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洁净之基板置于种种差别的温湿度情况中之SIR值

2017-5-22 9:35:01      点击:

 一、前语

外表绝缘阻抗(简称 SIR)被普遍用来评价净化物对组装件牢靠度的影响。与其他办法对比,SIR的优点是除了可侦测局部的净化外,亦可测得离子及非离子净化物对打印电路板(PCB)牢靠度的影响。
 PCB组装製程中,现在运用几种纷歧样的助焊剂。而且在hot air solderlevellingHASL)製程喷锡时也运用助焊剂,这些助焊剂多数富含PEGpolyethylene)或 PPGpolypropyleneglycol),当这些 glycol物质被吸附在PCB基材时,即不简单被去除。因而如有大批助焊剂残留在PCB上,那SIR值就会分明降落,致使绝缘结果不良,电性简单生效。
现在助焊剂複杂的化学特性需求任何对组成灵敏且可侦测到助焊剂中纷歧样组成间任何联合效应的任何办法,因而查验条件有须要对助焊剂波动性灵敏,特殊是羧酸(carboxylic acid)的残留,它们对低温查验是没有抗力的。
这篇文章主要批评纷歧样助焊剂、助焊剂涂佈量、温度及湿度等要素对SIR的影响。
二、原理
SIR
是一个测定基材外表两个金属导体间导电性办法。为了让一个绝缘电路板外表的导电电极间发作电化学挪动,有须要一同具有以下三个条件:
1)有须要有电荷载体(如离子)存在;(2)有水存在以溶解离子物质,并坚持离子物质在挪动离子状况;(3)在两个电极有电压以促进水层中的电子流。
有其他阴离子存在,如来自松香、弱无机酸或金属複离子等残留助焊剂中的Cl —C6H9O4—等。若有残留助焊剂的话,就会发作较多离子,因而添加梳状形外表之电荷运动,组成SIR降落。
电解金属挪动的历程,可由图      1来阐明:1、电解溶解:水中金属在阳极氧化成离子。2、离子运动:金属离子借电子搬迁及松懈而运动。3、电解聚集:金属离子在阴极规复,发作树枝状金属。
若基材外表两个金属导体间有树枝状金属发作,那PCB板大概就会电性生效。要批评树枝状金属的生长条件,有须要要考量全部离子运动速率,由于上述电解溶解、离子运动及电解聚集等三个历程是一串联之历程,其间电流是由最慢的回声历程来控制。SIR值主要是由离子在导体间挪动的速率来控制,在纷歧样查验温度及湿度下,运用纷歧样助焊剂及查验板上助焊剂

涂布量的几多都市影响离子运动速率。由实行结果发明金属离子流的临界电流密度是发作树枝状金属之主因。由于镍比金简单氧化,依据动力学的考量,主要的回声该是在阴极将镍离子规复成金属镍,在此查验条件下就会发作树枝状之镍。
三、实行
1
、样品制备
运用由英国国度物理实行室(National Physical Laboratory,简称NPL)方案的两个梳状形之Au/ Ni电镀查验板。此查验板面积为25.5×26.5mm,有0.64mm0.32mm梳状形查验区,约2,800个方格。查验板先置入Ionograph 500M设置装备摆设中,以75% IPA 25% 去离子水于45下干净之,直至终究的导电度小于0.01ms/cm才可。
这篇文章运用4种助焊剂、每种助焊剂有3种纷歧样涂布量。上助焊剂时将查验板放在60之加热板上,以包管淌下去的助焊剂平均涂布在SIR查验梳状形上,不松懈到内部,而且助焊剂要滴在梳状形基地,面积约1.6cm2,上完助焊剂之查验板置于室温16小时让助焊剂单调。 2、助焊剂及查验条件
四种助焊剂的成份如下:
1 RMA
助焊剂:松香类,以0.5%卤素活化过,商品名Actiec 5,由multicore公司供给,是IEC68-2-20端正的一种标准查验助焊剂。
2      WOA
助焊剂;弱无机酸,每升含1.6gadipicacidIPA溶剂。
3PEG助焊剂;含glycol,溶剂为IPA,每升富含1.6gPEG400,主要用在SMD锡膏之助焊剂及HASL喷锡之助焊剂。
4
 混淆助焊剂(WOA+PEG):混淆adipic acidPEG之助焊剂。

