Сушим, но все равно расслаиваются, почему?

Мы держали на просушке наши пустые печатные платы при температуре 100°С в течение шести часов. Затем погрузили в машину HASL при 250°C на 10 секунд. Никакого расслоения не наблюдалось. После этого те же самые печатные платы были отправлены на сборку и прошли через систему пайки волной припоя на минимальной скорости конвейера. И тоже без расслоения.
Наконец, на печатных платах были смонтированы компоненты SMT, и они прошли через нашу систему пайки оплавлением в диапазоне температур от 217 до 230°C. И у большинства этих печатных плат возникли проблемы с расслаиванием. Где нам искать решение этой загадочной проблемы?

Начнем с последовательности действий, то, как это описывается – сначала нанесение финишного покрытия HASL, затем пайка волной и последняя операция – пайка оплавлением компонентов для поверхностного монтажа SMT.

Каков был временной интервал между этими шагами? Возможно ли, что между пайкой волной припоя и пайкой оплавлением платы достаточно долго подвергались воздействию окружающей среды и набрали при этом влагу. Надо помнить, что сами циклы пайки не испаряют влагу. Предполагаем, конечно, что это общеизвестный факт и такой вариант событий был предусмотрен.

Посмотрим на стандарт IPC 1601. В нем сказано, что все циклы сушки требуют температуры от 105 до 120°C. Эти ПП сушились при 100°C. Возможно, что сушка осуществлялась при недостаточно высокой температуре. В итоге это привело к тому, что осталась некоторая остаточная влага глубоко в слоях платы и последующие более короткие циклы нагрева — нанесение HASL и пайка волной не дали достаточного тепла, чтобы предотвратить расслоение. При этом чуть более длительные на 30–60 секунд циклы в типичном профиле оплавления могли бы и решить эту проблему.

Источником расслоения могла быть влага, глубоко проникшая внутрь платы. Легко поднять температуру сушки на 10–15°C. Следуйте рекомендациям IPC 1601. Это самый первый документ, первая в отрасли универсальная спецификация, которая в цифрах и доказанных фактах подробно рассматривает методику отжига печатных плат.

Откуда еще могла появиться влага? При любой многократной обработке, есть ли другой источник влаги в процессе? Была ли отмывка после пайки волной? Обычно процесс очистки водой происходит слишком быстро, и это вряд ли могло вернуть много влаги в платы. Странно, что не было расслоения при погружении HASL, 250°C в течение 10 секунд.

Общий вывод – следовать рекомендациям стандарта и поднять температуру сушки до положенных 120°C.

Комментарии

При сушке: взвесьте, просушите, взвесьте и снова сушите, пока вес не упадет до нужного. Необходима шкала в миллиграммах. Обычно мы сушим при 140°C. Давление пара около 3 бар, для сравнения с 30 бар при 235°C, когда платы расслаиваются! Ниже 150 должно быть безопасно. Голые платы, без компонентов!

Sten Bjorsell, Shipco Circuits Ltd

Важно и то, как располагаются платы в печи. Если их много, а температура распределяется неравномерно, то возможно, что центральные платы будут просушены не полностью.

Liz Cramer, Global PCB Technologies, USA

Я в некотором роде новичок в SMT, но у меня есть некоторый опыт в области поглощения влаги компонентами. Я бы посоветовал, помимо увеличения температуры сушки, чтобы привести ее в соответствие со спецификацией IPC, которую вы цитируете, чтобы время между сушкой и пайкой оплавлением SMT было как можно короче, чтобы исключить возможность повторного впитывания влаги. Если у вас есть соответствующее оборудование, вы можете попытаться измерить прибавку в весе печатных плат между первым обжигом и моментом оплавления, просто чтобы убедиться в наличии влаги.

Francesco Basta, Cisco, Netherlands

Эффективность выпекания при 100 °C может полностью свести на нет весь результат, если печь не вентилируется должным образом. Во время сушки важно поддерживать максимально возможную разницу парциального давления воды. Это означает, что герметичная духовка может вообще не работать, вентилируемая духовка будет намного лучше, а вакуумная духовка будет лучшей.

Tom Salzer, Hermetric, Inc., USA

Что нужно учитывать при сушке, чтобы свести к минимуму расслоение:

Вы точно удалили всю влагу? Как вы узнали, что это так? Правильный способ: взвесьте образец на точной граммовой шкале. Сушите образец в течение заданного периода времени при заданной температуре. Взвесьте образец. Продолжайте сушить при тех же параметрах еще час. Снова взвесьте образец. И еще один час сушки. Если вы заметили снижение веса, добавьте еще час. Взвешивайте и сушите, пока идет снижения веса. Когда вес перестанет меняться в пределах допуска весов, это и будет то самое необходимое время сушки для этой партии печатных плат.

