Výkon a kvalita desky s plošnými spoji jako základní součást elektronických produktů přímo ovlivňují stabilitu a spolehlivost celého elektronického zařízení. Mezi mnoha faktory, které ovlivňují výkon desky s plošnými spoji, hraje zásadní roli antioxidační kapacita.
Nebezpečí oxidace desek plošných spojů
deska s plošnými spoji se skládá hlavně z vodivých linek, izolačních substrátů a různých elektronických součástek. Při každodenním používání se desky plošných spojů potýkají s různými environmentálními problémy a oxidace je problém, který nelze ignorovat. Kyslík, vlhkost a různé znečišťující látky ve vzduchu mohou chemicky reagovat s kovovými dráty na desce s plošnými spoji a způsobit korozi, zvýšený odpor, nestabilní přenos signálu a dokonce i poruchy obvodu. Obzvláště kovové části, jako jsou čáry z měděné fólie a pájené spoje na deskách s plošnými spoji, jsou náchylné k reakci se vzdušným kyslíkem za vzniku oxidů. Tyto oxidy mohou zvýšit odpor obvodu, narušit stabilitu přenosu signálu a ve vážných případech způsobit přerušení obvodu, což má za následek nesprávnou funkci elektronických zařízení.
Antioxidační proces
Organická pájecí maska
Jedná se o běžně používaný antioxidační- proces na desce s plošnými spoji, který vytváří na povrchu desky s plošnými spoji tenký organický ochranný film, který izoluje kov od vzduchu, čímž působí anti-oxidační účinky. Princip je založen na chemické vazbě. Vezmeme-li jako příklad běžný azolový OSP, imidazolový kruh v alkylbenzimidazolových organických sloučeninách může tvořit koordinační vazbu s 3d10 elektrony atomů mědi, a tím vytvářet komplexy alkylbenzimidazolové mědi. Během procesu potahování je nejprve potažena první vrstva, která adsorbuje měď. Poté se druhá vrstva organických povlakových molekul spojí s mědí a tento proces se opakuje, dokud se nevytvoří struktura složená z mnoha organických povlakových molekul. Nakonec se na měděném povrchu vytvoří ochranná vrstva o tloušťce obecně mezi 0,2-0,5 µm. Navíc díky van der Waalsově přitažlivosti mezi alkylovými skupinami s dlouhým-řetězcem a přítomnosti benzenových kruhů má tento ochranný film dobrou tepelnou odolnost a vysokou teplotu rozkladu. V následném prostředí vysokoteplotního svařování lze tento ochranný film snadno a rychle odstranit tavidlem, což umožňuje, aby se obnažený čistý měděný povrch spojil s roztavenou pájkou ve velmi krátké době a vytvořil pevný pájený spoj.
Proces OSP má relativně nízkou cenu a není složitý, takže je vhodný pro-výrobu ve velkém měřítku. A může udržovat dobrou pájitelnost pájecích plošek, což zajišťuje kvalitu svařování. Má však také některé nevýhody, jako je tenká vrstva filmu, která vede k omezené době skladování, a antioxidační účinnost je náchylná k poklesu s časem a změnami prostředí; Není odolný vůči vysokým teplotám, omezen na scénáře, které vyžadují více-procesů při vysokých teplotách; Prostředí svařování má přísné požadavky a faktory, jako jsou nečistoty a vlhkost v prostředí, mohou snadno ovlivnit jeho výkon a kvalitu svařování.
ponorné zlato
Tento proces zahrnuje nanesení vrstvy niklu na povrch desky s plošnými spoji, po které následuje vrstva zlata. Vrstva niklu může blokovat difúzi mědi, zatímco vrstva zlata má dobrou odolnost proti oxidaci a vodivost, což může výrazně zlepšit výkon a spolehlivost desky s plošnými spoji. Proces chemického pokovování niklem je vyzrálý, s dostatečnou zásobou, vhodný pro bezolovnaté-pájení. Náklady na tento proces jsou však poměrně vysoké a jeho povrch není dostatečně hladký, což ztěžuje svařování součástí s jemným stoupáním.
