Výkon a kvalita dosky plošných spojov, ako základnej zložky elektronických produktov, priamo ovplyvňuje stabilitu a spoľahlivosť celého elektronického zariadenia. Spomedzi mnohých faktorov, ktoré ovplyvňujú výkon dosky plošných spojov, hrá rozhodujúcu úlohu antioxidačná kapacita.
Nebezpečenstvo oxidácie dosky plošných spojov
doska plošných spojov sa skladá hlavne z vodivých vedení, izolačných substrátov a rôznych elektronických komponentov. Pri každodennom používaní sa dosky plošných spojov stretávajú s rôznymi environmentálnymi výzvami a oxidácia je problém, ktorý nemožno ignorovať. Kyslík, vlhkosť a rôzne znečisťujúce látky vo vzduchu môžu chemicky reagovať s kovovými drôtmi na doske plošných spojov, čo spôsobuje koróziu, zvýšený odpor, nestabilný prenos signálu a dokonca aj poruchy obvodu. Najmä kovové časti, ako sú medené fóliové línie a spájkované spoje na doskách plošných spojov, sú náchylné reagovať so vzdušným kyslíkom, pričom vznikajú oxidy. Tieto oxidy môžu zvýšiť odpor obvodu, narušiť stabilitu prenosu signálu a v závažných prípadoch spôsobiť prerušenie obvodu, čo má za následok nesprávne fungovanie elektronických zariadení.
Antioxidačný proces
Maska na organické spájkovanie
Ide o bežne používaný antioxidačný proces dosky plošných spojov-, ktorý vytvára na povrchu dosky plošných spojov tenký organický ochranný film, ktorý izoluje kov od vzduchu, čím sa prejavujú anti-oxidačné účinky. Princíp je založený na chemickej väzbe. Ak vezmeme ako príklad bežný azolový OSP, imidazolový kruh v alkylbenzimidazolových organických zlúčeninách môže tvoriť koordinačnú väzbu s 3d10 elektrónmi atómov medi, čím sa vytvárajú komplexy alkylbenzimidazolovej medi. Počas procesu poťahovania sa najskôr potiahne prvá vrstva, ktorá adsorbuje meď. Potom sa druhá vrstva molekúl organického povlaku spojí s meďou a tento proces sa opakuje, kým sa nevytvorí štruktúra zložená z mnohých molekúl organického povlaku. Nakoniec sa na medenom povrchu vytvorí ochranná vrstva s hrúbkou všeobecne medzi 0,2-0,5 µm. Navyše vďaka van der Waalsovej príťažlivosti medzi alkylovými skupinami s dlhým-reťazcom a prítomnosti benzénových kruhov má tento ochranný film dobrú tepelnú odolnosť a vysokú teplotu rozkladu. V následnom prostredí vysokoteplotného zvárania môže byť tento ochranný film ľahko a rýchlo odstránený tavivom, čo umožňuje, aby sa obnažený čistý medený povrch spojil s roztavenou spájkou vo veľmi krátkom čase, čím sa vytvorí pevný spájkovaný spoj.
Proces OSP má relatívne nízke náklady a nie je zložitý, vďaka čomu je vhodný pre-výrobu vo veľkom meradle. A dokáže udržať dobrú spájkovateľnosť spájkovacích plôšok, čím sa zabezpečí kvalita zvárania. Má však aj určité nevýhody, ako je tenká vrstva filmu, ktorá vedie k obmedzenému času skladovania a antioxidačná účinnosť je náchylná na pokles s časom a zmenami prostredia; Nie je odolný voči vysokým teplotám, obmedzený na scenáre, ktoré vyžadujú viaceré vysokoteplotné-procesy; Zváracie prostredie má prísne požiadavky a faktory ako nečistoty a vlhkosť prostredia môžu ľahko ovplyvniť jeho výkon a kvalitu zvárania.
ponorné zlato
Tento proces zahŕňa nanesenie vrstvy niklu na povrch dosky s plošnými spojmi, po ktorej nasleduje vrstva zlata. Vrstva niklu môže blokovať difúziu medi, zatiaľ čo vrstva zlata má dobrú odolnosť proti oxidácii a vodivosť, čo môže výrazne zlepšiť výkon a spoľahlivosť dosky s plošnými spojmi. Proces chemického pokovovania niklom je zrelý, s dostatočnou zásobou, vhodný na bezolovnaté{2}}spájkovanie. Náklady na tento proces sú však relatívne vysoké a jeho povrch nie je dostatočne hladký, čo sťažuje zváranie komponentov s jemným rozstupom.
