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一個看似合理的PCB設(shè)計,為何焊接后板上的臺階區(qū)域起泡

發(fā)布時間:2021-06-21 14:24

作者:一博科技高速先生自媒體成員  王輝東


小飄在某個產(chǎn)品公司做PCB設(shè)計,她是一個美麗的女孩,她嘴角輕揚,她自信從容,她優(yōu)雅而不失陽光。


小飄最近在設(shè)計一款PCB,在靠近板邊的區(qū)域,有一個器件比板子高出0.4mm,但是產(chǎn)品對PCB的厚度有嚴(yán)格的要求,器件不能超出PCB的厚度,否則裝配時會因為器件厚度超標(biāo),而不能正常放入腔體。


經(jīng)過和結(jié)構(gòu)工程師討論后,小飄決定從PCB設(shè)計上去解決這個器件超出板厚的問題。

先在PCB上設(shè)計一塊下沉區(qū)域,在成型時通過PCB成型控深,將器件下沉,來滿足產(chǎn)品的裝配需求。

經(jīng)過和工廠工藝工程師討論后,方案可行,說干就干。

她快速的調(diào)整好疊層方案后,一切完美。

突然她腦中又靈光一現(xiàn),可以在PCB下沉區(qū)域電鍍鍍銅,這樣對產(chǎn)品的散熱也有一定的改善。

她的心情在一刻是美麗的,考慮到加工和鍍銅厚度的影響,她哼著小曲,在PCB原圖上做了下面的備注。


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PCB文件很快投到了工廠,板子也是按照小飄的設(shè)計開始了生產(chǎn)。

等待是一個漫長而又痛苦的過程。

有希望的等待叫守候,沒有希望的等待叫煎熬。

好在這個守候的過程很快結(jié)束了。

制作好的PCB板子很快就交到了小飄的手上。

明天就是PCB上線焊接裝配的日子了。

明天也注定是一個不平凡的日子。

看著板子緩緩的從自動上板子機(jī)上開始進(jìn)入裝配之旅。

錫膏印刷、SPI、高速貼片,爐前檢查,就剩最后一步,過十二溫區(qū)的回流焊接。

奇跡就要誕生了,見證奇跡的時候就要到了。

小飄這一刻的心情,就像剛打開的可口可樂,冒著歡快的氣泡。

人生總有意外和驚喜,有時候你等了很久期待星星出現(xiàn),于是你仰望星空,結(jié)果天亮了……

板子從爐后出來的一瞬間,小飄都不敢相信自己的眼睛,你見過北方人蒸的饅頭嗎。

對,此時板子上的臺階區(qū)域,就像擺滿了一個個剛出鍋的饅頭。

冒著金黃金黃的氣泡。


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所有的失望都源于自己盲目的期待,小飄想不明白是哪個地方出了問題。

突然,她在車間里看到了一個熟悉的身影,面相英俊,玉樹臨風(fēng),那就是江湖人稱無所不知,無所不能的PCB工藝工程師王大仙。

小飄原本黯淡的眼睛里瞬間充滿了神色,她歡快的跑到王大仙跟前,激動的說道:

“大仙,快幫我看這是什么問題?!?/p>

大仙拿起起泡的板子,看了片刻,微然一笑,然后說道:

“小飄,你中了PCB江湖中的最厲害的銅箔分離之咒,銅箔與基材附著力不夠,受熱沖擊后分層起泡了?!?/p>

“大仙能否再做詳細(xì)解釋?!毙★h趕忙問道。

大仙說:“姑娘,這個事情說起來有些復(fù)雜,我就長話短說。這要從PCB的壓合開始說起。”
PCB壓合時有三劍客---銅箔、core、PP。

硬板常用的銅箔是用硫酸銅溶液電鍍而成,它一面光滑,我們稱為光面,另一面是粗糙的結(jié)晶面,稱為毛面(Matte Side) ,雙面粗糙度不同,較粗的一面處理后可以和樹脂產(chǎn)生較強的接合力。

Prepreg 是Pre-pregnant的英文縮寫,是樹脂與玻璃纖維布載體合成的一種片狀粘結(jié)材料。
它在常溫下是以卷狀固態(tài)的形式存在。在疊層壓合時,裁切成片狀。在壓合時,當(dāng)壓機(jī)內(nèi)的溫度達(dá)到它的TG以上,經(jīng)過一段時間后,它就會慢慢的由固態(tài)變成玻璃狀態(tài),也就是(樹脂)變成膠的形狀。樹脂是一種熱固型材料,可以發(fā)生高分子聚合反應(yīng)。它可以作為銅箔與玻璃纖維布之間的粘合劑。


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Core是PP經(jīng)過完全固化后的PP和銅箔的結(jié)合體。CORE經(jīng)過高溫高壓真空的壓合后,完全固化。在工廠的PCB加工時,它的形態(tài)和厚度基本穩(wěn)定,不會有太大的變化。在PCB制作時,它有多種稱呼,如芯板、core、基板。其實它就是一個琉璃纖維布加環(huán)氧樹脂和雙面銅箔的一個混合體

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下圖為一個常規(guī)6層板的疊層,top和bottom面是銅箔中間用PP和core。在壓機(jī)里面通過高溫高壓真空,PP融化后,把CORE和銅箔完全粘合在一起。完全固化后,就成了我們常說的多層線路板。


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而小飄設(shè)計制作的線路板,是在PCB壓合后再在板上做控深處理,而控深后的區(qū)域,線路板已完全固化,再在其上面鍍銅,這個銅箔只是簡單的沉積在基材上,它的結(jié)合力完全沒有壓合時銅箔結(jié)合力好,在高溫沖擊時,電鍍銅與基材分層起泡。

大師你說的我還是有些暈乎,在車間里面王半仙說了半天,小飄還是有些聽不明白。

這時剛好下班了,王大仙把小飄拉到工廠園區(qū)外面的自行車修理攤,讓小飄在那里看李大爺補輪胎。只見李大爺先拿起一個銼,在輪胎上用力的磨,然后在上面涂了膠水,最后把一塊膠皮壓在上面,片刻之后破損的輪胎補好了。然后大仙問小飄你看到了什么。小飄激動的說大仙我明白了,李大爺補胎真不容易,你看他汗流浹背,我以后要好好設(shè)計一款人工智能的補胎產(chǎn)品,讓李大爺不這么累。大仙瞬間感覺一口氣上不來,憋了半天,悠悠的說出一句話,補輪胎不打磨,怎么增加輪胎與膠皮的結(jié)合力,補完之后會漏氣的。


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線路板的外層銅皮是通過高溫高壓真空和融化后的PP接合在一起,毛面的鈾箔與膠狀的樹脂相結(jié)合,完全固化后,就緊密的結(jié)合在一起,不容易分層,而控深區(qū)域鍍銅,只是通過電鍍在控深區(qū)域的基材表面沉積一層銅,因為沉積銅沒有膠的參與,這層銅與PCB的結(jié)合力,遠(yuǎn)沒有壓合時毛面的銅箔與樹脂的結(jié)合力好。在回流焊接時,受到熱沖擊的影響,就會出現(xiàn)分層起泡,于是案例就發(fā)生了。


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小飄聽完后恍然大悟,后來放棄在控深區(qū)域的鍍銅方案,重新評估優(yōu)化設(shè)計,最終將板子順利交付。