При какой температуре сушить? Первое, что следует учитывать, — это продукт, и здесь на помощь приходит UL. Материалы и продукты, сертифицированные UL, проходят оценку при максимальной продолжительной рабочей температуре, также известной как MOT. Если большинство компонентов рассчитаны на MOT 130°C, а одна маленькая SMD емкость — на 120°C, то именно 120°C — ваш верхний температурный предел. Выше значения MOT и материалы теоретически начинают разрушаться. Если печь имеет допуск +/- 5°C от заданного значения, тогда температура сушки должна быть 115 +/- 5°C. Имейте в виду, когда вы открываете дверцу или загружаете предварительно прогретую печь новой партией «холодного» продукта, то температура в ней должна упасть. Часы начинают тикать, когда духовка достигает заданной температуры.

Окисление поверхности и влияние на паяемость. У IPC есть рекомендации о процессе сушки, касающиеся таких параметров, как специфика печи, размещение продукта, поток воздуха, вентиляция и т. д. Если вы получили образец припоя от изготовителя печатной платы, используйте его для проверки вашей операции обжига и профиля сборки. Имейте в виду, что температурный профиль печи будет разный при полной или частичной загрузке ее объема. Долгосрочное наблюдение и тестирование являются частью общего квалификационного процесса.

Механическая прочность ламината. Эпоксидное отверждение механически прочнее с точки зрения сцепления. Эпоксидная смола фенольного отверждения имеет более слабую механическую прочность сцепления. Тепловой удар при высоких температурах на сборочной линии от зоны к зоне может привести к дополнительному механическому напряжению, которое повлечет и механическое расслоение платы. Под воздействием тепла материалы расширяются. Разные материалы расширяются с разной скоростью. Температура в разных частях продукта увеличивается с разной скоростью. Эти факторы увеличивают нагрузку на изделие в процессе сборки. Изменение техпроцесса сборки для того, чтобы позволить изделию прогреваться в течение немного более длительного времени, поможет свести к минимуму температурный удар и напряжение. Это уменьшит вероятность механического расслоения.

David Duross, The Bare Board Group, USA

Я один из авторов IPC-1601. Позвольте мне просто заявить, что 6 часов при 100°C может быть недостаточно для удаления всей необходимой влаги, чтобы оставалось менее 20% от ее содержания в окружающей среде. Другими словами, если вы можете удалить 80% насыщенной влаги из PWB, этого, как правило, будет достаточно, чтобы платы не расслаивались во время оплавления.

Температура кипения воды 100°C, поэтому нужно подняться немного выше этой температуры, чтобы преобразовать влагу в пар и постепенно вытеснить его. Ключевое слово — постепенно. Выполнение этой операции слишком быстро (например, во время оплавления) приводит к сильному вытеснению влаги из печатной платы и, как следствие, к повреждению от расширения по оси Z (расслоение или растрескивание и сдвиг). Во многих случаях проблема заключается в препреге платы. Если ламинат PWB имеет низкое качество, и внутри ламината между слоями или в самих слоях есть пропуски эпоксидной смолы, никакое дополнительное время сушки не сможет удалить эти воздушные карманы, и после спекания содержание влаги может вернуться на уровень насыщения в пределах часа или двух при относительной влажности 40–60%. Таким образом, время после сушки и до оплавления имеет решающее значение. Если PWB не собираются печатать, заполнять и перекомпоновывать в течение нескольких часов, то после сушки обязательно либо уберите ПП в сухую упаковку, либо храните платы в сухом контейнере, таком как DR Storage или McDry, до тех пор, пока они не будут готовы к обработке.

Если платы потребует какой-либо выборочной пайки или доработки горячим воздухом, сушку необходимо повторить. Нарастание температуры во время оплавления не должно быть слишком быстрым. Скорость нарастания не должна превышать 1°C в секунду. Типичный профиль оплавления для обычной сборки длится в среднем 7 или 8 минут, возможно, для бессвинцовой сборки времени сушки потребуется намного дольше, это же относится и к более крупным и массивным платам.

Richard Stadem, General Dynamics AIS, USA

По материалам с портала www.circuitinsight.com. Еще статьи по теме монтажа и изготовления печатных плат:

Написать ответ

Your email address will not be published. Required fields are marked *