Ponorenie do striebra
Proces ponorného striebra môže vytvoriť rovnomernú vrstvu striebra na povrchu dosky s plošnými spojmi s dobrou odolnosťou proti oxidácii a spájkovateľnosťou. Pod striebornou vrstvou nie je žiadna vrstva niklu, takže ponorné striebro nie je tak fyzicky silné ako bezelektrické poniklovanie/ponorné zlato. Strieborná vrstva bude vystavená pôsobeniu vzduchu dvojitou koróznou cestou. Pri chemickej oxidácii 4Ag+O ₂ → 2Ag ₂ O vytvára žltú oxidovú vrstvu; Pri elektrochemickej korózii Ag+H ₂ S → Ag ₂ S+H ₂ vytvára čierne sulfidy. Keď je relatívna vlhkosť vyššia ako 60%, rýchlosť korózie sa zvýši trikrát; V prostrediach{10}}obsahujúcich síru, ako sú gumené obaly, môže do 24 hodín dôjsť k viditeľnému sfarbeniu.
namáčanie cínu
Proces ponorného cínu pokrýva povrch dosky plošných spojov vrstvou cínu, ktorý dokáže účinne zabrániť oxidácii. Pretože všetky spájkovacie materiály sú na báze cínu, vrstva cínu sa môže zhodovať s akýmkoľvek typom spájky. Avšak dosky s plošnými spojmi ošetrené procesmi namáčania cínu v minulosti boli náchylné na problémy s cínovými fúzmi a počas procesu spájkovania predstavovali javy cínových fúzov a migrácie cínu vážne problémy so spoľahlivosťou. Neskôr pridaním organických prísad do cínového imerzného roztoku sa štruktúra cínovej vrstvy premenila na častice, čím sa prekonali vyššie uvedené -ťažkosti a mala dobrú tepelnú stabilitu a zvárateľnosť. Doba skladovania ponorných pocínovaných plechov je obmedzená a pri príliš dlhom ponechaní sa na ich povrchu vytvorí oxid cínu, ktorý ovplyvní efekt zvárania. Preto je potrebné pri montáži dôsledne dodržiavať poradie ponorného plechu.
Teplovzdušné vyrovnávanie
Vyrovnávanie horúcim vzduchom, tiež známe ako vyrovnávanie horúcovzdušnou spájkou, bežne známe ako striekanie cínu. Tento proces zahŕňa potiahnutie povrchu dosky plošných spojov roztavenou cínovou olovenou spájkou. V súčasnosti sa častejšie používa bezolovnatá{2}}spájka a potom sa na vyrovnanie spájky používa zahrievanie stlačeného vzduchu, čím sa vytvorí povlaková vrstva, ktorá dokáže účinne odolávať oxidácii medi a poskytuje vynikajúcu spájkovateľnosť. Počas horúcej klimatizácie dochádza k interakcii spájky s meďou za vzniku zlúčenín medi a cínu na spoji. Tento proces sa delí na vertikálny a horizontálny typ, pričom horizontálny typ je všeobecne považovaný za výhodnejší kvôli rovnomernejšiemu povlaku a možnosti dosiahnuť automatizovanú výrobu. Všeobecný proces zahŕňa kroky ako mikroleptanie, predhrievanie, nanášanie taviva, striekanie cínu a čistenie. Proces vyrovnávania horúcim vzduchom je vyspelý, s relatívne nízkymi nákladmi a dobrou spájkovateľnosťou, vhodný na bezolovnaté-spájkovanie. Jeho povrch však nie je dostatočne hladký, čo sťažuje zváranie komponentov s jemným rozstupom a olovo obsahujúce HASL tiež čelí environmentálnym problémom.
