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【上篇】FPC软板焊盘拉脱失效原因分析及控制

文章来源:作者:龚爱清 查看手机网址
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人气:7248发布日期:2017-03-21 11:38【

一、背景:

焊盘作为PCB板上最基本的元件一直备受关注,焊接时由于需要熔入熔融锡从而使两件金属物件结合起来,该过程中焊盘局部受到瞬间热冲击,这是导致焊盘分层脱落的重要原因,表面安装盘的拉脱(粘合)强度有着严格的接受标准,而客户手工焊接而导致焊盘脱落的客诉案例屡见不鲜。日益发展的市场对软板的性能提出了更加严苛的要求,因而很有必要对焊盘焊接过程中的拉脱机制及影响因素进行研究。

导致焊盘拉脱强度降低的因素有很多,但关于这方面的研究报道却很少。本文分析讨论了FPC软板板材在焊接过程中焊盘脱落的机理,同时从材料种类,铜厚,焊盘尺寸,焊接温度,焊接次数五个因素综合考察了其对焊盘的拉脱强度的影响,运用正交分析的方法得出了焊接过程中的主要影响因素是焊接温度及焊接次数,并在此基础上给出了参数范围,为实际工艺生产提供预警和参考。

二、实验设计

实验物料及设备

1.主要物料

2.实验设备

万能拉力机(Zwick/Roell Z1.0),TGA测试仪(TA Instrument TGAQ50),金相显微镜(尼康)。

 

三、实验方案

1.实验设计

设计4层刚挠结合板,L1/L2为挠性层,L3/L4为刚性层。结合实际生产板,参照相关设计标准,在L1层上设计了一系列不同规格的焊盘,测试板图形设计及叠层结构分别如图2及图3所示。

2.实验方法

(1)焊盘拉脱强度参照GJB 362A-96相关测试标准用搪锡铜导线引出,手动焊接好后,用万能拉力机90°剥离强度测试模块进行测试,如示意图4所示。

(2)对拉脱失效的板进行切片及微观分析

3.实验参数

设计了材料种类,铜厚,焊盘尺寸,焊接温度,焊接次数五个因素以综合考察在不同条件下焊盘的拉脱强度。具体参数设计见下表。

4.计算方法

焊盘的拉脱强度P应按下列公式计算

式中P为拉脱强度,单位N/cm2;F为焊盘的最大拉脱力,单位N,由软件计算直接读出;L及W分别为所测试焊盘的长及宽,单位cm。

四、结果与讨论

1.材料种类

对焊盘拉脱强度的影响

实验选用了A,B,C三家供应商的无胶挠性板材,不同厂商所用的铜类型及加工方法都有所差异,因而最终测试得到的焊盘拉脱强度也会不同。根据GJB 362A-96,焊盘的拉脱强度应不小于345N/cm2,即当某一焊盘的拉脱强度小于345N/cm2时,即判定为失效。从实验结果中可以看到,在试验参数范围内,A系列板材所有焊盘均未出现低于标准值的情况,而B及C系列随着焊接温度及焊接次数的增加,均出现了部分焊盘失效的情况,具体列于下表。

从结果中可以得出,焊接温度较高时,就焊盘的可靠性而言,A>B>C。

2.铜厚

对焊盘拉脱强度的影响

将同种材料不同铜厚下的焊盘拉脱进行对比,不同焊接温度及焊盘尺寸下的焊盘拉脱强度实验结果如图所示,可以看到,相同处理条件下,35 um Cu的板材拉脱强度要略大于18 um Cu的板材。这有两方面原因,一是不同供应商对不同铜厚的板材的界面粗糙度是不一样的,铜厚越大,一般其基铜的界面粗糙度更大,因而与基材PI具有更好的结合力,拉脱强度更大;另一方面的原因是由于铜具有较好的导热性,烙铁功率一定的条件,手工焊接过程中焊盘所受到的热量与烙铁停留在焊盘上的时间成正比[5],相同焊接次数下理论上不同焊盘受到的热量都是相同的,但焊盘在线路网上是联通的,焊接过程基材受到热量后可以通过线路热传递耗散部分热量,铜厚越大,则焊接过程中有更多的热量被传递出去,因而基材受到的热伤害也更小,表现为拉脱强度偏大。

3.焊盘尺寸

对焊盘拉脱强度的影响

以焊接温度350℃,焊接次数1次的实验组为例,将不同材料不同焊盘尺寸下的焊盘拉脱情况进行对比,实验结果如图所示,可以看到,相同焊接条件下,焊盘尺寸越小,焊盘的拉脱强度越小,且由于面积的减小,相应的拉脱焊盘所需的拉脱力差别更大。这就可以解释客户采用手工焊接大尺寸焊盘时没有问题,但焊接小尺寸焊盘时很容易就把焊盘拉扯下来,尤其是焊接温度较高时效果更加明显,实验结果中C厂商35um Cu基材尺寸0.01cm2焊盘焊接4次后焊盘拉脱强度为501 N/cm2,但拉脱力仅为5.01N。导致这一情况的原因是小尺寸焊盘焊接时的受热面积比例更大,且铜的面积更小,因而焊接时受到的热冲击面积比例更大,受破坏程度更恶劣。

FPC软板小编有话儿说:

俺们的技术大牛人忙着去一线跟板了,客官莫急,欲知后续如何,请待小编下篇为您细细道来

ps:部分图片来源于网络,如有侵权,请联系我们删除

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