РОЗШАРУВАННЯ ДРУКОВАНИХ ПЛАТ: УРОК ДЛЯ ПОГЛИБЛЕНОГО НАВЧАННЯ

29.06.2023 |

В цій статті зібрані ще деякі подробиці щодо розшарування друкованих плат, знайдені в Інтернеті.

Одна компанія EMS описала свою проблему розшарування друкованих плат наступним чином. Спочатку  плати без компонентів нагрівалися при температурі 100°C протягом шести годин. Потім друковану плату помітили в машину HASL при 250°C на 10 секунд, і проблем з розшаруванням не спостерігалося. Також на більш пізньому етапі пайки хвилею, проведеної на мінімальній швидкості конвеєра, проблем з розшаруванням не було. У великих кількостях вони з’являлися лише на стадії пайки оплавленням, що проводиться при температурі 217-230°С.

Справу розглядав Річард Стадем (Richard Stadem) з General Dynamics AIS, який також є одним із авторів стандарту IPC-1601, що стосується проблем нагрівання компонентів. За його словами, 6 годин при температурі 100°C може бути недостатньо для видалення достатньої кількості вологи. Загальне емпіричне правило Стадема полягає в тому, щоб видалити 80% вологи з друкованої плати: після досягнення цього порогу розшарування, як правило, не повинно бути. Загальновідомо, що температура кипіння води становить 100°C, тому, щоб перетворити вологу на пару і поступово її видалити, потрібно нагріти трохи вище цього порогу. «Ключове слово — поступово. Надто швидке виконання (наприклад, під час процесу оплавлення) спричиняє швидке витіснення вологи з друкованої плати та, таким чином, пошкодження, що поширюється по вертикальній осі, тобто розшарування або розтріскування». Автор рекомендує швидкість підвищення температури в процесі оплавлення не більше 1°С за секунду.

Важливу увагу до обговорення приділяє також Том Залцер (Tom Salzer) з Hermetric, Inc. На його думку, процес нагрівання може бути навіть зовсім неефективним, якщо піч не вентилюється належним чином. Тобто герметична піч може взагалі не працювати, вентильована піч буде набагато краще, а вакуумна піч — найкраще.

Річард Стадем також звертає увагу на іншу надзвичайно важливу проблему в боротьбі з розшаруванням — на якість самої друкованої плати: «Більше того, сама препрег (шар додаткового діелектрика) друкована плата також часто є проблемою. Якщо використаний ламінат поганої якості, а епоксидна смола має нерівності між шарами або всередині самих шарів, утворюються якісь повітряні порожнечі. Жодне нагрівання не може видалити ці повітряні «кишені», і після процесу нагрівання рівень вологості може повернутися до попереднього рівня через годину або дві».

Щоб звести до мінімуму ризик повторного насичення плати вологою, час між нагріванням і процесом оплавлення слід максимально скоротити. Якщо ж це неможливо, після нагрівання плату слід зберігати або в спеціальній, вологостійкій упаковці, або в шафі MSD.

Девід Дюрос (David Duross) з The Bare Board Group об’єднав свої знання з цього питання в наступні чотири пункти.

  • Обов’язково видаліть всю вологу. Найкращий спосіб відповісти на це запитання — зважити плату на точних вагах. Зразок слід нагріти протягом визначеного часу при заданій температурі, зважити та повторно нагріти, поки подальший нагрів не призведе до нової втрати ваги. Таким чином, весь процес нагрівання встановлюється одночасно: сума часу, витраченого на цей тест, є мінімальним часом нагрівання.
  • Ви повинні запитати себе, якою має бути правильна температура нагрівання? Важливим фактором, який слід враховувати в цьому відношенні, є стандарти UL, згідно з якими кожен продукт має визначену максимальну безперервну робочу температуру, або MOT (maximum continuous operating temperature — максимальна безперервна робоча температура). Наприклад, якщо більшість компонентів мають MOT 130°C, але один компонент має MOT 120°C, тоді верхня межа температури нагрівання становить 120°C. Після MOT теоретично матеріали починають змінюватися. Також пам’ятайте про можливі недоліки самої печі: якщо вона має допуск +/- 5°C від заданого значення, то температура витримки становитиме 115 +/- 5°C. Також слід пам’ятати, що після відкриття дверцят печі і завантаження нерозігрітого продукту температура печі трохи знизиться — відлік часу повинен початися тільки тоді, коли піч досягне заданої температури.
  • Ще однією проблемою є окислення поверхні плати та його вплив на здатність до пайки. Тривалий нагрів може погіршити ці властивості, тому бажано провести тест на здатність до пайки друкованої плати після нагрівання як частину загального процесу кваліфікації.
  • Останнє питання – механічна міцність ламінату. Шари плати можуть бути сформовані різними способами, що характеризуються різною міцністю механічного з’єднання. Висока температура, коли плата рухається по етапах конвеєра, може викликати додаткове механічне навантаження, що є потенційною причиною механічного розшарування. Під впливом тепла матеріали розширюються з різною швидкістю, і, крім того, може статися, що різні ділянки плати підвищують свою температуру з різною швидкістю. Ці фактори створюють механічне навантаження на виріб під час процесу монтажу. Модифікація процесу монтажу, щоб забезпечити можливість попереднього нагрівання продукту протягом трохи довшого періоду часу, допоможе мінімізувати термічний шок і стрес, що, у свою чергу, допоможе зменшити виникнення дефекту механічного розшарування.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl