sec;对于生温度速率,为使板件均匀受热升温速率不超过2.5℃/sec,最好是在1.5℃/sec以内。

 

3、回流焊炉不论是用热风加热还是用红外加热,均必须保证循环充分、热均匀性好,且各个区段不会互相干扰,以确保PCB板上各点温差ΔT<5℃。

 

4、回流焊峰值实测温度不超过245℃,以减少高温对PCB及元器件带来的伤害。

 

5、对于一般无铅波峰焊采用水基助焊剂,为了充分地将水分挥发掉,PCB 预热温度也要相应提高,一般为100-130℃,为了使PCB 内外温度均匀,预热区要加长,使其缓慢升温,保温时间≥60sec。焊接时间为3-4s,两个波之间的距离要短一些,波峰焊峰值实测温度不超过265℃。