PCBA的可靠性一直是厂商关注的焦点。随着环保要求的提高，无铅焊接工艺逐渐普及，其焊接温度通常在220~260℃之间，相较于有铅焊接工艺（210~245℃）更高。而高TG板材因具有较高的玻璃化转变温度（Tg值），能在更宽的温度范围内保持稳定，被广泛应用于无铅焊接的PCBA中。然而，高TG板材在无铅焊接中也存在一定的分层风险，我们将深入探讨这一问题，并提出相应的应对策略。
一、高TG板材简介
TG是指材料从玻璃态转变为橡胶态的温度。高TG板材的Tg值通常在170℃以上，如常见的无铅板材Tg值可达185℃左右，其5%质量损失Td值（热分解温度）也更高，例如某品牌常规FR4板材5%质量损失Td值为305℃，而高TG板材可达359℃左右，这使得高TG板材在面对无铅焊接的高温时，具备更好的热稳定性，能减少因温度变化导致的PCB走线和焊盘连接裂纹、焊盘变形等问题，提高PCBA的生产良率。
二、高TG板材在无铅焊接中分层风险的成因
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树脂特性 ：高TG板材的树脂在高温下粘度高、流动性差。在无铅焊接的高温环境下，若层压工艺参数控制不当，如升温速率过快或压力施加时机不合理，可能导致树脂流动不充分，无法有效填充板材内部的空隙和界面，从而在焊接过程中产生分层。
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内部应力 ：高TG板材的热膨胀系数（CTE）相对较低，但在复杂的加工工艺中，如多层板的压合、蚀刻等，不同材料层之间的CTE差异以及高TG板材自身的高固化温度，会在板材内部产生较大的热应力和残余应力。当这些应力超过板材内部的结合力时，在无铅焊接的高温作用下，就容易导致分层。
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吸湿性 ：虽然高TG板材的吸湿性一般低于普通FR4板材，但在某些环境下仍会吸收一定量的水分。在无铅焊接的高温阶段，水分会迅速汽化膨胀，产生较大的内部压力，促使板材分层，这就是所谓的“爆板”现象。
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表面处理与结合力 ：高TG板材的表面活性与普通FR4板材不同，其在进行内层氧化、棕化等表面处理时，处理效果难以控制。若处理不当，会导致内层铜与半固化片之间的结合力不足，在无铅焊接的高温冲击下，结合力较弱的区域容易出现分层。
三、应对策略
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优化层压工艺
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控制升温速率 ：合理降低层压过程中的升温速率，使树脂有足够的时间流动和填充，避免因升温过快导致树脂提前固化或流动不充分。
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调整压力参数 ：根据板材的特性和厚度，精确控制压力的施加时机和大小，确保树脂在压力作用下能够均匀分布，提高板材内部的结合力。
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降低内部应力
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材料匹配 ：在设计多层板时，尽量选择CTE相近的材料搭配，减少不同材料层之间的热膨胀差异，降低内部应力的产生。
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优化加工流程 ：对板材的加工工艺进行精细化管理，如在蚀刻过程中控制蚀刻速率和温度，避免过度蚀刻导致板材内部应力集中；在烘烤环节，合理设置烘烤温度和时间，以消除部分残余应力。
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严格控湿
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存储环境 ：将高TG板材存放在干燥、通风、温度适宜的环境中，有条件的可使用干燥柜进行存储，并严格控制存储时间，避免板材长时间暴露在潮湿环境中。
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预烘烤处理 ：在贴片加工前，对板材进行预烘烤，以去除板材内部的水分。烘烤温度和时间应根据板材的特性和制造商的建议进行设定，一般在 100~150℃下烘烤 4~8 小时左右。
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强化表面处理与结合力
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工艺优化 ：针对高TG板材的特点，优化内层氧化、棕化等表面处理工艺参数，提高内层铜与半固化片之间的结合力。例如，可适当提高氧化、棕化的温度和时间，增加表面粗糙度，以增强两者的机械锚合作用。
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质量检测 ：加强对表面处理后板材的质量检测，采用先进的检测设备和方法，如 X 射线光电子能谱（XPS）、接触角测量仪等，对板材表面的化学成分和润湿性进行分析，确保表面处理效果达到要求。
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高TG板材在PCBA无铅焊接中虽存在分层风险，但通过以上一系列有效的应对策略，可以显著降低分层发生的概率，充分发挥高TG板材的性能优势，提高 PCBA 的质量和可靠性，满足电子制造行业对高品质电子产品的需求。1943科技作为专业的SMT贴片加工厂，在高TG板材的无铅焊接加工方面积累了丰富的经验，能够为客户提供优质、可靠的PCBA制造服务，保障电子产品的稳定运行。
2024-04-26