Ponoření do stříbra
Imerzní stříbrný proces může vytvořit stejnoměrnou stříbrnou vrstvu na povrchu desky s plošnými spoji s dobrou odolností proti oxidaci a pájitelností. Pod stříbrnou vrstvou není žádná vrstva niklu, takže imerzní stříbro není tak fyzicky silné jako bezproudové niklování/ponorné zlato. Stříbrná vrstva bude vystavena působení vzduchu dvojí korozní cestou. Při chemické oxidaci tvoří 4Ag+O ₂ → 2Ag ₂ O žlutou oxidovou vrstvu; Při elektrochemické korozi Ag+H ₂ S → Ag ₂ S+H ₂ vytváří černé sulfidy. Když je relativní vlhkost vyšší než 60 %, rychlost koroze se zvýší třikrát; V prostředí{10}}obsahujícím síru, jako jsou pryžové obaly, může do 24 hodin dojít k viditelné změně barvy.
máčení cínu
Proces ponorného cínu pokrývá povrch desky plošných spojů vrstvou cínu, která dokáže účinně zabránit oxidaci. Vzhledem k tomu, že všechny pájecí materiály jsou založeny na cínu, může vrstva cínu odpovídat jakémukoli typu pájky. Desky s plošnými spoji ošetřené v minulosti procesem namáčení cínu však byly náchylné k problémům s cínovými vousy a během procesu pájení představovaly jevy cínových vousů a migrace cínu vážné problémy pro spolehlivost. Později se přidáním organických přísad do cínového imerzního roztoku přeměnila struktura cínové vrstvy na částice, čímž se překonaly výše uvedené -obtíže a měla dobrou tepelnou stabilitu a svařitelnost. Doba skladování ponorných plechů je omezená a při příliš dlouhém ponechání se na jejich povrchu vytvoří oxid cínu, který ovlivní účinek svařování. Proto je nutné při montáži striktně dodržovat pořadí ponorného plechu.
Horkovzdušná nivelace
Horkovzdušné vyrovnávání, také známé jako vyrovnávání horkovzdušnou pájkou, běžně známé jako stříkání cínu. Tento proces zahrnuje potažení povrchu desky plošných spojů roztavenou cínovou olověnou pájkou. V dnešní době se běžněji používá bezolovnatá-pájka a poté se k vyrovnání pájky používá zahřátí stlačeného vzduchu, čímž se vytvoří povlaková vrstva, která účinně odolá oxidaci mědi a poskytuje vynikající pájitelnost. Během horké klimatizace pájka interaguje s mědí za vzniku sloučenin mědi a cínu na spoji. Tento proces se dělí na vertikální a horizontální typ, přičemž horizontální typ je obecně považován za výhodnější díky jeho rovnoměrnějšímu povlakování a možnosti dosáhnout automatizované výroby. Obecný proces zahrnuje kroky, jako je mikroleptání, předehřívání, nanášení tavidla, nástřik cínem a čištění. Proces vyrovnávání horkým vzduchem je vyzrálý, s relativně nízkou cenou a dobrou pájitelností, vhodný pro bezolovnaté-pájení. Jeho povrch však není dostatečně hladký, takže je obtížné svařovat komponenty s jemným stoupáním a olovo obsahující HASL také čelí ekologickým problémům.
