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覆盖膜保护方式内置元器件PCB制作技术研究

时间:2018-10-16     来源:夏华电子    关键词:pcb单面板,pcb双面板     浏览量:2261
内置元器件PCB是指将电阻、电容等元器件埋入PCB内部形成的产品,有效缩小连接引线长度,减少表面焊接元器件及焊接数量,确保焊接品质;同时能有效保护元器件,减轻元件间的电磁干扰,保证信号传输稳定性,提高IC性能。传统的内置元器件PCB制作工艺存在内层棕化膜高温变色、棕化后停留时间超24小时导致压合分层的品质风险。本文分析了现有内置元器件PCB加工工艺的缺点,提出覆盖膜保护方式内置元器件PCB工艺,有效改善上述工艺难点,提升产品品质。
内置元器件PCB将电阻、电容等元器件埋入PCB内部,有效解决传统PCB板面小无法满足更多元器件的贴片需求,以及传统PCB贴片后,元器件外置,彼此间形成电磁干扰,容易受到外部因素损伤元器件造成报废的问题。 内置元器件PCB传统加工流程为:芯板开料→内层图形制作→选择性表面处理→棕化→贴元器件→芯板清洗→烘烤→压合→正常多层板制作,元器件间隙通过半固化片流胶填充。 传统工艺的主要问题有:
(1)芯板焊盘先化金、棕化后贴片流程,棕化有效时间为24小时,贴片耗时长,容易超出棕化时效,导致层合分层;
(2)芯板棕化膜回流焊后高温变色,如图1所示;
(3)返工棕化造成锡膏表面变黑,如图2所示,导致锡膏与半固化片流胶结合处出现缝隙,压合品质无法保证。虽然目前并未有棕化膜变色而导致产品功能性异常的问题发生,但为确保产品品质、消除客户疑虑,确保产品可靠性,找出变色真因及改善方法是当前重要课题。 本文从传统制作流程分析产品的工艺难点,提出覆盖膜保护方式内置元器件PCB新工艺,对传统制作工艺进行改善和优化,提升产品压合品质,从而实现产品高可靠性的加工生产。

问题分析
一、棕化超时失效 棕化是指对内层芯板进行铜面处理,在内层铜箔表面进行微蚀的同时生成一层极薄的均匀一致的有机金属转化膜,以提升多层线路板在压合时铜箔和环氧树脂之间的接合力。棕化处理的两个关键步骤反应式如(1)、(2)所示: 蚀铜反应: 其中A表示氧载体,B表示能与铜氧化物生成有机金属转化膜的化合物,棕化处理过程如图3所示。 芯板焊盘先化金、棕化后贴片,芯板棕化后必须在24小时内压合,但是贴片耗时长,容易超出24小时,会导致棕化失效,压合结合力下降,导致分层。
二、棕化膜高温变色 棕化生成的有机金属转化膜呈暗棕色,但是芯板经过无铅回流焊炉后,裸露的棕化膜会由暗棕色变为蓝紫色。 取5张100mm×150mm的覆铜板,分别标记为1、2、3、4和5,覆铜板1正常棕化后不烘烤,覆铜板2、3、4、5正常棕化后分别按240℃、250℃、260℃、270℃烘烤3min,棕化层颜色变化如图5所示: 当温度达到270℃时,棕化层将会失效,棕化层成分随温度变化而变化的比例如图6所示: 为得到棕化膜变色对产品压合品质的影响,设计对比试验,取4张250mm×300mm的1oz铜箔,分别标记为1、2、3和4,铜箔1正常棕化后不烘烤,铜箔2、3、4正常棕化后分别按230℃、250℃、270℃烘烤3min,取1080半固化片将铜箔反压在0.8mm厚度的芯板上,即铜箔光面与半固化片接触压合,压合后制作3.18mm宽度的剥离强度测试条进行测量,测试数据如图7所示: 通过上述分析得到,棕化膜变色主要原因是棕化层随着温度的变化被氧化。 通过数据分析,当棕化膜经过270℃烘烤后再压合,棕化膜的剥离力只有0.54-0.58N/mm,不满足IPC标准(≥0.625N/mm),极大的影响了后工序的压合品质,增大了企业的制作风险。
三、 锡膏变黑 芯板贴片后返棕化,能解决棕化膜高温变色的问题,但是会导致锡膏变黑,导致锡膏与半固化片流胶结合处出现缝隙,压合品质无法保证,影响产品可靠性。 通过上述3个问题点分析,需要设计中间介质,能与芯板线路进行压合,具有一定耐高温能力,保护棕化膜进行回流焊;同时,能与半固化片进行压合并结合良好,避免压合分层的问题。参考刚挠结合板工艺,覆盖膜具有一定的耐高温、耐酸碱能力,有效与半固化片、芯板线路进行压合,结合力好,满足上述要求。同时,覆盖膜的环氧树脂层能有效填充芯板线路,提升芯板表面平整度,使得后续总压过程中,半固化片的流胶更加充分的填充元器件间隙,提高生产板平整度。
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