Стабильность работы печатной платы, являющейся ключевым носителем передачи сигнала и подключения компонентов, напрямую влияет на качество работы оборудования. Однако металлические материалы печатных плат, особенно медные провода, склонны к химическим реакциям с кислородом воздуха, приводящим к окислению. Окисленные печатные платы могут вызывать такие проблемы, как повышенное сопротивление цепи и ухудшение паяемости, а в тяжелых случаях могут даже вызывать разрывы цепи. Поэтому принятие научно эффективных мер по предотвращению окисления печатных плат стало важным звеном обеспечения надежности электронных устройств.
1. Анализ принципов и опасностей окисления печатных плат.
Окисление печатной платы — это, по сути, химическая реакция между металлическими материалами и такими веществами, как кислород и влага. Если взять в качестве примера медь, то во влажной среде медь сначала реагирует с кислородом, образуя оксид меди, который далее соединяется с диоксидом углерода и водой в воздухе, образуя основной карбонат меди. Этот процесс окисления не только изменяет физические и химические свойства поверхности металла, но и повреждает кристаллическую структуру металла на микроскопическом уровне, что приводит к снижению проводимости. В прецизионных печатных платах небольшие изменения сопротивления, вызванные окислением, могут привести к искажению сигнала, задержке и другим проблемам при передаче высокочастотного сигнала; В процессе сварки оксидный слой будет препятствовать проникновению припоя и металла, вызывая дефекты сварки, такие как виртуальная сварка и холодная сварка, а также снижая уровень квалификации продукции.
2. Оптимизация процесса обработки поверхности.
(1) Химическое никель-золотое покрытие
Процесс химического никелирования золотом является широко используемым методом предотвращения окисления печатных плат. В ходе этого процесса на поверхность печатной платы сначала наносится равномерный слой никеля, обычно толщиной 3-5 микрон. Слой никеля обладает хорошей химической стабильностью и может эффективно изолировать контакт между кислородом и лежащей под ним медью; В дальнейшем на поверхность слоя никеля наносится слой золота толщиной около 0,05-0,1 мкм. Химические свойства золота чрезвычайно стабильны и почти не вступают в реакцию с кислородом, что еще больше усиливает защитный эффект. Поверхность печатной платы, обработанная химическим никель-золотым покрытием, плоская и гладкая, с отличной паяемостью, подходит для электронных изделий с высокими требованиями к надежности, таких как оборудование базовых станций связи, медицинские электронные инструменты и т. д. Однако этот процесс имеет относительно высокую стоимость и строгие требования к контролю состава раствора покрытия и параметров процесса. Неправильная эксплуатация может привести к ненормальному содержанию фосфора в слое никеля и неравномерной толщине слоя золота.
(2) Органическое средство для защиты паяемости
Органическая защита паяемости представляет собой тонкий слой органической защитной пленки, образующийся на медной поверхности печатной платы, толщиной всего 0,2-0,5 микрона. Эта защитная пленка может эффективно подавлять окисление меди, не влияя на связь между припоем и медью во время сварки. Технология OSP проста,-эффективна и подходит для разводки печатных плат высокой плотности, широко используемой при производстве печатных плат для бытовой электроники, такой как смартфоны и планшеты. Однако износостойкость и устойчивость к высоким температурам пленки OSP относительно слабы. При хранении и транспортировке следует обращать внимание на устойчивость к влаге и царапинам. Более того, срок службы пленки ОСП ограничен, и обычно рекомендуется завершить сварку в течение 7-10 дней после обработки.
(3) Выравнивание горячим воздухом
Процесс выравнивания горячим воздухом заключается в погружении печатной платы в расплавленный припой, а затем с помощью горячего воздуха сдувает излишки припоя, чтобы припой равномерно покрыл медную поверхность. Слой припоя, формируемый этим методом, относительно толстый, что может обеспечить хорошую физическую защиту меди и блокировать проникновение кислорода. В традиционном процессе HASL используется припой, содержащий свинец, который постепенно заменяется на-бессвинцовый припой из-за экологических требований. Процесс выравнивания горячим воздухом имеет низкую стоимость и высокую эффективность производства и подходит для обычных печатных плат, к которым не предъявляются строгие требования к плоскостности поверхности. Однако у этого процесса есть такие проблемы, как плохая плоскостность поверхности и недостаточное заполнение отверстий, а с развитием электронных продуктов в сторону миниатюризации и точности применение процесса HASL постепенно ограничивается.
3. Нанесение защитного покрытия
(1) Три стойких лакокрасочных покрытия
Трехстойкая краска (влаго-стойкая, против плесени, против соленого тумана) может образовывать плотную защитную пленку на поверхности печатной платы, изолируя кислород, влагу и контакт с печатной платой. Распространенные типы трехстойкой краски включают полиуретан, акрил, силикон и т. д. Полиуретановая трехстойкая краска обладает хорошей износостойкостью и гибкостью, подходит для электронных устройств, требующих частой вибрации, таких как печатные платы автомобильных электронных блоков управления; Акриловая трехстойкая краска имеет быструю скорость высыхания и низкую стоимость и обычно используется в обычной бытовой электронике; Органическая кремниевая трехстойкая краска обладает превосходной устойчивостью к высоким температурам и химической коррозии и подходит для печатных плат, работающих в условиях высоких-температур, таких как печатные платы в промышленном контрольно-измерительном оборудовании. Применяя трехслойную краску, можно значительно продлить антиоксидантный срок службы печатной платы, особенно в суровых условиях, где защитный эффект более выражен.
(2) Технология нанопокрытия
Технология нанопокрытий — это новый тип защитного метода, появившийся в последние годы. В нем используются особые свойства наноматериалов для формирования однородного, ультра-тонкого и высокоэффективного-защитного слоя на поверхности печатных плат. Например, графеновое нанопокрытие, обладающее превосходной химической стабильностью и барьерными свойствами, может эффективно блокировать проникновение молекул кислорода и воды, а также обладает хорошей проводимостью и рассеиванием тепла, что может улучшить общие характеристики печатных плат, предотвращая при этом окисление. Применение нанопокрытий может не только повысить антиоксидантную способность печатных плат, но также улучшить их износостойкость, анти-статические и другие свойства, что делает их пригодными для-электронных продуктов высокого класса, таких как аэрокосмическое оборудование и высокопроизводительные серверные платы.
4. Экологический контроль и управление хранением
(1) Оптимизация производственной среды
Контроль температуры, влажности и качества воздуха имеет решающее значение в процессе производства печатных плат. Контроль относительной влажности в производственном цехе на уровне 40%-60% и поддержание температуры на уровне 20-25 градусов позволяет уменьшить конденсацию водяных паров на поверхности печатной платы и затормозить реакции окисления. В то же время установите оборудование для очистки воздуха для фильтрации в воздухе коррозионно-активных веществ, таких как пыль, сульфиды, оксиды азота и т. д., чтобы предотвратить ускорение окисления печатных плат этими веществами. Для производства высокоточных печатных плат может быть использован беспыльный цех, что дополнительно повышает экологическую чистоту.
(2) Защита при хранении и транспортировке.
При хранении и транспортировке печатных плат следует принимать меры по защите от влаги-и защиты от-окисления. Используйте влагозащитные-пакеты для упаковки печатных плат и помещайте внутрь пакетов влагопоглотители, например силиконовые влагопоглотители, для поглощения влаги; Для печатных плат, хранящихся в течение длительного времени, можно использовать вакуумную упаковку для изоляции их от воздуха. Во время транспортировки избегайте сильных вибраций и столкновений с печатной платой, не допускайте повреждения защитного слоя поверхности и обращайте внимание на контроль температуры и влажности в среде транспортировки, чтобы гарантировать, что печатная плата всегда находится в подходящих условиях хранения.