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PCB,电路板组件装焊后阻焊膜分离的原因分析及解决方法
日期:2009-11-11 19:53  点击:520

印刷线路板微过孔成形制程选用原则
 
1.阻焊膜分离现象的发现及现象分析

    近来在生产过程中,发现电路板在焊接之后,有个别焊点周围出现了很小的浅绿色斑点,有些浅绿色斑点连接成片,严重的形成指甲盖大小的泡状物质,影响了产质量量。这些浅绿争斑点均出现在焊接面涂覆了绿色阻焊膜且组件安装密度很大的多层电路板焊接之后的焊点周围,而且随着放置时间的增加,这些连接成片的泡状物质的面积还可能增加。

    我们挑选了一块情况最严重的PCB进行分析。首先在10倍的放大镜下观察,这些起泡层均为浅绿色半透明状,然后在40倍放大镜下将起泡层用针挑破,发现这些起泡层与电路板基板颜色明显不同,且在起泡层未发现有导线。因此断定,这些起泡层是电路板上涂覆的阻焊膜与电路板分离造成的。

    2.多层电路板的加工工艺以及阻焊膜涂覆过程

    为了解阻焊膜分离的原因,首先应了解多层电路板的加工工艺以及阻焊膜的涂覆过程。
  
    2.1多层电路板的加工工艺

    由于集成电路的功能密度增加,相应的外围电路日趋复杂,互连布线密度大大提高,采用多层电路板就是把电源线,接地线以及部分互联机分别放置在内层板上,由电镀通孔完成各层之间的相互连接。
多层电路板的加工工艺十分复杂,因此仅以环氧玻璃纤维电路基板的制造工艺为便进行介绍。多层电路板的加工过程可从原材料制备,内层板和多层板的加工,电镀和阻焊膜的涂覆四个过程加以说明:

   (1) 原材料

    环氧玻璃纤维层板的制备分为三个阶段:

    A阶段:把环氧树脂和需加工的化学物品按比例混合在一起。

    B阶段:把编织好看玻璃纤维布浸渍配好的环氧树脂,浸渍后加热烘烤使环氧玻璃纤维层板处于半固化状态。此阶段的材料是电路板主体材料,它的性能直接影响电路板的介电性能,因此B阶段材料的存储环境要保持低的湿度,以免材料吸潮。一旦吸潮,不但影响电路板的介电性能,而且大量的潮气存在于电路板中,在电路板组装后的焊接过程中就会直接影响焊接质量。

    C阶段:材料中热烘干去除吸入的湿气,提高尺寸稳定性,然后在B阶段材料的单面或双面压上高纯铜箔,此时的材料是覆铜环氧玻璃纤维层板。

   (2) 内层板与多层板工艺
    内层的制造工艺是:剪裁覆铜层板(C阶段材料)→在每层板上标出加工标记→烘烤覆铜层板驱除潮气,改善层板的尺寸稳定性→钻工艺孔→在层同涂感光膜→在UV灯下曝光→显影→腐蚀→去感光膜→铜表面进行黑化处理→烘干。

    多层板的制造就是将多个内层板之间用半固化片(B阶段材料)分上下外层分别覆盖铜与脱膜纸进行热压而成。

   (3) 电镀

    电镀就是将电路板外层金属电镀金属的过程。它包括镀铜,镀金,镀镍,镀锡铅焊料等。

    可以看到,在电路板的加工过程中,在液体中浸渍几乎每一道工序都在使用,而烘干去湿是每一道工序都应特别注意进行的。在这个过程中,稍有疏忽,就有可能在电路板中留下残存的液体,若烘干过程进行是不充分时,就变成湿度很大的气体存留在电路板中,留下隐患。
2.2阻焊膜的涂覆过程
    随着电子装联技术的发展电路板的功能密度越来越大,要求布线稠密,金属布线间的距离越来越小,在采用机器焊接(包括波峰焊和再流焊接)时细间距布线就容易产生桥连,这样就需要用阻焊膜将电路上不需要焊接的部位遮挡起来。