在此实行中混淆助焊剂的涂布量(辨别为6, 15, 30 ml)与其他三种助焊剂的涂布量纷歧样(辨别为30, 100, 300 ml),主要是由于混淆助焊剂的SIR值对助焊剂涂布量适当灵敏,以是选用较低的涂布量来查验其对SIR之影响。3SIR测定
SIR
测定是用5V DC偏压,测定工夫为48小时。运用Concoat      AutoSIR仪器监测16 个频道,每10分钟自动测得一次SIR值。该仪器的电流灵敏
6
度为2×10 -12A,在每一个测定频道联接一个10 Ω电阻。每个查验条件有2片查验板,每片查验板有2种查验型式,因而每个查验条件有4组查验数据,终究结果以均匀值标明之。4、电子显微镜之能量松懈光谱仪剖析
运用电子显微镜之能量松懈光谱仪(SEM-EDX)来剖析SIR测定得胜
之查验板,发现在两个线路基地有树枝状金属发作。
四、结果
运用RMAWOAPEG等助焊剂的查验板,在末尾一段工夫后,其SIR值随着工夫而徐徐添加,但WOA+PEG助焊剂并无此趋向,在某些条件下其SIR值窜改矫捷。 RMA助焊剂在4种纷歧样温度及湿度条件下,其SIR值窜改趋向十分相似,而PEG助焊剂亦有相似景象。
WOA助焊剂的SIR值随助焊剂涂布量及查验条件窜改(图2),关于涂布量少的WOA助焊剂而言,其SIR值随着温度降低而添加,大概是由于助焊剂蒸腾而干净了查验板。在本实行设定的统统查验情况中,若添加PEG助焊剂的量,则其SIR值会有分明的降落,RMA助焊剂在较温和的条件下也有相似的状况发作,但若在较苛刻的条件下,其SIR值与涂布量有关,会趋近于10 8Ω。图3WOA+PEG助焊剂在种种纷歧样参数及情况下所测得SIR窜改结果。图4显现干净之基板置于种种纷歧样的温湿度情况中之SIR值,很分明可看出其SIR值与助焊剂品种有关但会随查验温度及湿度而窜改。作为控片用且未加任何助焊剂之干净板在50/85%RH65/65%RH之查验条件下其SIR最高,65/85%RHSIR居中,在85/85 %RHSIR值最低,这些状况大概是因板子在较高查验湿度下,因吸水性较多,较简单吸附离子,以是当查验工夫添加则其SIR会变得更小。
3显现WOA+PEG混淆助焊剂在50/85%RH65/85%RH之查验条件且助焊剂涂布量为15 µl30 µl时,其SIR值会有连忙的窜改,当这些SIR值连忙发作窜改时,在阴极都可发明有树枝状构造之金属物。RMAPEG助焊剂随着工夫拉长其SIR值有添加趋向,主要起因于离子吸附在电极上致无电流发作,SIR值就会添加。但WOA助焊剂和WOA+PEG混淆助焊剂在85时其SIR值随着工夫添加,远比65时快,主要起因于WOA助焊剂在低温较易蒸腾,如图2可分明看出WOA含量30 µl85/85%RH下查验15小时后其SIR值就和干净板一样;异样在100μlWOA助焊剂其SIR值也随工夫添加而添加很快,但在300μlWOA助焊剂随着工夫添加其SIR值添加较迟缓。
WOA
+PEG混淆助焊剂涂布的基板,查验温度为5060/湿度85%&


五、定论1SIR值与温湿度的联结靠近,即添加温湿度会使SIR值降落,但关于富含adipic acid的助焊剂或较易蒸腾的助焊剂而言,温度添加大概组成SIR值上升,亦即对此类助焊剂而言,85的查验情况将是过高的。      2PEGRMA助焊剂被证明是较不易随着查验情况的窜改而窜改的助焊剂,但PEG+WOAWOA两型助焊剂的SIR值较不波动,固然混淆型助焊剂在贸易上的运用较不罕见,但关于理解助焊剂的特性及树枝状金属构造的组成要素则黑白常有帮忙的。3、每10分钟监测1SIR值可以了解寻觅树枝状构造的组成。      SIR值的矫捷窜改大概是脆性构造组成的结果,但若以现在标准所订的条件,即置于温湿柜后1天、4天、7天来量测SIR值时,则大概会失失一些次要的数据窜改点,因一旦树枝状构造发作便会组成SIR值的连忙窜改,以是SIR值的连忙窜改可视为测定得胜的判定原则。4、查验板涂有adipicacid + PEG400的助焊剂且其量为1530μl时,并将
之置于6585%5085%的情况中,发明有树枝状构造组成。树枝状构造的组成与助焊剂的涂布量有关,因若运用WOA助焊剂而又有残留时,则会使查验板的线路因树枝状构造组成而组成不良。
5
WOA助焊剂之SIR值对湿度的窜改适当分明,以是运用此型助焊剂时应注意控制其湿度,由于现在大部份的温湿柜皆运用干、湿球办法,以是高湿时若有小量的温差将会组成很大的湿度过失。
6
SIR值与湿度的联结适当靠近,以是跨越85%时,操纵应十分注意。