爆板也叫分层,其机理是PCB内部产生不同压力,撑开层间结合,使层间出现分离问题。产生不同压力的来源一般有两种,一是PCB吸湿,高温下水分蒸发,内部产生不同压力;二是SMT贴片加工焊接过程中,温度不均匀,传热不均匀,元器件和构成PCB的复合材料热膨胀系数不一致,在PCB内部产生不同压力。根据爆板机理,引起无铅焊接爆板问题的因素主要有板料,PCB制程和无铅装配过程等三方面。本文中,众焱电子小编将就这三个方面进行详细的分析讲解。
一、板料
1、树脂耐热性问题,板料是由环氧树脂,增强材料,填充剂所组成。环氧树脂是一类高分之化合物,目前使用比较多的有以下两种环氧树脂:双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂。
从以上两种环氧树脂的的化学结构可以看出,酚醛环氧树脂结构中含有2个以上的环氧基(归属于多官能团环氧树脂),固化后交联密度高,刚性变强,产品的耐热性等都会相对提高,抗强热冲击的能力也较强。环氧树脂本身是一种热塑性高分之预聚物,只有加入固化剂,使之交联形成网状立体结构,才能体现出各项优良性能。目前主要固化剂有Dicyandiamide(Dicy)及Phenolic Novolac(PN)与Bisphenol-ANovolac(BN)等三种,前者因其具有极性因而容易吸水耐热性较差,但其价格便宜,而且其架桥能力,对树脂本身的团聚黏合力比较强;后两者极性小耐热性也较好,但脆性增加,相比之下,对铜箔及玻璃布附着力下降。
2、板料Tg值问题,示差扫描量热法(DSC)为测量板料Tg值最为常用的方法。DSC工作原理为:在规定大气压下将一个试验样品和一个参考样品(对热相对稳定的物质,没有任何热效应)放置在程控温度下,DSC通过在一恒定升温速率下测定两者的热流量(能量)差得出与温度和(或)时间的函数。对于每一次测量,广州SMT贴片加工厂家通常的操作是记录下一条曲线,温度或时间画在x轴上,热流量(能量)差画在y轴上。
ab段样品盘和参比盘近似达到一恒定热差,曲线平稳;进入bc段时,样品吸收大量热量完成玻璃转化,升温缓慢,与参考盘的温差加剧,DSC曲线向吸热方向移动,表现出倾斜陡坡;进入cd高弹态后,温差又达到恒定。在ab和cd区域各作一条切线,DSC曲线两切点连线中点对应的温度即为Tg值。Tg值越高,“玻璃态”转变成“橡皮态”的温度越高,板材愈耐温而不易变形,对耐热性有一定的贡献。
3、热分解温度(Td),Td说明高温强热下,聚合不足的小分子,挥发物,和某些高沸点溶剂将逐步逸走,而导致重量减轻,造成树脂基体出现小裂口,并逐步扩大而形成爆板问题。采用TGA检测时在失重5%的温度即称为Td,这是衡量板材耐热性能的一个主要参数,Td越高,材料耐强热冲击性越好,爆板几率越小。
4、热分层时间(包括T260、T288和T300),采用TMA法将板材逐步加热到260℃、288℃,或300℃之定点温度,然后观察板材在强热环境中,界面结合处的粘结强度,能够抵抗板厚在Z轴方向膨胀产生应力多久而不致分离,此种忍耐时间即定义为“耐热裂时间”。该时间越长,耐分离的效果越好。是材料耐热性、CTE、内层结合力、玻纤和树脂结合力、填料与树脂结合力综合作用表现出来的结果。从覆铜板厂家提供板料DATASHEET归纳出,Td与T288的关系整体上是同步增长的,也就是说,Td增加,T288必然增加。
5、Z-CTE[包括a1CTE、a2之Z-CTE和总的膨胀率(50℃~260℃)],指各种物质每升高1℃所出现的膨胀情形,在无铅焊接的强热环境下,即使Tg值为1700C板材也早已进入α2的橡胶态很久(约100sec以上),使其Z-CTE大增到接近300ppm/℃,这是板材在强热环境下出现爆板的重要原因。
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