PCBA的可靠性一直是廠商關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著環(huán)保要求的提高，無(wú)鉛焊接工藝逐漸普及，其焊接溫度通常在220~260℃之間，相較于有鉛焊接工藝（210~245℃）更高。而高TG板材因具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg值），能在更寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于無(wú)鉛焊接的PCBA中。然而，高TG板材在無(wú)鉛焊接中也存在一定的分層風(fēng)險(xiǎn)，我們將深入探討這一問(wèn)題，并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略。
一、高TG板材簡(jiǎn)介
TG是指材料從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)的溫度。高TG板材的Tg值通常在170℃以上，如常見(jiàn)的無(wú)鉛板材Tg值可達(dá)185℃左右，其5%質(zhì)量損失Td值（熱分解溫度）也更高，例如某品牌常規(guī)FR4板材5%質(zhì)量損失Td值為305℃，而高TG板材可達(dá)359℃左右，這使得高TG板材在面對(duì)無(wú)鉛焊接的高溫時(shí)，具備更好的熱穩(wěn)定性，能減少因溫度變化導(dǎo)致的PCB走線和焊盤(pán)連接裂紋、焊盤(pán)變形等問(wèn)題，提高PCBA的生產(chǎn)良率。
二、高TG板材在無(wú)鉛焊接中分層風(fēng)險(xiǎn)的成因
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樹(shù)脂特性 ：高TG板材的樹(shù)脂在高溫下粘度高、流動(dòng)性差。在無(wú)鉛焊接的高溫環(huán)境下，若層壓工藝參數(shù)控制不當(dāng)，如升溫速率過(guò)快或壓力施加時(shí)機(jī)不合理，可能導(dǎo)致樹(shù)脂流動(dòng)不充分，無(wú)法有效填充板材內(nèi)部的空隙和界面，從而在焊接過(guò)程中產(chǎn)生分層。
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內(nèi)部應(yīng)力 ：高TG板材的熱膨脹系數(shù)（CTE）相對(duì)較低，但在復(fù)雜的加工工藝中，如多層板的壓合、蝕刻等，不同材料層之間的CTE差異以及高TG板材自身的高固化溫度，會(huì)在板材內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力。當(dāng)這些應(yīng)力超過(guò)板材內(nèi)部的結(jié)合力時(shí)，在無(wú)鉛焊接的高溫作用下，就容易導(dǎo)致分層。
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吸濕性 ：雖然高TG板材的吸濕性一般低于普通FR4板材，但在某些環(huán)境下仍會(huì)吸收一定量的水分。在無(wú)鉛焊接的高溫階段，水分會(huì)迅速汽化膨脹，產(chǎn)生較大的內(nèi)部壓力，促使板材分層，這就是所謂的“爆板”現(xiàn)象。
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表面處理與結(jié)合力 ：高TG板材的表面活性與普通FR4板材不同，其在進(jìn)行內(nèi)層氧化、棕化等表面處理時(shí)，處理效果難以控制。若處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)層銅與半固化片之間的結(jié)合力不足，在無(wú)鉛焊接的高溫沖擊下，結(jié)合力較弱的區(qū)域容易出現(xiàn)分層。
三、應(yīng)對(duì)策略
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優(yōu)化層壓工藝
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控制升溫速率 ：合理降低層壓過(guò)程中的升溫速率，使樹(shù)脂有足夠的時(shí)間流動(dòng)和填充，避免因升溫過(guò)快導(dǎo)致樹(shù)脂提前固化或流動(dòng)不充分。
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調(diào)整壓力參數(shù) ：根據(jù)板材的特性和厚度，精確控制壓力的施加時(shí)機(jī)和大小，確保樹(shù)脂在壓力作用下能夠均勻分布，提高板材內(nèi)部的結(jié)合力。
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降低內(nèi)部應(yīng)力
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材料匹配 ：在設(shè)計(jì)多層板時(shí)，盡量選擇CTE相近的材料搭配，減少不同材料層之間的熱膨脹差異，降低內(nèi)部應(yīng)力的產(chǎn)生。
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優(yōu)化加工流程 ：對(duì)板材的加工工藝進(jìn)行精細(xì)化管理，如在蝕刻過(guò)程中控制蝕刻速率和溫度，避免過(guò)度蝕刻導(dǎo)致板材內(nèi)部應(yīng)力集中；在烘烤環(huán)節(jié)，合理設(shè)置烘烤溫度和時(shí)間，以消除部分殘余應(yīng)力。
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嚴(yán)格控濕
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存儲(chǔ)環(huán)境 ：將高TG板材存放在干燥、通風(fēng)、溫度適宜的環(huán)境中，有條件的可使用干燥柜進(jìn)行存儲(chǔ)，并嚴(yán)格控制存儲(chǔ)時(shí)間，避免板材長(zhǎng)時(shí)間暴露在潮濕環(huán)境中。
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預(yù)烘烤處理 ：在貼片加工前，對(duì)板材進(jìn)行預(yù)烘烤，以去除板材內(nèi)部的水分。烘烤溫度和時(shí)間應(yīng)根據(jù)板材的特性和制造商的建議進(jìn)行設(shè)定，一般在 100~150℃下烘烤 4~8 小時(shí)左右。
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強(qiáng)化表面處理與結(jié)合力
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工藝優(yōu)化 ：針對(duì)高TG板材的特點(diǎn)，優(yōu)化內(nèi)層氧化、棕化等表面處理工藝參數(shù)，提高內(nèi)層銅與半固化片之間的結(jié)合力。例如，可適當(dāng)提高氧化、棕化的溫度和時(shí)間，增加表面粗糙度，以增強(qiáng)兩者的機(jī)械錨合作用。
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質(zhì)量檢測(cè) ：加強(qiáng)對(duì)表面處理后板材的質(zhì)量檢測(cè)，采用先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備和方法，如 X 射線光電子能譜（XPS）、接觸角測(cè)量?jī)x等，對(duì)板材表面的化學(xué)成分和潤(rùn)濕性進(jìn)行分析，確保表面處理效果達(dá)到要求。
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高TG板材在PCBA無(wú)鉛焊接中雖存在分層風(fēng)險(xiǎn)，但通過(guò)以上一系列有效的應(yīng)對(duì)策略，可以顯著降低分層發(fā)生的概率，充分發(fā)揮高TG板材的性能優(yōu)勢(shì)，提高 PCBA 的質(zhì)量和可靠性，滿足電子制造行業(yè)對(duì)高品質(zhì)電子產(chǎn)品的需求。1943科技作為專業(yè)的SMT貼片加工廠，在高TG板材的無(wú)鉛焊接加工方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，能夠?yàn)榭蛻籼峁﹥?yōu)質(zhì)、可靠的PCBA制造服務(wù)，保障電子產(chǎn)品的穩(wěn)定運(yùn)行。
2024-04-26
