Существуют специальные меры, направленные на увеличение устойчивости плат к расслоениям при нагреве. К таким мерам относят:
- использование материалов оснований с высокой температурой стеклования;
- выполнение массивных полигонов внутренних слоев в виде сеток;
- упрочнение адгезионных связей специальной обработкой металлических поверхностей (оксидацией);
В этом ряду удаление влаги из оснований печатных плат перед пайкой стоит особняком ввиду того, что необходимость данного процесса очевидна не для всех. Хотя для печатных плат не менее существенно поддерживать минимальный уровень объемной влаги, чтобы предотвратить их расслоение при пайке. Особенно важно это при групповых методах нагрева и еще более необходимо для пайки волной припоя.
Расслоения при пайке
Процесс увлажнения плат может длиться как угодно долго. Он ограничен только временем от отгрузки плат заказчику до поступления на сборочно-монтажную линию. Но испарение влаги из основания при пайке происходит настолько быстро, что пары воды распирают материал, провоцируя расслоения.
Для многослойных печатных плат, в структуре которых используют массивы фольги на внутренних слоях «земли» и питания, интенсивно выделяющийся пар, встречая непреодолимое сопротивление фольги и не успевая рассосаться, распирает слои, вызывая расслоение. Часто это явление сопровождается короблением плат, которое обнаруживается после пайки.
В процессе производства печатные платы периодически подвергаются сушке и нагреву для отверждения покрытий. Но на конечном этапе они подвергаются всевозможным операциям тестирования и приемки. Хорошо, если при тестировании они находятся в контролируемой среде по температуре и влажности (если соблюдаются условия стерильности) и в финале подвергаются вакуумной упаковке перед отправкой заказчику. Так где и когда следует сушить платы?
- Всякий контакт плат с внешней средой приводит не только к их увлажнению, но и к процессам гидролиза, то есть к таким формам влагопоглощения, устранение которых затруднено. За счет хорошей смачиваемости и поверхностного натяжения капиллярная влага накапливается в объеме уже при относительной влажности порядка 60%. Конденсированная в капиллярах влага диффундирует в ближайший объем и, если она находит низкомолекулярные продукты, гидролизует их. Но гидролиз — медленный процесс, длительный во времени. И чем меньше ему предоставлено времени, тем лучше. Поэтому перед отгрузкой заказчику платы нужно сушить и поддерживать их сухое состояние за счет использования вакуумной упаковки.
- Но упаковка плат пленками создает лишь временный барьер для влаги, в то время как внешняя среда, сопровождающая транспортировку плат к заказчику, не контролируема. В летний сезон в зонах умеренного климата температура и влажность характеризуются относительно большими значениями. Что касается климатических зон Юго-Восточной Азии, откуда могут поступать заказы печатных плат, они круглогодично отличаются большой влажностью. В этих ситуациях вакуумная упаковка сухих плат не только замедляет диффузию влаги, но создает диффузионный барьер для воздействия агрессивной атмосферы промышленных зон, другими словами, предотвращает (или по крайней мере замедляет) коррозионные процессы металлических элементов печатных плат и гидролиз изоляции. Но к заказчику после транспортировки платы на место использования приходят в неопределенном состоянии, поэтому требуют сушки («кондиционирования»).
- Современное сборочно-монтажное производство, как правило, оснащено «сухими» шкафами с поддержанием влажности на уровне 1, 3, 5%. Они предназначены для хранения не использованных в производстве распакованных компонентов. «Сухие» шкафы — прекрасное средство сушки плат. Но если их нет, приходится использовать вентилируемые термошкафы, в которых при температуре 120 °С за 4 часа платы доходят до нужной кондиции сушки. Остается только не допустить их дальнейшего увлажнения до момента использования.
Заключение
Влага имеет возможность медленно накапливаться в основаниях печатных плат и быстро испаряется при пайке. Интенсивное испарение создает мощный напор пара, провоцирующий различные формы расслоения оснований и их коробление. Поэтому сухому состоянию печатных плат непосредственно перед пайкой нужно уделять такое же внимание, как и компонентам.
Для компонентов установлены нормы на время пребывания их в контролируемой среде сборочно-монтажных производств (температура 21±1 °С и влажность 55±5%). Для оснований печатных плат таких норм нет. Но сушка их перед поступлением на сбороч-номонтажную линию — операция, уменьшающая риск их расслоения и коробления.
По материалам из статьи Аркадия Медведева и Аркадия Сержантова — Сушка печатных плат.
Еще статьи по теме монтажа и изготовления печатных плат: