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(yīng)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(fù)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(dǎo)線或者通孔斷裂,最終導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)^[2]如圖2所示,標(biāo)準(zhǔn)要求,起泡/分層使導(dǎo)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(fēng)整平等問題。層壓工序和熱風(fēng)整平工藝參數(shù)均滿足工藝要求,排除了熱風(fēng)整平造成的印制板鼓包,同時經(jīng)復(fù)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(fù)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(yù)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(dāng)日波峰焊機操作記錄,發(fā)現(xiàn)預(yù)熱區(qū)溫度與規(guī)范要求不一致,預(yù)熱溫度相比工藝規(guī)程規(guī)范要求下降了2個百分點,預(yù)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)印制板存儲期限超過一年后,樹脂中水分會超標(biāo),焊前預(yù)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(yù)熱溫度不夠和印制板存儲時間超過一年后,濕氣含量超標(biāo),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(yù)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(zhǔn)則

每道工序完成后應(yīng)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(biāo)識字符、圖號、板號等應(yīng)可識別,絲印的阻焊、字符標(biāo)識不應(yīng)遮蓋焊盤;

2)目視印制板表面無劃傷、凹坑、壓痕,不應(yīng)使導(dǎo)體外漏,基材損傷導(dǎo)致橋接導(dǎo)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(yù)熱溫度不足導(dǎo)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(yù)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo),在熱應(yīng)力沖擊下,印制板在受潮區(qū)域出現(xiàn)氣化,導(dǎo)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(yīng)力遠大于基材之間的結(jié)合力,進而導(dǎo)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(yù)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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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