0引言
隨著焊接工藝從無鉛向有鉛轉(zhuǎn)換,焊接的溫度相應提高了約30℃,并且隨著組裝密度的提高,不少組件的裝聯(lián)工藝采用回流+波峰焊接的工藝,對于印制電路板(PCB)而言,必須具有更優(yōu)異的耐熱性能,才能承受更高的溫度及反復的受熱,否則可能出現(xiàn)鼓包分層的現(xiàn)象。無鉛轉(zhuǎn)換以來,鼓包分層已經(jīng)成為組裝工藝的一個典型的失效模式[1]。PCB鼓包分層會使得內(nèi)部的電絕緣性能降低發(fā)生漏電擊穿,或者造成導線或者通孔斷裂,最終導致電子產(chǎn)品的功能失效。
1實例分析
在一類產(chǎn)品電裝完成后發(fā)現(xiàn),印制板通孔器件周 邊印制板出現(xiàn)鼓包,如圖1所示,根據(jù)IPC—A—610—CN《電子組件的可接受性》關(guān)于印制電路板起泡缺陷的判定及可接受標準[2]如圖2所示,標準要求,起泡/分層使導電圖形間距減少至最小電氣間隙,該缺陷起泡面積較大,起泡范圍已經(jīng)超過最小電氣間隙,因此判定該印制板報廢。
2技術(shù)分析與定位
對鼓包的印制板開展金相分析,如圖3所示,從印制板鼓包形貌及切片分析[3]來看,判斷該缺陷為起泡。根據(jù)問題現(xiàn)象,對印制板鼓包原因進行分析,如圖4所示。
2.1印制板生產(chǎn)
2.1.1 印制板生產(chǎn)過程問題
印制板生產(chǎn)過程問題主要包括層壓、熱風整平等問題。層壓工序和熱風整平工藝參數(shù)均滿足工藝要求,排除了熱風整平造成的印制板鼓包,同時經(jīng)復查同批次交付印制板,印制板生產(chǎn)過程穩(wěn)定,未見異常。
經(jīng)對印制板進行金相分析及剖切,如圖5所示,發(fā)現(xiàn)鼓包分層位置位于3/4之間的基材區(qū)域,而非基材與半固化片結(jié)合處,可以排除印制板生產(chǎn)過程問題。
2.1.2基材異常
對問題批次基材情況進行清查,對使用相同基材的產(chǎn)品進行清查,對疊層結(jié)構(gòu)與鼓包印制板基材一致的產(chǎn)品進行復查,除兩塊印制板鼓包外,其余印制板均未見異常,可以排除基材異常問題。
2.2電裝控制過程
與印制板可能產(chǎn)生鼓包相關(guān)的工序包括:接收配套、清洗、焊前預烘、波峰焊接、手工焊接、檢驗等環(huán)節(jié)。各工藝參數(shù)如下:
1)裸板清洗工藝要求:異丙醇浸泡5 min,查詢生產(chǎn)過程記錄,清洗參數(shù)滿足要求。
2)裸板烘烤工藝要求:120℃ ,4 h,查詢加工卡記錄,滿足烘烤工藝參數(shù)要求。
3)波峰焊接工藝要求:查詢產(chǎn)品當日波峰焊機操作記錄,發(fā)現(xiàn)預熱區(qū)溫度與規(guī)范要求不一致,預熱溫度相比工藝規(guī)程規(guī)范要求下降了2個百分點,預熱區(qū)溫度不夠可能會對印制板去潮造成影響,因此不可排除電裝控制問題,后續(xù)將開展工藝試驗進行驗證。
2.3 印制板存儲問題
2.3.1存儲環(huán)境
印制板單塊抽真空后,放置在存儲車間統(tǒng)一管理,環(huán)境要求為:存放環(huán)境溫度10~30℃、濕度30RH%~70RH%,且按照要求進行溫濕度記錄,符合要求,可以排除此問題。
2.3.2存儲期限
按照相關(guān)標準要求,印制板存儲周期為一年,一年后需要進行烘烤處理,烘板要求為105~125℃ ,4~6 h,一般情況下,高溫焊接的最高溫度為260℃ ,最大濕氣含量為0.1%,而鼓包印制板存儲超過兩年,因此開展了存儲期限與濕氣含量的相關(guān)測試,如表1所示,從表1中可以看出,當印制板存儲期限超過一年后,樹脂中水分會超標,焊前預烘未有效將濕氣烘除[4]。
3 改進措施及方案
針對印制板鼓包問題進行技術(shù)分析與定位,初步懷疑印制板鼓包問題是由于實際焊接預熱溫度不夠和印制板存儲時間超過一年后,濕氣含量超標,因此開展兩項工藝試驗,確定印制板鼓包問題發(fā)生的機理并針對原因進行措施改進。
3.1 預熱溫度不足工藝試驗
3.1.1工藝要求
對試驗基板在制作過程中的關(guān)鍵工藝要求如表2所示。
3.1.2樣件制作
試驗樣件的制備從人、機、料、法、環(huán)、測等六個方面與產(chǎn)品生產(chǎn)過程保持一致,每道工序完成后,分別對試驗印制板進行目檢。
3.1.3判定準則
每道工序完成后應按照要求進行檢驗,要求:
1)目視印制板上的覆蓋層、涂層要求,標識字符、圖號、板號等應可識別,絲印的阻焊、字符標識不應遮蓋焊盤;
2)目視印制板表面無劃傷、凹坑、壓痕,不應使導體外漏,基材損傷導致橋接導線或者損傷玻璃纖維;
3)印制板無彎曲、扭曲、焊盤起翹現(xiàn)象;
4)印制板無燙傷、起泡、分層、邊緣缺口或者微裂紋;
5)印制板面無劃傷、磕碰等。
3.1.4試驗結(jié)果
每道工序完成后,分別對試驗印制板進行目檢發(fā)現(xiàn),經(jīng)檢驗,試驗基板焊點周圍印制板外觀均滿足要求,印制板無氣泡、分層等現(xiàn)象,同時,觀察整個基板表面,也均無起泡現(xiàn)象,如圖6所示,因此可以判定印制板鼓包并非波峰焊接預熱溫度不足導致。
3.2 濕氣含量工藝試驗
對同批次印制板不同存儲周期下吸潮情況開展測試,如表3所示,發(fā)現(xiàn)超過兩年的印制板,濕氣含量已經(jīng)超過0.2%。而按照IPC—A—610—CN相關(guān)要求:一般情況下,高溫焊接的最高溫度為260℃,最大濕氣含量為0.1%。
因此,開展增加印制板烘烤時間來降低印制板濕氣含量的工藝試驗,按照改進的預烘參數(shù):溫度(120±5)℃,烘板5 h,從表3中可以看出,對于存儲期限超過一年的印制板,烘烤時間5 h,可有效烘除絕大部分濕氣,濕氣含量均不大于0.1%,滿足標準要求,可以有效避免焊接過程中印制板的白斑、鼓包、分層現(xiàn)象。
3.3試驗驗證結(jié)果及分析結(jié)論
印制板存放時間超過兩年,濕氣含量超標,在熱應力沖擊下,印制板在受潮區(qū)域出現(xiàn)氣化,導致短時間內(nèi)氣體出現(xiàn)較大的膨脹,其膨脹的程度遠大于印制板基材膨脹,且其產(chǎn)生的內(nèi)應力遠大于基材之間的結(jié)合力,進而導致印制板沿著玻璃纖維與樹脂之間或銅皮與樹脂之間出現(xiàn)分層、鼓包現(xiàn)象,如圖7所示。因此,通過改善預烘參數(shù),溫度(120±5)℃,烘板5 h,烘板后可有效烘除絕大部分濕氣,濕氣含量均不大于0.1%,滿足標準要求,可以有效避免焊接過程中印制板的白斑、鼓包、分層現(xiàn)象,該措施在后續(xù)多批次長時間驗證后,將該措施落實至實際的產(chǎn)品組裝過程中。
4結(jié)論
本文針對一類產(chǎn)品印制電路板鼓包故障進行實例分析,經(jīng)過技術(shù)分析與理論探討,確定了印制板鼓包問題的原因,研究出了行之有效的改進措施,通過試驗驗證,確定取得了明顯的改進效果,并落實到具體的生產(chǎn)中,極大地提高了產(chǎn)品的可靠性,具有實際的指導意義和經(jīng)濟效益。
[參考文獻]
[1]王人偉.PCB層壓白斑分層缺陷分析[J].知識經(jīng)濟,2013(6):73.
[2] 電子組件的可接受性:IPC-A-610-CN[Z].
[3]賈成芬.多層印制板焊接后出現(xiàn)白斑原因淺析[J].硅谷,2012(7):77-78.
[4]茍輝,馬亞偉,李冬,等.印制板白斑分析及改善[J].信息通信,2019(11):277-278.
2024年第15期第20篇
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