Экспертные стратегии устранения дефектов непромокаемости в производстве печатных плат

Навигация: Что такое дефект непромокаемости? | Почему важно устранять дефекты непромокаемости | Распространенные причины | Как исправить дефекты | Партнерство с Millennium Circuits для качественных печатных плат

Что такое дефект непромокаемости?

Дефект непромокаемости — это паяльный дефект, возникающий, когда расплавленный припой не способен связаться с основным металлом на плате. При отсутствии такого соединения припой не прикрепляется к выводам компонентов или контактным площадкам печатной платы, что препятствует их надежной фиксации. Поверхность платы остается незащищенной, а сам припой может выглядеть зернистым или матовым. Непромокаемость также напрямую приводит к породистости — образованию пустот внутри паяльного соединения, лишенных паяного материала.

Непромокаемость vs. Отпромокаемость (Dewetting)

Дефект непромокаемости отличается от отпромокаемости. Что означает отпромокаемость припоя?

Отпромокаемость возникает, когда расплавленный припой первоначально покрывает выводы компонентов и контактные площадки, но затем отступает от этих участков, оставляя тонкие слои припоя на основном металле и неправильные густые комки. Поверхностный материал платы обычно не остается-exposed. При отпромокаемости обычно страдают паяльные соединения и качество их филетов.

Дефекты непромокаемости часто, хотя не всегда, встречаются при использовании безсвинцовых припоев, например, припоев на основе олово-сребро-медь. Разные металлы по-разному склонны к непромокаемости, поскольку различные металлизации имеют разные capillaрные и смазывающие характеристики. Печатные платы с медным покрытием и органическим сохраняющим паяемость покрытием (OSP) часто подвержены непромокаемости контактных площадок, особенно если они прошли более одного теплового цикла. С другой стороны, чистое олово хорошо растекается и снижает непромокаемость, как и химосвинцовые покрытия. Сплавы никель-гольф также хорошо паяются и минимизируют непромокаемость, если не содержат примесей.

Почему важно устранять дефекты непромокаемости

Почему так важно адресовать дефекты непромокаемости на печатных платах? Непромокаемость может вызвать серьезные структурные проблемы, ухудшающие функциональность и производительность платы.

Непромокаемость создает нестабильные паяльные соединения. Когда соединения на печатной плате нестабильны, они могут ломаться или обеспечивать плохую электрическую проводимость. Если припой не прикрепляется к основному металлу, компоненты и контактные площадки не будут надежно закреплены на плате. Они могут быть ослабленными и формировать плохие контакты или отпадать — сразу или под нагрузкой. Без надежно закрепленных компонентов печатная плата не будет функционировать правильно.

Распространенные причины дефектов непромокаемости

Дефекты непромокаемости имеют несколько общих причин. Ниже приведены основные причины возникновения непромокаемости на печатной плате:

1. Недостаточное покрытие печатной платы

Покрытие печатной платы во многом определяет, насколько хорошо припой будет переплавляться и какая степень промокаемости будет достигнута. Если покрытие неадекватно и большая часть голой платы остается открытой, припой будет переплавляться с большим трудом и плохо прилипать к печатной плате.

2. Неправильное покрытие выводов

Если медные выводы на печатной плате получают недостаточное медное покрытие перед оловно-свинцовым покрытием, они могут стать уязвимыми для непромокаемости. Причина в том, что достаточное медное покрытие необходимо для предотвращения вмешательства цинка в оловно-свинцовое покрытие и обеспечения правильного сцепления припоя.

3. Деградация флюса

Старый и деградировавший флюс — химическое очищающее средство, используемое до и после пайки — может быстро привести к непромокаемости. Флюс быстро деградирует в открытой таре. Даже если его твердое содержание остается постоянным, его производительность существенно снижается. Регулярная замена флюса помогает предотвратить эту проблему.

4. Неправильный тип флюса

Тип используемого флюса также может определить, возникнет ли непромокаемость на печатной плате. В общем, высокоактивные флюсы обеспечивают хорошую паяемость и меньший риск непромокаемости. Наоборот, низкоактивные, низкоостаточные флюсы могут вызывать плохую паяемость и повышать вероятность непромокаемости. Флюс с низкой активностью будет недостаточен для удаления оксидов с поверхности печатной платы, и оксиды препятствуют промокаемости.

