Как предотвратить дефекты, не связанные со смачиванием

Перейти к: Что такое несмачивающий дефект? | Почему важно исправлять дефекты, не связанные со смачиванием | Общие причины дефектов несмачивания | Как исправить дефекты, не связанные со смачиванием | Партнерство с Millennium Circuits для качественных печатных плат

Процесс производства печатных плат (PCB) обычно включает в себя процедуру, известную как пайка оплавлением или пайка оплавлением. Оплавление включает в себя покрытие поверхности печатной платы паяльной пастой, чтобы облегчить временное крепление тысяч крошечных компонентов платы к их контактным площадкам на печатной плате. Паяльная паста стабилизирует компоненты на время, достаточное для воздействия высокой температуры. Высокая температура оплавляет припой, то есть превращает пасту в расплавленное вещество, которое растекается по плате, создавая прочные паяные соединения, прочно закрепляющие компоненты на месте.

Пайка оплавлением является полезным методом, но, как и во многих производственных процессах, особенно в тех, которые включают массу крошечных деталей, всегда существует вероятность возникновения ошибки. Среди дефектов пайки оплавлением на печатных платах несмачивание не редкость, и это может иметь серьезные последствия для структурной целостности и производительности дефектных плат. К счастью, можно принять меры предосторожности, чтобы улучшить смачивание доски и предотвратить этот дефект.

В этом руководстве мы обсуждаем дефект пайки, известный как несмачивание, объясняем его частые причины и возможные способы устранения, а также предоставляем изображения дефектов пайки, чтобы у вас было четкое визуальное представление о том, что может пойти не так и как это исправить.

Что такое несмачивающий дефект?

Дефект несмачивания — это дефект пайки, который возникает, когда расплавленный припой не связывается с основным металлом на плате. Когда эта связь не может быть реализована, припой может не прилипнуть к выводам компонентов или контактным площадкам печатной платы, чтобы обеспечить их надежное прилипание друг к другу. Материал поверхности платы останется открытым, а сам припой может выглядеть зернистым или матовым. Несмачивание также приводит непосредственно к образованию пустот — образованию отверстий в паяном соединении, в которых отсутствует припой.

Не смачивание и удаление влаги

Дефект несмачивания отличается от десмачивания. В чем смысл обезвоживания припоя?

Увлажнение происходит, когда расплавленный припой сначала покрывает клеммы компонентов и контактные площадки печатной платы, но затем отступает от этих частей, оставляя несколько тонких участков припоя на основном металле и несколько неравномерных толстых комков. Поверхностный материал доски обычно не остается незащищенным. Когда происходит удаление влаги, это обычно влияет на паяные соединения и качество их скругления.

Дефекты, не связанные со смачиванием, часто, хотя и не всегда, возникают при использовании бессвинцовых припоев, таких как оловянно-серебряно-медные припои. Некоторые металлы более склонны к несмачиванию, чем другие, потому что разные металлизации имеют разные характеристики впитывания и растекания. Платы из чистой меди, покрытые органическим консервантом для пайки (OSP), часто подвержены несмачиванию контактных площадок печатной платы, особенно если они подверглись более чем одному термическому циклу. С другой стороны, чистое олово имеет тенденцию хорошо распределяться и уменьшать несмачивание, как и серебряные иммерсионные покрытия. Сплавы никеля и золота также хорошо поддаются пайке и сводят к минимуму несмачивание, если они не содержат примесей.

Почему важно исправлять дефекты, не связанные со смачиванием

Почему так важно устранять дефекты, не связанные со смачиванием печатных плат? Несмачивание может вызвать серьезные структурные проблемы, которые ухудшат функционирование и производительность доски.

Несмачивание печатной платы создает нестабильные паяные соединения. Когда соединения на печатной плате нестабильны, они могут сломаться или обеспечить плохую электропроводность. А когда припой не прилипает к основному металлу, компоненты и контактные площадки печатной платы не будут прочно закреплены на плате. Они могут быть ослаблены и образовывать плохие соединения, или они могут отвалиться либо сразу, либо под воздействием нагрузки. Без надежно закрепленных компонентов печатная плата не будет работать должным образом.

Распространенные причины дефектов, не связанных со смачиванием

Дефекты, не связанные со смачиванием, имеют несколько распространенных причин. Ниже приведены многие причины несмачивания печатной платы:

1. Несоответствующая обработка печатной платы

Покрытие печатной платы имеет большое значение для определения того, насколько хорошо припой будет оплавляться и насколько сильно произойдет смачивание. Если отделка не соответствует требованиям и большая часть оголенной платы остается открытой, припой с трудом оплавляется и плохо прилипает к печатной плате.

2. Неправильное покрытие контактов

Если медные выводы на печатной плате неадекватно омедняются перед покрытием оловом/свинцом, они могут стать восприимчивыми к несмачиванию. Причина в том, что достаточное количество медного покрытия необходимо для предотвращения взаимодействия цинка с оловянным/свинцовым покрытием и предотвращения правильного прилипания припоя.