hnědnutí
Ve výrobním procesu více{0}}vrstvých desek plošných spojů je úprava vnitřního povrchu měděné fólie zásadní pro kvalitu laminace a proces hnědnutí je u ní široce používán. Jeho jádrem je vytvoření porézního filmu oxidu mědi nebo oxidu měďnatého na povrchu mědi prostřednictvím chemické oxidační reakce. Působením alkalických oxidantů podléhá měď oxidačním reakcím, přičemž 2Cu+4OH ⁻+O ₂ → 2CuO+2H ₂ O, Cu+2OH ⁻ → Cu ₂ O+H ₂ O+2e ⁻. Browning poskytuje nejen dobrou přilnavost mezivrstvy, ale také zlepšuje smáčivost pryskyřice během procesu laminace. Porézní struktura hnědnoucí vrstvy zvětšuje povrch měděné fólie, usnadňuje pronikání pryskyřice a vyplňování mikropórů, snižuje bublinky a dutiny během laminace, zvyšuje mechanickou kousací sílu a snižuje riziko delaminace. Při tepelném cyklování desek s plošnými spoji může být napětí rovnoměrněji rozloženo, což snižuje riziko delaminace mezivrstvy a zlepšuje tepelnou spolehlivost. Pokud však není náležitě kontrolována, nadměrná oxidace může způsobit, že vrstva oxidu bude příliš silná a křehká, čímž se sníží pevnost spojení; Nerovnoměrná oxidace může vést k nekonzistentním vazebným silám a zvýšit riziko delaminace; Pokud dojde před následnou laminací ke kontaminaci zhnědnutí, jako je absorpce vlhkosti nebo poškození oxidového filmu, může to také vést ke snížení pevnosti spoje. Tloušťka vrstvy oxidu se obvykle řídí mezi 0,5-1,5 μm. Před hnědnutím se používá mikroleptání k odstranění oxidů a organických znečišťujících látek z měděného povrchu. Běžná mikroleptací činidla zahrnují systémy persíranu amonného nebo peroxidu vodíku kyseliny sírové. Roztoky pro zhnědnutí se obvykle skládají z alkalických oxidantů, komplexotvorných činidel a stabilizátorů. Úpravou oxidačních podmínek lze dosáhnout optimálního poměru CuO/CuO 2 O pro vyvážení pevnosti vazby a tepelné odolnosti. Měděný povrch po zhnědnutí je náchylný k vlhkosti nebo znečištění ovzduší a obvykle vyžaduje antioxidační ošetření před laminací, jako je použití organických ochranných vrstev, jako je benzotriazol nebo jiné antioxidanty, a také suché skladování, aby se zabránilo absorpci vlhkosti a snížilo se riziko poškození.
Další opatření pro odolnost desky plošných spojů proti oxidaci
Výběr materiálu
Výběr vysoce{0}}kvalitních substrátů a kovových materiálů je v procesu výroby desek plošných spojů zásadní. Vysoce kvalitní podklady mají dobré izolační vlastnosti a stabilitu, které mohou účinně blokovat invazi kyslíku a vlhkosti. Mezitím se použitím kovových povlaků se silnými antioxidačními vlastnostmi, jako je pokovování zlatem, stříbření, pocínování atd., může na povrchu kovového okruhu vytvořit ochranný film, který zabrání vzniku oxidačních reakcí. Například v některých-elektronických produktech vyšší třídy se jako měděný-materiál pro zvýšení celkové oxidační odolnosti desky s plošnými spoji používá měděná fólie bez kyslíku s vynikající odolností proti oxidaci.
kontrola prostředí
Rozumné prostředí pro skladování a používání je stejně důležité pro odolnost desky s plošnými spoji proti oxidaci. Během výroby, skladování a přepravy desek plošných spojů by měla být přísně kontrolována teplota a vlhkost prostředí, aby nedošlo k vystavení desek plošných spojů vysokým teplotám, vysoké vlhkosti nebo prostředí obsahujícím znečišťující látky. Například skladování desek plošných spojů v prostředí s relativní vlhkostí regulovanou mezi 40 % -60 % a teplotou regulovanou mezi 20 stupni -25 stupni může účinně zpomalit rychlost oxidace. Zároveň vyberte vhodné obalové materiály, jako jsou sáčky odolné proti vlhkosti, pěnové krabice atd., abyste zajistili integritu a kvalitu desky s plošnými spoji. U holých desek, které ještě nejsou sestaveny, může vakuové balení účinně izolovat vzduch a zpomalit proces oxidace.
Optimalizace výrobního procesu
Optimalizace výrobního procesu může zkrátit dobu vystavení desek plošných spojů vzduchu během výrobního procesu a také snížit riziko oxidace. Například použitím automatizovaného zařízení k rychlému dokončení přechodu od leptání k pájecí masce se lze vyhnout zbytečné čekací době. Použití antioxidačních roztoků k ošetření měděných povrchů během specifických fází výroby desek s plošnými spoji může poskytnout dočasnou ochranu měděnému povrchu v krátkém časovém období do zahájení dalšího procesu.