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。下面众焱电子小编将接着《SMT贴片工艺|无铅焊接爆板原因分析(二)》的内容继续分析讲解。
4)、残留热应力,PCB板主要材料树脂,玻纤布,铜箔,热膨胀系数分别为:85ppm/℃左右、5ppm/℃左右和16.8ppm/℃左右,环氧树脂的膨胀率是玻纤布的几十倍,是铜箔的五六倍,使其交界处产生热应力,当温度越高其产生应力差异也就越大,而应力越大,SMT贴片加工生产过程中如果没有有效释放,层压后板件的a2之Z-CTE和50-260℃总的Z-CTE就越高,越容易产生爆板问题。层压过程一方面在固化过程中,一些分子键段的自由能还没有降到最低时就已经被冻结,这种热应力会在高温恒温时被部分消除,另一方面,在降温过程中,一些分子链段的自由能需要在高温下慢慢降低,但快速的冷却使其被冻结,使其热应力无法得到释放
5)、残留杂物,与棕化后板面受污染的影响基本一致。
3、后制程固化
PCB基础原材料的板料,本身有一定的吸水率,多层板经过层压后,还必须经过孔金属化,图形转移,蚀刻,表面处理等一系列湿制程工序,引起板件吸湿问题,因而需要热固化去湿。在许多广州SMT贴片加工厂的一般加工流程中,有阻焊后固化和字符后固化两个相对独立的固化过程,受阻焊油墨和字符油墨本身特性影响,有UV光固化和热固化两种,UV光固化将难以有效去潮。
4、储存和包装
真空包装并采用水汽传送率低的包装材料,和优良的存储环境(合适的温/湿度),可以有效减少水分的存在,进而减少板件对水分的吸收。
三、焊接问题
强热冲击,导致板件内部产生过大的应力,是爆板的外部诱因。焊接的过程本质上是一个热量传递的过程,在这个过程中,影响因素众多,根据美国ACI研究院EMPF中心的研究结果,回流焊接的加热模型可以简化为:Tt-Ti=(Ts-Ti)(1-e-1/RC),式中:Tt一当时间为t时,PCB的温度;
Ti—PCB的初始温度;
Ts—加热环境的温度;
R—传热的热阻;
c—PCB的热容。
其中,热阻R与回流焊炉的传热效率及PCB的结构特征有关,热容与PCB的材料特性有关。加热区的设定温度越高,单位时间内PCB的温升(Tt-Ti)越高。在无铅高温焊接过程中,板件内部水分等物质将急剧蒸发膨胀产生的蒸汽压将比有铅焊接升高一倍以上,引发爆板问题。
对于升温速率过快问题,组成PCB的复合物中,膨胀系数(CTE)差异较大,PCB在X.Y.方向受到有玻纤布的钳制,以致热胀系数(CTE)不大,约在12-15ppm/℃左右,但板厚Z方向在无拘束下将扩大为80-90ppm/℃,而铜的CTE为16.8-ppm/℃,片状陶瓷的CTE为6ppm/℃,在相同温度下,膨胀系数相差为几倍到十几倍,在温度快速上升时,由于板件有一个热传导时间,如果时间不足,内层板间温度不一致,同一层间或者不同层间膨胀产生应力的差别将增加,产生拉扯作用,导致内层分层。
局部过热问题,回流焊设备控温能力差;内部循环效果差;炉内各点温差大。其结果势必造成板上各点温差大,热量差异大,引发爆板产生分层的原理也基本类似。
四、其他因素
设计的影响:铜厚/板厚增加,组成PCB板复合材料的膨胀系数差别进一步加大,而且对焊接过程的热传导产生负面影响,造成局部温差大,而导致爆板的发生。另,如果设计有密集的BGA或大型的元件,则元件在回流过程将吸收更多热量,有可能造成局部过热,而导致爆板的发生。
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