吹孔(blowhole)传统上是指完工的PTH铜壁上,可能有破洞(Void)存在。当PCB板在下游进行焊锡时,可能会造成破洞中的基材的湿气在高温中迅速膨胀而产生一定气压,往外将孔中灌入的熔锡吹出。冷却后孔中之锡柱会出现空洞。这种会吹气的劣质PTH,特称为"吹孔"。无铅波焊中出现的吹孔除与钻孔、PTH等制程有关外,还与板材、波焊之参数和助焊剂、元件插脚等有较大关联。可以说在SMT贴片加工过程中,无铅波焊的吹孔产生的具体原因呈多样化,复杂化。下面众焱电子小编将接着《SMT贴片加工中的无铅波焊吹孔成因研究及改善(一)》中的内容继续讲解介绍。
二、孔壁粗糙产生吹孔
如果孔壁存在孔粗,且孔粗较大,会有水气的藏纳,造成高温波峰时迅速膨胀吹出(Out Gassing),而推开尚未固化的熔锡,自板子的焊锡面向外向下喷出,从而形成“吹孔”。
机械钻孔过程中,广州SMT贴片加工厂如为赶产量,设置的钻孔参数不当,在强大的机械切削力下造成孔壁中玻纤和树脂出现较大的分裂和缺口,经过除胶后孔壁上形成过大的凹陷和空隙,在PTH和电镀后镀铜层无法紧密附着,引发许多微小的破洞(void)而且深藏残液。后继在波焊时自然不可避免出现吹孔问题。在评估钻孔孔壁粗糙度的时候,一般都以进刀量(chipload:指钻针每旋转一周所进入板件的深度)作为主要控制指标,所使用的进刀量如果偏大,钻孔后的孔壁难免粗糙。例如在Spindle钻速同为10万转/分(rpm)时,进刀速率(feedrate)分别采用60Inch/min和120Inch/min作比较,前者的进刀量为0.6mil/周。后者为1.2mil/周,显然后者孔壁粗糙度远远大于前者。要改善钻孔粗糙度,还应该充分考虑到无铅板材TG和硬化树脂体系由Dicy改为DICYFree的变化。不同Tg普通FR4和DicyFreeFR4板材对钻针磨损的比较,可以明显看到板材TG越高相应对钻针的磨损越大,采用DicyFree做硬化剂的板材对钻针磨损相对更严重。
针对无铅焊接下板材Tg和硬度的变化,考虑其硬度高、脆性大等特性,对钻针的磨损较大,钻孔条件应做如下调整:降低进刀量到0.6mil/周以下,适当减少钻针设定的Hits,增大钻针的翻磨频率,控制主轴的偏转(Runout)在10um以内等。以下是选择TG170DICYFree板材做调整钻孔条件改善孔粗的对比研究,通过大量的切片分析,测量数据生成正态分布图。
由以上测量结果可知,当钻孔条件调整到特殊参数Rpm:45KrpmFeed:27IpmBack:400IpmHit:500Htis时,孔粗状况较普通钻孔条件有明显的改善,最大孔粗可以控制在≤0.8mil。我们将部分按此两种钻孔条件制作的PCB板送某电子厂插件后同时按波峰焊温度255℃,传输速度1.3m/min过波峰焊,对比其产生吹孔情况,结果表明普通钻孔条件下有2PCS发生吹孔,追朔其吹孔原因还是孔壁粗糙度过大,在过波峰焊时暗藏其中的水气自孔粗处喷出,形成“吹孔”。而按特殊钻孔参数制作的PCB因孔壁光滑平整,没有吹孔问题发生。
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