PCBA的可靠性一直是廠商關注的焦點。隨著環(huán)保要求的提高，無鉛焊接工藝逐漸普及，其焊接溫度通常在220~260℃之間，相較于有鉛焊接工藝（210~245℃）更高。而高TG板材因具有較高的玻璃化轉變溫度（Tg值），能在更寬的溫度范圍內保持穩(wěn)定，被廣泛應用于無鉛焊接的PCBA中。然而，高TG板材在無鉛焊接中也存在一定的分層風險，我們將深入探討這一問題，并提出相應的應對策略。
一、高TG板材簡介
TG是指材料從玻璃態(tài)轉變?yōu)橄鹉z態(tài)的溫度。高TG板材的Tg值通常在170℃以上，如常見的無鉛板材Tg值可達185℃左右，其5%質量損失Td值（熱分解溫度）也更高，例如某品牌常規(guī)FR4板材5%質量損失Td值為305℃，而高TG板材可達359℃左右，這使得高TG板材在面對無鉛焊接的高溫時，具備更好的熱穩(wěn)定性，能減少因溫度變化導致的PCB走線和焊盤連接裂紋、焊盤變形等問題，提高PCBA的生產(chǎn)良率。
二、高TG板材在無鉛焊接中分層風險的成因
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樹脂特性 ：高TG板材的樹脂在高溫下粘度高、流動性差。在無鉛焊接的高溫環(huán)境下，若層壓工藝參數(shù)控制不當，如升溫速率過快或壓力施加時機不合理，可能導致樹脂流動不充分，無法有效填充板材內部的空隙和界面，從而在焊接過程中產(chǎn)生分層。
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內部應力 ：高TG板材的熱膨脹系數(shù)（CTE）相對較低，但在復雜的加工工藝中，如多層板的壓合、蝕刻等，不同材料層之間的CTE差異以及高TG板材自身的高固化溫度，會在板材內部產(chǎn)生較大的熱應力和殘余應力。當這些應力超過板材內部的結合力時，在無鉛焊接的高溫作用下，就容易導致分層。
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吸濕性 ：雖然高TG板材的吸濕性一般低于普通FR4板材，但在某些環(huán)境下仍會吸收一定量的水分。在無鉛焊接的高溫階段，水分會迅速汽化膨脹，產(chǎn)生較大的內部壓力，促使板材分層，這就是所謂的“爆板”現(xiàn)象。
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表面處理與結合力 ：高TG板材的表面活性與普通FR4板材不同，其在進行內層氧化、棕化等表面處理時，處理效果難以控制。若處理不當，會導致內層銅與半固化片之間的結合力不足，在無鉛焊接的高溫沖擊下，結合力較弱的區(qū)域容易出現(xiàn)分層。
三、應對策略
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優(yōu)化層壓工藝
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控制升溫速率 ：合理降低層壓過程中的升溫速率，使樹脂有足夠的時間流動和填充，避免因升溫過快導致樹脂提前固化或流動不充分。
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調整壓力參數(shù) ：根據(jù)板材的特性和厚度，精確控制壓力的施加時機和大小，確保樹脂在壓力作用下能夠均勻分布，提高板材內部的結合力。
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降低內部應力
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材料匹配 ：在設計多層板時，盡量選擇CTE相近的材料搭配，減少不同材料層之間的熱膨脹差異，降低內部應力的產(chǎn)生。
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優(yōu)化加工流程 ：對板材的加工工藝進行精細化管理，如在蝕刻過程中控制蝕刻速率和溫度，避免過度蝕刻導致板材內部應力集中；在烘烤環(huán)節(jié)，合理設置烘烤溫度和時間，以消除部分殘余應力。
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嚴格控濕
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存儲環(huán)境 ：將高TG板材存放在干燥、通風、溫度適宜的環(huán)境中，有條件的可使用干燥柜進行存儲，并嚴格控制存儲時間，避免板材長時間暴露在潮濕環(huán)境中。
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預烘烤處理 ：在貼片加工前，對板材進行預烘烤，以去除板材內部的水分。烘烤溫度和時間應根據(jù)板材的特性和制造商的建議進行設定，一般在 100~150℃下烘烤 4~8 小時左右。
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強化表面處理與結合力
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工藝優(yōu)化 ：針對高TG板材的特點，優(yōu)化內層氧化、棕化等表面處理工藝參數(shù)，提高內層銅與半固化片之間的結合力。例如，可適當提高氧化、棕化的溫度和時間，增加表面粗糙度，以增強兩者的機械錨合作用。
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質量檢測 ：加強對表面處理后板材的質量檢測，采用先進的檢測設備和方法，如 X 射線光電子能譜（XPS）、接觸角測量儀等，對板材表面的化學成分和潤濕性進行分析，確保表面處理效果達到要求。
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高TG板材在PCBA無鉛焊接中雖存在分層風險，但通過以上一系列有效的應對策略，可以顯著降低分層發(fā)生的概率，充分發(fā)揮高TG板材的性能優(yōu)勢，提高 PCBA 的質量和可靠性，滿足電子制造行業(yè)對高品質電子產(chǎn)品的需求。1943科技作為專業(yè)的SMT貼片加工廠，在高TG板材的無鉛焊接加工方面積累了豐富的經(jīng)驗，能夠為客戶提供優(yōu)質、可靠的PCBA制造服務，保障電子產(chǎn)品的穩(wěn)定運行。
2024-04-26