5. Неправильная толщина оловно-свинцового покрытия

Когда платы содержат слишком тонкое покрытие олово и свинца, неправильная толщина приводит к плохой паяемости и непромокаемости. Более тонкое покрытие имеет меньший срок хранения и может не продержаться до момента пайки.

6. Длительное хранение

Если плата слишком долго находится на хранении, эффективная пайка становится более сложной, а вероятность непромокаемости растет. Как мы видели, паяемость обычно прямо соответствует толщине покрытия. Во время длительного хранения покрытие, необходимое для хорошей паяемости, может разрушиться. Печатная плата, хранящаяся год или более, может находиться в зоне повышенного риска плохой паяемости и непромокаемости.

7. Плохо нанесенная смола платы

Если смола на печатной плате размазана, она может мешать пайке и вызывать непромокаемость. Например, смола платы может попасть на углы вывода и вызвать непромокаемость в этих областях.

8. Проблемы с ванной

В некоторых случаях непромокаемость может возникать по всей поверхности покрытия платы. Например, золотое покрытие поверхности печатной платы может вызывать непромокаемость на всей своей площади из-за дисбаланса в ванне химического золочения.

9. Окисление

Окисление на поверхности, подвергаемой пайке, часто приводит к непромокаемости. Оксиды вступают между припоем и основным металлом и предотвращают правильное сцепление. Когда это происходит, непромокаемость может возникнуть на каждой части поверхности, подвергшейся окислению.

10. Недостаточное количество паяльной пасты

Низкий объем паяльной пасты часто вызывает непромокаемость, поскольку адекватное распределение паяльной пасты необходимо для обеспечения стабильных паяльных соединений. При монтаже печатной платы используется слишком мало паяльной пасты, правильное сцепление между припоем и поверхностью основного металла платы не может произойти. К счастью, достаточное нанесение паяльной пасты часто приводит к 100% промокаемости печатной платы.

11. Плохой выбор паяльной пасты

Некоторые паяльные пасты лучше других предотвращают непромокаемость. Как правило, как и в случае с флюсами, высокоактивная паяльная паста будет эффективнее низкоактивной. Она улучшит паяемость и минимизирует риск непромокаемости.

12. Просроченная паяльная паста

Если паяльная паста, использованная на плате, прошла срок годности, она не будет содержать достаточно сильный флюс. Флюс не будет достаточно активен для удаления оксидов с платы и обеспечения хорошей паяемости и промокаемости.

13. Недостаточные температуры пайки

Слишком низкие температуры пайки способствуют непромокаемости на печатной плате. Припой требует определенного теплового порога для правильного связывания 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 часто встречается с безсвинцовыми сплавами, которые, как правило, имеют более высокие температуры плавления, чем оловно-свинцовые сплавы.

14. Нестабильные температуры пайки

Неравномерные или колеблющиеся температуры пайки могут привести к непромокаемости на печатной плате, потому что они не активируют флюс и способствуют плохому сцеплению припоя в определенных областях. Если конкретные проблемные участки на печатной плате не получают тепла, достигающего температуры активации флюса, припой не прилипнет к этим регионам должным образом.

15. Слишком короткое время удержания (soak time)

Длина времени, в течение которого припой остается на плате, напрямую влияет на его способность связаться с основным металлом поверхности печатной платы. Если припой не имеет достаточно времени для правильного сцепления, непромокаемость, вероятно, возникнет в конкретных местах или по всей плате.

16. Слишком длинное время удержания

В противном случае, если припой остается на плате слишком долго в процессе переплавки, длительное время может истощить флюс до того, как пайка сможет произойти. Если флюс становится неактивным из-за длительного времени удержания, вероятность непромокаемости существенно возрастает.

17. Несоответствие паяльной пасты и материала покрытия

Если тип паяльной пасты и материал покрывающего слоя на плате несовместимы, паяльная паста будет неэффективна в обеспечении связей между поверхностными компонентами и площадками на плате.

18. Меньшие чипы

Меньшие чипы неизбежно содержат более тонкий слой паяльной пасты. В этих случаях слой паяльной пасты может быть недостаточным для обеспечения правильной промокаемости всей печатной платы.

19. Загрязненный флюс или паяльная паста

Загрязненный флюс или паяльная паста не смогут эффективно очистить плату или соединить компоненты и обеспечить адекватную промокаемость. Загрязнители также могут оставлять нежелательные остатки на печатной плате, которые мешают течению припоя и вызывают непромокаемость.