    阻焊是一种聚合物材料,它可以分为两大类:非永久性阻焊膜和永久性阻焊膜。

   (1) 非永久性阻焊膜又可分为可洗涤和可剥离两类。它一般用于波峰焊之前,将不希望流动焊料的部位(如螺钉孔,备份孔等)遮挡起来,待波峰焊接之后再除去。

  (2) 永久性阻焊膜

   永久性阻焊膜层是电路板一个组成部分,它的作用除防止波峰焊接时产生焊锡桥连外,留在金属布线表面上还可避免布线受机械损伤或化学腐蚀。它可分为干膜和湿膜两类。干阻焊膜图形分辨率高,适用于高密度电路板,能精确地和电路板上的布线对准,加之干膜无法流动性,布线,焊盘又有厚度,所以干膜和电路板之间就有可能留有气体,受热后气体膨胀,干膜就可能发生破裂现象。湿阻膜可以电路板上流动,固化后形成阻焊膜。一般高密度,细线条的电路板使用挂帘工艺将光刻图形转换成阻焊膜涂覆电路板上。

    阻焊膜位于电路板的最外层,可以保护其它各层不受损害。如果在电路板装焊过程中发生受损现象,不论是外来因素还是内部因素,都会首先表现在阻焊膜上,因此通过焊后阻焊膜的检查就能发现与之相关的质量问题。

   3.阻焊膜与电路板分层的原因分析及解决方法

   3.1  阻焊膜与电路板分层的原因

   阻焊膜与电路板分层的原因就是在电路板内部存在有气体。在焊接过程中,电路板加热时,多层板内的残留气体受热膨胀,沿着多层板的金属化孔内壁或电路板层与层之间的缝隙聚集在多层电路板的最薄弱环节,即阻焊膜与电路板层之间并将阻焊膜顶起,从而导致阻焊与电路板分层,严重时还会产生阻焊膜破裂现象。在焊接过程中,焊接面所受温度最高,因此,焊接面的阻焊膜最容易与电路板分层。一般在波峰焊接或再流焊接时,焊接面焊盘周围的温度最高,因此分层现象大多首先出现在焊点周围。

    另外,在使用手工焊接时,过高的焊接温度与过长的焊接时间也会损伤电路板的阻焊膜,造成阻焊局部受损,出现阻焊膜与电路板分层,阻焊膜破裂,阻焊膜与电路板烧焦等现象。
3.2  解决阻焊膜与电路板分层的方法

    解决阻焊膜与电路板分层的方法首先就是尽量减少电路板内部的气体含量。这需要从以下五个方面着手:

   (1) 对电路板的生产环节进行严格控制,注意生产过程中环境条件的控制,尤其是温度与湿度的要求,并且在每一道工序中都注意尽量减少使气体存在于电路板间的因素,提高制板质量;

   (2) 生产加工完成后的电路板应在密封状态下保存,并且应保存在干燥,恒定室温的环境中,在运输过程中也应注意避免受潮。在电路板需要使用时再打开它的密封包装;

   (3) 电路板应在有效期限之内使用。一般电路板的有效期是从密封出厂到开封使用的时间为一年,超过有效期是要进行各项指标的复验,复验合格后才能继续使用;

   (4) 在电路板组件装联工艺中规定在电路板装焊之前,应进行裸板的预烘,一般采用烘干温度为60℃,烘干时间为8小时的工艺参数为适合,这样既能将电路板组件内部的气体逐步排出,又不会使焊盘表面及金属化孔氧化;

   (5) 使用正确的工艺方法和工艺参数。在没有特殊要求的情况下一般多采用机器焊接,因为在机器焊接过程中,各项焊接参数容易控制,电路板有安装好的元器件整体均匀加热,不会使电路板产生局部过热的情况,对板面及元器件的热损伤较小。有特殊要求必须手工焊接以及机器焊接之后的缺陷修补时,应严格按照工艺要求选择工艺参数,严格控制焊接温度与焊接时间,从而保证焊接后产品的质量。

    4  发生阻焊膜分离现象的电路板的处理

    通过以上阻焊膜的原因分析,可以知道微小的分离现象使得受损坏的仅仅是阻焊膜,而对于大面积分离的电路板组件就有可能危害到电路板的基体乃至导线,因而对于发生了阻焊膜分离现象的电路板,不能够用作正式的军用产品,但可视其分离现象的严重程度分别对待:

   (1) 对于阻焊膜起的总面积大于电路板板面面积的10%以上,则此电路板就不能继续使用,由QC部门决定作报废处理;

   (2) 对于阻焊膜分离的总面积小于电路板板面面积的10%,则此电路板组件可用作非正式产品,如地面调试件或试验件。

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