Електронні компоненти і системи 
У другій частині буде описано вплив вологи в друкованій платі на її властивості та представлені різні типи дефектів.
Через дипольну природу води волога всередині друкованої плати змінює діелектричні властивості матеріалів плати. Нижче наведено кілька прикладів цитат і коментарів із попередніх досліджень, що описують вплив вологи на друковану плату: «Поглинання вологи всередині ламінату спричиняє набухання смоли, що знижує температуру глазурування. Оскільки процеси набухання є оборотними, вихідна температура глазурування може бути досягнута знову після сушіння.
Вологість знижує в’язкість руйнування і зменшує модуль пружності .
Накопичення води на межі рідина/газ або перехід із рідкого стану в газоподібний відбувається лише тоді, коли фактично існують порожнечі, в яких може накопичуватися волога. Проте в принципі волога розподіляється у вигляді молекул води в твердому полімері в кількостях, що залежать від здатності матеріалу поглинати вологу, зазвичай накопичуючись у граничних шарах.
Тому вологість може спричинити появу дефектів друкованої плати виділення газів або деградацію пластмас. У випадку поліаміду це може призвести до руйнування зв’язків через гідроліз на поверхні . У граничних шарах, таких як склеєні шари, сили зчеплення можуть бути зменшені, що також може спричинити розшарування через термічні напруги та різне розширення матеріалу.
Допустимий рівень вологи
Багато конструкцій друкованих плат витримують навантаження, що виникають у процесі пайки оплавленням, без пошкоджень, і слід підкреслити, що зниження пікової температури навіть на кілька градусів значно зменшує напруги. Виняток становлять матеріали, особливо чутливі до вологи, наприклад ті, що використовуються для гнучких і жорстко-гнучких друкованих плат. У цих випадках рекомендується визначити межу вологості продукту за допомогою випробувань.
Немає загальноприйнятого максимального вмісту вологи, і його межа повинна визначатися окремо для кожного макета друкованої плати. Однак в основному вміст вологи залежить від таких факторів:
- Тип основних матеріалів, які використовуються
- У випадку багатошарових друкованих плат структура шарів
- Макет, тобто розташування мідних доріжок на платі
- Пайка профілю та інші термічні навантаження
Якщо заданий максимальний вміст вологи перевищено, необхідний контрольований процес сушіння перед процесами з високими температурами. Фактичний вміст вологи можна визначити за допомогою методу 2.6.28 стандарту IPC-TM-650.
Визначення критичної межі вологості для конкретного продукту можливе і має сенс, лише якщо конструкція міді придатна для сушіння. Вимірювання вологості через ваги є середнім арифметичним, і воно не має сенсу, якщо волога взагалі не може вийти через наявність великої мідної поверхні (про це ми говорили докладніше в попередній частині).
Теплові навантаження
Через заборону на використання свинцю та перехід до процесів паяння без свинцю і з більш високими піковими температурами, потреба в процесах сушіння помітно зросла, навіть для стандартних багатошарових структур з FR4. Чим вище температурне навантаження в процесі пайки, тим більший ризик дефектів. Зокрема, це стосується матеріалів, які більш чутливі до вологи або гігроскопічні, тобто вони вбирають більше вологи, ніж стандартний FR4. Прикладами є арамідні волокна, FR4 з високою температурою глазурування Tg, або особливо поліамід, який використовується в гнучких і жорстко-гнучких друкованих платах. Для останнього обов’язкова суха друкована плата перед паянням, яка зазвичай виконується шляхом сушіння безпосередньо перед монтажем.
У крайніх випадках навіть невеликі відмінності в профілі пайки можуть визначити різницю між правильним процесом монтажу та появою дефекту. З цієї точки зору важливо забезпечити запас міцності при визначенні параметрів процесу пайки. Залежно від процесу монтажу термічні напруги можуть виникати кілька разів:
- Нагрівання паяльної маски
- Висушування друкованих плат перед процесом пайки, наприклад, 4 години при 120 °C
- Попередній нагрів друкованої плати при 180 ° C і оплавлення при 230-250 °C
- затвердіння клею для двостороннього монтажу SMD
- Повторний нагрів друкованої плати при 200 °C і подальше паяння оплавленням при 230-250 °C
- Пайка хвилею при 250-270 °C
- Вибіркова пайка хвилею
- Переробка та ремонт (ручна пайка особливо небезпечна)
Тут слід підкреслити, що достатньо низький рівень вологості повинен бути забезпечений також у разі паяння під модифікації та ремонту. Найчастіше до цього моменту друкована плата багато часу проводить в не дуже оптимальних, тобто вологоємних, умовах навколишнього середовища. Друкована плата після ремонту може навіть містити більше вологи, ніж нерозібрана друкована плата, яка доставляється лише для виробничого процесу.
У будь-якій друкованій платі, яка є сумішшю різних матеріалів, значне підвищення температури призводить до напружень через їх різний коефіцієнт теплового розширення. Отже, існує невідповідність розширення, яка також називається «невідповідністю КТР» (КТР – коефіцієнт теплового розширення). Завдяки армуванню смоли тканиною з епоксидного скловолокна, як у випадку з FR4, вона добре підходить для розширення міді в площині X/Y, але не по осі Z під час процесу пайки. Чим сильніша невідповідність КТР і чим вищі температури пайки, тим більше термомеханічне напруження, яке впливає на контактні поверхні.
Приклади дефектів
Малюнок 1: Велике розшарування між двома шарами (ліворуч), відкритий блістер (праворуч)
Малюнок 2: Світлі ділянки вказують на можливе розшарування
Малюнок 3: Великі мідні поверхні, звичайно, часто є причиною розшарування блістерів.
Малюнок 4: Відшарування в композитному матеріалі препрегу (ліворуч) і зовнішньому шарі на основі гнучкого адгезиву (праворуч)
Джерела, використані в тексті:
Trocknen von Innenlagen und Leiterplatten, Paper von Fa. Isola, 2009
Fraunhofer IZM, Dr. Hans Walter, Einfluss von Feuchte und Temperatur auf die Zuverlässigkeit von Packaging Materialien, 14. Europäisches ElektroniktechnologieKolleg, März 2011
DuPont Electronics, Flexible Printed Circuit Processing Guide, July 1993, S.59
За матеріалами сайту https://tek.info.pl