Как исправить дефекты непромокаемости

Для исправления этих дефектов можно предпринять несколько шагов, чтобы способствовать хорошей промокаемости или устранить непромокаемость, если она возникла несмотря на ваши лучшие усилия.

1. Уменьшить окисление

Окисление — одна из самых распространенных причин дефектов непромокаемости на печатных платах. Уменьшение окисления в порошковом припое, выводах компонентов и контактных площадках печатной платы перед переплавкой может значительно снизить потенциал плохой промокаемости платы.

2. Настроить профиль переплавки

Для предотвращения дефектов непромокаемости вы можете начать с настройки профиля переплавки для минимизации температурных дифференциалов. Вы можете настроить и оптимизировать профиль переплавки, изменив зону прогрева, чтобы обеспечить правильный нагрев и экспозицию и предотвратить дефекты.

3. Уменьшить общий тепловой вклад

Поскольку слишком крутой нагрев во время переплавки может вызывать дефекты вроде мостиков, шариков припоя, тоустондинга и микротрещин, производители часто повышают общий тепловой профиль, чтобы сделать нагрев более умеренным. Однако слишком много тепла слишком рано может вызвать непромокаемость, а также другие серьезные проблемы, такие как делиamination платы и горение компонентов. Слишком высокий тепловой вклад также может снизить активность флюса паяльной пасты, если паста имеет ограниченную толерантность к окислению, что снова приводит к плохой промокаемости.

4. Повысить пиковую температуру переплавки

Хотя общий тепловой вклад не должен быть слишком высоким, пиковая температура переплавки должна достичь определенного порога. Если температура переплавки никогда не становится достаточно горячей, правильная промокаемость не может произойти, поэтому предприятия должны тщательно контролировать свою пиковую температуру переплавки.

5. Уменьшить время профилирования

Уменьшение времени прогрева во время переплавки часто полезно для снижения непромокаемости по всей печатной плате. Уменьшение времени замачивания помогает гарантировать, что флюс остается активным, удаляет оксиды и способствует правильной промокаемости.

6. Обеспечить соответствующие условия хранения

Убедитесь, что среда хранения для ваших печатных плат идеальна для поддержания их качества во времени. Если температура и влажность в зоне хранения не соответствуют стандартам долгосрочного хранения печатных плат, рассмотрите возможность внесения изменений или выбора другого места хранения.

7. Обратить внимание на сроки хранения

Даже если ваша зона хранения соответствует требуемым стандартам, лучше не использовать печатную плату, которая хранилась более года без защитной накладной платы. Плата, хранящаяся так долго, может иметь деградировавшее покрытие, что приведет к плохой паяемости и высокой вероятности дефектов непромокаемости.

8. Проверить свежесть паяльной пасты

Как мы видели, качество паяльной пасты, используемой на печатной плате, имеет прямое влияние на паяемость и потенциал непромокаемости. Если ваша паяльная паста стареет или просрочена, ищите более свежую пасту, которая обеспечит достаточное смачивание по всей плате.

9. Использовать высококачественные металлические покрытия поверхности

Поскольку некоторые дефекты непромокаемости возникают из-за некачественного металлического покрытия поверхности печатной платы, внимание к качеству покрытия критически важно. Использование высокотемпературно-стойкого OSP — одна из возможностей; другое — использование химического никеля с иммерсивным золотом (ENIG).

10. Использовать серную кислоту

Если непромокаемость уже произошла, используйте серную кислоту для удаления припоя и оксидов. Подготовьте раствор серной кислоты концентрации около 2% и погрузите каждую дефектную плату в него на несколько минут. Серная кислота разъест плохо смачиваемый припой и любые оксиды олова или зоны миграции олова на плате. После этого плата будет чистой и готова к второй переплавке и повторной пайке.

Партнерство с Millennium Circuits для качественных печатных плат

Теперь, когда вы знаете несколько потенциальных причин и решений для дефектов непромокаемости в печатных платах, вы захотите приобретать печатные платы, тщательно отобранные по их качеству, правильной промокаемости и высокой производительности в электрических приложениях.

Для получения высококачественных печатных плат для ваших проектов сотрудничайте с Millennium Circuits. Мы можем поставлять премиальные односторонние и двусторонние печатные платы — включая алюминиевые платы, платы с толстой медью, гибкие платы и платы для высокоскоростных цифровых схем. И мы с радостью обсудим потребности вашего проекта, чтобы помочь вам найти платы, которые лучше всего подходят для ваших уникальных инженерных требований.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше.