Как основной компонент электронных продуктов, производительность и качество печатной платы напрямую влияют на стабильность и надежность всего электронного устройства. Среди многих факторов, влияющих на производительность печатной платы, решающую роль играет антиоксидантная способность.
Опасности окисления печатной платы
Печатная плата в основном состоит из проводящих линий, изолирующих подложек и различных электронных компонентов. При ежедневном использовании печатные платы сталкиваются с различными экологическими проблемами, и окисление является проблемой, которую нельзя игнорировать. Кислород, влага и различные загрязняющие вещества в воздухе могут химически вступать в химическую реакцию с металлическими проводами на печатной плате, вызывая коррозию, повышенное сопротивление, нестабильную передачу сигнала и даже выходы из строя схемы. Особенно металлические детали, такие как линии медной фольги и паяные соединения на печатных платах, склонны вступать в реакцию с кислородом воздуха, образуя оксиды. Эти оксиды могут увеличивать сопротивление цепи, нарушать стабильность передачи сигнала и в тяжелых случаях вызывать разрывы цепи, в результате чего электронные устройства не работают должным образом.
Антиоксидантный процесс
Органическая паяльная маска
Это широко используемый процесс анти-окисления печатных плат, при котором на поверхности печатной платы образуется тонкая органическая защитная пленка, изолирующая металл от воздуха, тем самым оказывая анти-окислительный эффект. Принцип основан на химической связи. На примере обычного азольного OSP имидазольное кольцо в органических соединениях алкилбензимидазола может образовывать координационную связь с 3d10 электронами атомов меди, образуя тем самым алкилбензимидазольные комплексы меди. В процессе нанесения покрытия сначала наносится первый слой, который адсорбирует медь. Затем второй слой молекул органического покрытия соединяется с медью, и этот процесс повторяется до тех пор, пока не образуется структура, состоящая из множества молекул органического покрытия. Наконец, на поверхности меди образуется защитный слой толщиной обычно от 0,2 до 0,5 мкм. Более того, благодаря ван-дер-ваальсовскому притяжению между длинноцепочечными алкильными группами и наличию бензольных колец эта защитная пленка обладает хорошей термостойкостью и высокой температурой разложения. В последующей высокотемпературной среде сварки эта защитная пленка может быть легко и быстро удалена флюсом, что позволяет открытой чистой медной поверхности сцепиться с расплавленным припоем за очень короткий период времени, образуя прочное паяное соединение.
Процесс OSP имеет относительно низкую стоимость и несложный характер, что делает его пригодным для крупномасштабного-производства. И он может поддерживать хорошую паяемость контактных площадок, обеспечивая качество сварки. Но у него также есть некоторые недостатки, такие как тонкий пленочный слой, приводящий к ограниченному времени хранения, а антиоксидантные свойства склонны снижаться со временем и изменениями окружающей среды; Не устойчив к высоким температурам, ограничен в сценариях, требующих нескольких высокотемпературных-процессов; К среде сварки предъявляются строгие требования, и такие факторы, как примеси и влажность окружающей среды, могут легко повлиять на ее производительность и качество сварки.
иммерсионное золото
Этот процесс включает в себя нанесение слоя никеля на поверхность печатной платы, а затем слоя золота. Слой никеля может блокировать диффузию меди, а слой золота обладает хорошей стойкостью к окислению и проводимостью, что может значительно улучшить производительность и надежность печатной платы. Процесс химического никелирования золота является отработанным, с достаточным запасом, пригодным для пайки-без свинца. Однако стоимость этого процесса относительно высока, а его поверхность недостаточно гладкая, что затрудняет сварку деталей с мелким шагом.
Погружение в серебро
Процесс иммерсионного серебра позволяет сформировать однородный слой серебра на поверхности печатной платы с хорошей стойкостью к окислению и паяемостью. Под слоем серебра нет слоя никеля, поэтому иммерсионное серебро не так физически прочно, как химическое никелирование/иммерсионное золото. Слой серебра подвергается двойному пути коррозии при воздействии воздуха. При химическом окислении 4Ag+O ₂ → 2Ag ₂ O образует желтый оксидный слой; При электрохимической коррозии Ag+H ₂ S → Ag ₂ S+H ₂ образует черные сульфиды. При относительной влажности более 60% скорость коррозии увеличивается в три раза; В средах,-содержащих серу, например в резиновой упаковке, видимое изменение цвета может произойти в течение 24 часов.
олово окунание
Процесс погружения в олово покрывает поверхность печатной платы слоем олова, который может эффективно предотвратить окисление. Поскольку все припои основаны на олове, слой олова может соответствовать любому типу припоя. Однако печатные платы, обработанные в прошлом методами погружения в олово, были склонны к появлению проблем с усами олова, а в процессе пайки явления олово-усов и миграции олова создавали серьезные проблемы с надежностью. В дальнейшем за счет добавления органических добавок в иммерсионный раствор олова структура слоя олова была преобразована в частицы, преодолев указанные выше-трудности и обладая хорошей термической стабильностью и свариваемостью. Срок хранения пластин из погружной жести ограничен, и если оставить их слишком надолго, на их поверхности образуется оксид олова, что повлияет на эффект сварки. Поэтому необходимо строго соблюдать порядок погружения банки при сборке.
Выравнивание горячим воздухом
Выравнивание горячим воздухом, также известное как выравнивание припоем горячим воздухом, широко известное как напыление олова. Этот процесс включает покрытие поверхности печатной платы расплавленным оловянно-свинцовым припоем. В настоящее время чаще используется-припой, не содержащий свинца, а затем нагревание сжатым воздухом используется для выравнивания припоя, формирования слоя покрытия, который может эффективно противостоять окислению меди и обеспечивать превосходную паяемость. Во время кондиционирования воздуха припой взаимодействует с медью, образуя на стыке соединения медь-олово. Этот процесс делится на вертикальный и горизонтальный типы, при этом горизонтальный тип обычно считается более выгодным из-за более равномерного покрытия и возможности автоматизации производства. Общий процесс включает в себя такие этапы, как микротравление, предварительный нагрев, покрытие флюсом, напыление олова и очистку. Процесс выравнивания горячим воздухом является отработанным, имеет относительно низкую стоимость и хорошую паяемость, подходит для пайки-без свинца. Но его поверхность недостаточно гладкая, что затрудняет сварку компонентов с мелким шагом, а свинец, содержащий HASL, также сталкивается с экологическими проблемами.
подрумянивание
В процессе производства многослойных печатных плат обработка внутренней поверхности медной фольги имеет решающее значение для качества ламинирования, и при этом широко используется процесс воронения. Его суть заключается в формировании пористой пленки оксида меди или пленки оксида меди на поверхности меди посредством реакции химического окисления. Под действием щелочных окислителей медь вступает в реакции окисления: 2Cu+4OH ⁻+O ₂ → 2CuO+2H ₂ O, Cu+2OH ⁻ → Cu ₂ O+H ₂ O+2e ⁻. Браунинг не только обеспечивает хорошую межслойную адгезию, но и улучшает смачиваемость смолы в процессе ламинирования. Пористая структура слоя коричневого цвета увеличивает площадь поверхности медной фольги, облегчая проникновение смолы и заполнение микропор, уменьшая пузырьки и пустоты во время ламинирования, увеличивая механическую силу защемления и снижая риск расслоения. При термоциклировании печатной платы нагрузка может распределяться более равномерно, что снижает риск межслоевого расслоения и повышает термическую надежность. Однако, если не контролировать это должным образом, чрезмерное окисление может сделать оксидный слой слишком толстым и хрупким, что приведет к снижению прочности соединения; Неравномерное окисление может привести к нестабильной силе связывания и увеличить риск расслоения; Если загрязнение потемнения перед последующим ламинированием, например, поглощение влаги или повреждение оксидной пленки, также может привести к снижению прочности склеивания. Толщину оксидного слоя обычно контролируют в пределах 0,5-1,5 мкм. Перед воронением используется процесс микротравления для удаления оксидов и органических загрязнений с поверхности меди. Обычные агенты для микротравления включают системы персульфата аммония или серной кислоты с перекисью водорода. Растворы для подрумянивания обычно состоят из щелочных окислителей, комплексообразователей и стабилизаторов. Регулируя условия окисления, можно получить оптимальное соотношение CuO/CuO ₂ O, чтобы сбалансировать прочность связи и термостойкость. Поверхность меди после потемнения склонна к влаге или загрязнению воздуха и обычно требует антиоксидантной обработки перед ламинированием, например, использования органических защитных слоев, таких как бензотриазол или другие антиоксиданты, а также сухого хранения, чтобы избежать поглощения влаги и снизить риск порчи.
Другие меры по устойчивости печатной платы к окислению
Выбор материала
Выбор высококачественных-подложек и металлических материалов имеет решающее значение в процессе производства печатных плат. Высококачественные подложки обладают хорошими изоляционными свойствами и стабильностью, что позволяет эффективно блокировать проникновение кислорода и влаги. Между тем, используя металлические покрытия с сильными антиоксидантными свойствами, такие как позолота, серебро, олово и т. д., на поверхности металлического контура может быть сформирована защитная пленка, предотвращающая возникновение реакций окисления. Например, в некоторых-электронных изделиях высокого класса в качестве медного-покрытого материала используется бескислородная медная фольга с превосходной стойкостью к окислению, позволяющая повысить общую стойкость печатной платы к окислению.
экологический контроль
Разумные условия хранения и использования одинаково важны для устойчивости печатной платы к окислению. Во время производства, хранения и транспортировки печатных плат следует строго контролировать температуру и влажность окружающей среды, чтобы избежать воздействия на печатные платы высокой температуры, высокой влажности или окружающей среды, содержащей загрязняющие вещества. Например, хранение печатных плат в среде с контролируемой относительной влажностью от 40% до 60% и температурой от 20 до 25 градусов может эффективно замедлить скорость окисления. В то же время выберите соответствующие упаковочные материалы, такие как влагонепроницаемые пакеты, пенопластовые коробки и т. д., чтобы обеспечить целостность и качество печатной платы. Для незащищенных плат, которые еще не собраны, вакуумная упаковка может эффективно изолировать воздух и задержать процесс окисления.
Оптимизация производственного процесса
Оптимизация производственного процесса может сократить время воздействия печатных плат на воздух во время производственного процесса, а также снизить риск окисления. Например, используя автоматизированное оборудование для быстрого завершения перехода от травления к паяльной маске, можно избежать ненужного времени ожидания. Использование антиоксидантных растворов для обработки медных поверхностей на определенных этапах производства печатных плат может обеспечить временную защиту медной поверхности за короткий период времени до начала следующего процесса.