3. Деградированный флюс

Старый и деградировавший флюс — химическое чистящее средство, используемое до и после пайки — может быстро привести к несмачиванию. Флюс быстро разлагается в открытом контейнере. Даже если содержание твердых веществ в нем останется постоянным, его производительность существенно снизится. Регулярная замена флюса помогает предотвратить эту проблему.

4. Неверный тип флюса

Тип флюса, используемого для очистки, также может определять, происходит ли несмачивание печатной платы. Как правило, высокоактивные флюсы обеспечивают хорошую паяемость и меньший риск несмачивания. И наоборот, низкоактивные флюсы с низким остатком могут ухудшить паяемость и повысить вероятность несмачивания. Флюса с низкой активностью будет недостаточно для удаления оксидов с поверхности печатной платы, а оксиды будут препятствовать смачиванию.

5. Неправильная толщина олова/свинца

Когда платы содержат слишком тонкое покрытие из олова и свинца, неправильная толщина приводит к плохой пайке и несмачиванию. Более тонкое покрытие имеет более короткий срок годности и может не сохраняться до тех пор, пока не произойдет пайка.

6. Длительное время хранения

Если плата остается на хранении слишком долго, эффективная пайка становится более сложной, и повышается вероятность несмачивания. Как мы видели, способность к пайке обычно напрямую зависит от толщины покрытия. При длительном хранении покрытие, необходимое для хорошей паяемости, может разрушиться. Печатная плата, хранящаяся в течение года или более, может подвергаться повышенному риску плохой пайки и несмачивания.

7. Плохо нанесенная смола для досок

Если смола на печатной плате размазывается, это может помешать пайке и привести к несмачиванию. Например, смола для досок может размазаться по углам булавки и привести к несмачиванию этих участков.

8. Проблемы с ванной

В некоторых случаях покрытие печатной платы может не смачиваться. Например, покрытие печатной платы золотым покрытием может привести к несмачиванию всей ее поверхности из-за дисбаланса в ванне с золотым электролитом.

9. Окисление

Окисление на поверхности припоя часто может привести к несмачиванию. Оксиды вмешиваются между припоем и основным металлом и препятствуют надлежащей адгезии. Когда это происходит, несмачивание может происходить на каждой части окисленной поверхности.

10. Недостаточно паяльной пасты

Небольшой объем паяльной пасты часто приводит к несмачиванию, поскольку для обеспечения стабильного паяного соединения необходимо достаточное распределение паяльной пасты. Когда при сборке печатной платы используется слишком мало паяльной пасты, не может быть обеспечена надлежащая адгезия между припоем и основной металлической поверхностью платы. К счастью, достаточное количество паяльной пасты часто приводит к 100% смачиванию печатной платы.

11. Неправильный выбор паяльной пасты

Некоторые паяльные пасты более эффективно предотвращают несмачивание, чем другие. Как правило, как и в случае с флюсами, высокоактивная паяльная паста будет более эффективной, чем низкоактивная. Это повысит способность к пайке и сведет к минимуму риск несмачивания.

12. Паяльная паста с истекшим сроком годности

Если у паяльной пасты, использованной на плате, истек срок годности, она не будет содержать достаточно сильного флюса. Флюс будет недостаточно активен, чтобы удалить оксиды с платы и обеспечить хорошую паяемость и смачивание.

13. Недостаточная температура пайки

Слишком низкие температуры пайки, как правило, способствуют несмачиванию печатной платы. Припой требует определенного температурного порога для правильного соединения с основным металлом. Если температура во время пайки не достигает этого порога, припой не будет правильно прилипать к компонентам или контактным площадкам печатной платы. Эта трудность особенно характерна для бессвинцовых сплавов, которые обычно имеют более высокую температуру плавления, чем сплавы олова и свинца.

14. Непостоянные температуры пайки

Непостоянные или колеблющиеся температуры пайки могут привести к несмачиванию печатной платы, поскольку они не активируют флюс и способствуют плохой адгезии припоя в определенных областях. Если определенные проблемные места на печатной плате не получают тепла, достигающего температуры активации флюса, припой не будет прилипать к этим областям должным образом.

15. Слишком короткое время замачивания

Продолжительность времени, в течение которого припой остается на плате, напрямую влияет на его способность связываться с основным металлом поверхности печатной платы. Если у припоя недостаточно времени для того, чтобы приклеиться должным образом, скорее всего, несмачивание произойдет в определенных местах или по всей плате.

16. Слишком долгое время замачивания

В качестве альтернативы, если припой остается на плате слишком долго во время процесса оплавления, длительное время может исчерпать флюс до того, как начнется пайка. Если флюс становится неактивным из-за длительного времени выдержки, вероятность несмачивания существенно возрастает.

17. Несоответствие паяльной пасты и материала покрытия

Если тип паяльной пасты и материал слоя покрытия на плате несовместимы, паяльная паста будет неэффективна для обеспечения соединений между поверхностными компонентами и контактными площадками на плате.

18. Мелкие фишки

Чипы меньшего размера обязательно содержат более тонкий слой паяльной пасты. В этих случаях слоя паяльной пасты может быть недостаточно для надлежащего смачивания всей печатной платы.