hnednutie
Vo výrobnom procese viac{0}}vrstvových dosiek plošných spojov je úprava vnútorného povrchu medenej fólie kľúčová pre kvalitu laminácie a proces hnednutia je pri nej široko používaný. Jeho jadrom je vytvorenie porézneho filmu oxidu medi alebo oxidu meďnatého na povrchu medi chemickou oxidačnou reakciou. Pôsobením alkalických oxidantov meď podlieha oxidačným reakciám, pričom 2Cu+4OH ⁻+O ₂ → 2CuO+2H ₂ O, Cu+2OH ⁻ → Cu ₂ O+H ₂ O+2e ⁻. Hnednutie poskytuje nielen dobrú priľnavosť medzivrstvy, ale tiež zlepšuje zmáčavosť živice počas procesu laminácie. Pórovitá štruktúra zhnednutej vrstvy zväčšuje povrch medenej fólie, uľahčuje penetráciu živice a vypĺňanie mikropórov, znižuje bubliny a dutiny počas laminácie, zvyšuje mechanickú silu hryzenia a znižuje riziko delaminácie. Pri tepelnom cyklovaní dosky s plošnými spojmi môže byť napätie rovnomernejšie rozložené, čím sa znižuje riziko delaminácie medzivrstvy a zlepšuje sa tepelná spoľahlivosť. Ak však nie je riadne kontrolovaná, nadmerná oxidácia môže spôsobiť, že vrstva oxidu bude príliš hrubá a krehká, čím sa zníži pevnosť spojenia; Nerovnomerná oxidácia môže viesť k nekonzistentným väzbovým silám a zvýšiť riziko delaminácie; Ak dôjde k zhnednutiu pred následnou lamináciou, ako je absorpcia vlhkosti alebo poškodenie oxidového filmu, môže to tiež viesť k zníženiu pevnosti spoja. Hrúbka vrstvy oxidu sa zvyčajne riadi medzi 0,5-1,5 μm. Pred zhnednutím sa na odstránenie oxidov a organických nečistôt z medeného povrchu používa proces mikroleptania. Bežné mikroleptacie činidlá zahŕňajú persíran amónny alebo systémy peroxidu vodíka kyseliny sírovej. Roztoky na hnednutie sa zvyčajne skladajú z alkalických oxidantov, komplexotvorných činidiel a stabilizátorov. Úpravou oxidačných podmienok možno dosiahnuť optimálny pomer CuO/CuO₂O na vyváženie pevnosti väzby a tepelnej odolnosti. Medený povrch po zhnednutí je náchylný na vlhkosť alebo znečistenie ovzdušia a zvyčajne vyžaduje antioxidačnú úpravu pred lamináciou, ako je použitie organických ochranných vrstiev, ako je benzotriazol alebo iné antioxidanty, ako aj suché skladovanie, aby sa zabránilo absorpcii vlhkosti a znížilo sa riziko poškodenia.
Ďalšie opatrenia na odolnosť dosky plošných spojov proti oxidácii
Výber materiálu
Vo výrobnom procese dosiek plošných spojov je kľúčový výber-kvalitných substrátov a kovových materiálov. Vysokokvalitné podklady majú dobré izolačné vlastnosti a stabilitu, ktoré dokážu účinne blokovať inváziu kyslíka a vlhkosti. Medzitým použitím kovových povlakov so silnými antioxidačnými vlastnosťami, ako je pozlátenie, postriebrenie, pocínovanie atď., sa môže na povrchu kovového okruhu vytvoriť ochranný film, ktorý zabráni vzniku oxidačných reakcií. Napríklad v niektorých špičkových{5}}elektronických produktoch sa používa medená fólia bez obsahu kyslíka s vynikajúcou odolnosťou voči oxidácii ako pomedený-materiál na zvýšenie celkovej odolnosti dosky plošných spojov voči oxidácii.
kontrola životného prostredia
Rozumné prostredie na skladovanie a používanie sú rovnako dôležité pre odolnosť dosky plošných spojov voči oxidácii. Počas výroby, skladovania a prepravy dosiek plošných spojov by sa mala prísne kontrolovať teplota a vlhkosť prostredia, aby sa zabránilo vystaveniu dosiek plošných spojov vysokej teplote, vysokej vlhkosti alebo prostrediam obsahujúcim znečisťujúce látky. Napríklad skladovanie dosiek plošných spojov v prostredí s relatívnou vlhkosťou regulovanou medzi 40 % -60 % a teplotou regulovanou medzi 20 stupňami -25 stupňami môže účinne spomaliť rýchlosť oxidácie. Zároveň vyberte vhodné obalové materiály, ako sú vrecká odolné voči vlhkosti, penové škatule atď., Aby ste zabezpečili integritu a kvalitu dosky plošných spojov. V prípade holých dosiek, ktoré ešte nie sú zmontované, môže vákuové balenie účinne izolovať vzduch a oddialiť proces oxidácie.
Optimalizácia výrobného procesu
Optimalizácia výrobného procesu môže skrátiť čas vystavenia dosiek plošných spojov vzduchu počas výrobného procesu a tiež znížiť riziko oxidácie. Napríklad použitím automatizovaného zariadenia na rýchle dokončenie prechodu z leptania na spájkovaciu masku sa dá vyhnúť zbytočnému čakaniu. Použitie antioxidačných roztokov na ošetrenie medených povrchov počas špecifických fáz výroby dosiek plošných spojov môže poskytnúť dočasnú ochranu medeného povrchu v krátkom časovom období, kým sa nezačne ďalší proces.