19. Загрязненный флюс или паяльная паста

Загрязненный флюс или паяльная паста не будут очищать плату или эффективно соединять компоненты и обеспечивать адекватное смачивание. Загрязняющие вещества также могут оставлять нежелательные остатки на печатной плате, которые мешают течению припоя и приводят к несмачиванию.

Как исправить дефекты, не связанные со смачиванием

Чтобы исправить эти дефекты, вы можете предпринять несколько различных шагов, чтобы обеспечить хорошее смачивание или решить проблему смачивания, если оно происходит, несмотря на все ваши усилия.

1. Уменьшить окисление

Окисление является одной из наиболее распространенных причин несмачивания печатных плат. Уменьшение окисления порошка припоя, выводов компонентов и контактных площадок печатных плат перед оплавлением может значительно снизить вероятность плохого смачивания платы.

2. Настройка профиля перекомпоновки

Чтобы предотвратить дефекты, не связанные со смачиванием, вы можете начать с настройки профиля оплавления, чтобы свести к минимуму перепады температур. Вы можете настроить и оптимизировать профиль оплавления, изменив зону пропитки, чтобы обеспечить надлежащее повышение температуры и экспозицию, а также предотвратить появление дефектов.

3. Уменьшить общее тепловложение

Поскольку слишком резкое повышение температуры во время оплавления может привести к таким дефектам, как перемычки, слипание припоя, образование надгробий и микротрещины, производители часто увеличивают общий тепловой профиль, чтобы сделать повышение температуры более умеренным. Однако слишком сильный нагрев слишком рано может привести к несмачиванию, а также к другим серьезным проблемам, таким как расслоение платы и возгорание компонентов. Слишком сильное тепловложение также может снизить флюсовую активность паяльной пасты, если паста имеет ограниченную устойчивость к окислению, что опять же приводит к плохому смачиванию.

4. Поднять пиковую температуру оплавления

Хотя общее тепловложение не должно быть слишком высоким, пиковая температура оплавления должна достигать определенного порога. Если температура оплавления никогда не становится достаточно высокой, надлежащее смачивание не может произойти, поэтому предприятия должны тщательно контролировать пиковую температуру оплавления.

5. Сокращение времени профилирования

Сокращение времени пропитки во время оплавления часто полезно для уменьшения несмачивания печатной платы. Сокращение времени выдержки помогает сохранить активность флюса, удаляет оксиды и способствует надлежащему смачиванию.

6. Поддерживайте надлежащую среду хранения

Убедитесь, что среда хранения ваших печатных плат идеально подходит для поддержания их качества с течением времени. Если температура и влажность в месте хранения не соответствуют стандартам для длительного хранения печатных плат, рассмотрите возможность внесения корректировок или выбора другого места хранения.

7. Обратите внимание на время хранения

Даже если место хранения соответствует требуемым стандартам, лучше не использовать печатную плату, которая хранилась на складе более года без защитной крышки. Плата, хранящаяся в течение такого длительного времени, может иметь поврежденное покрытие, что приведет к плохой пайке и высокой вероятности появления дефектов, не связанных со смачиванием.

8. Проверка свежести паяльной пасты

Как мы видели, качество паяльной пасты, используемой на печатной плате, оказывает прямое влияние на способность к пайке и возможность несмачивания. Если ваша паяльная паста устарела или просрочена, поищите более свежую пасту, которая обеспечит достаточное смачивание всей платы.

9. Используйте высококачественную отделку металлических поверхностей

Поскольку некоторые дефекты, не связанные со смачиванием, возникают из-за плохой обработки поверхности металла на печатной плате, крайне важно следить за качеством отделки. Одним из вариантов является использование стойкого к высоким температурам OSP, другим является использование иммерсионного золота, полученного методом химического восстановления (ENIG).

10. Используйте серную кислоту

Если несмачивание уже произошло, используйте серную кислоту для удаления припоя и оксидов. Приготовьте раствор серной кислоты концентрацией около 2% и опустите в него каждую бракованную доску на несколько минут. Серная кислота разъедает плохо смоченный припой и любые оксиды олова или области миграции олова на плате. Как только вы это сделаете, плата будет чистой и готова ко второй пайке и повторной пайке.

Партнерство с Millennium Circuits в области качественных печатных плат

Теперь, когда вы знаете несколько потенциальных причин дефектов, связанных с несмачиванием печатных плат, и способы их устранения, вы захотите приобрести печатные платы, тщательно отобранные по их качеству, надлежащему смачиванию и высокой производительности в электрических приложениях.

Чтобы получить высококачественные печатные платы для своих проектов, сотрудничайте с Millennium Circuits. Мы можем поставлять высококачественные односторонние и двусторонние печатные платы, включая алюминиевые печатные платы, печатные платы из толстой меди, гибкие печатные платы и высокоскоростные цифровые печатные платы. И мы будем рады обсудить потребности вашего проекта, чтобы помочь вам найти платы, которые наилучшим образом соответствуют вашим уникальным инженерным требованиям.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше.