Το Ίδρυμα Επιστήμης Υλικών: Πάστα Συγκόλλησης, Συγκολλητικά και Υποστρώματα στη Συναρμολόγηση PCB

Η αξιοπιστία και η απόδοση μιας συναρμολόγησης PCB δεν καθορίζονται αποκλειστικά από την επιλογή εξαρτημάτων και την ακρίβεια τοποθέτησης. Βασίζονται θεμελιωδώς στην επιστήμη των υλικών των διασυνδέσεων και των υποστρωμάτων.Πάστα Συγκόλλησης είναι το κατεξοχήν υλικό, ένα σύνθετο μείγμα του οποίου η συμπεριφορά υπαγορεύει την ακεραιότητα των συνδέσεων. Η σύνθεσή της—τυπικά ένα κράμα SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) για εφαρμογές χωρίς μόλυβδο—καθορίζει τη θερμοκρασία τήξης, τη μηχανική αντοχή και την αντοχή στην κόπωση. Η χημεία του flux μέσα στην πάστα είναι εξίσου κρίσιμη. Τα fluxes χωρίς καθαρισμό αφήνουν υπολείμματα, ενώ τα υδατοδιαλυτά ή με βάση τη ρητίνη fluxes μπορεί να απαιτούν καθαρισμό μετά τη συναρμολόγηση. Η ρεολογία (συμπεριφορά ροής) της πάστας πρέπει να είναι σταθερή για να εξασφαλιστεί σταθερή εκτύπωση, αντιστέκεται στην καθίζηση, αλλά απελευθερώνεται καθαρά από τα ανοίγματα του στένσιλ. Η κατανομή μεγέθους σωματιδίων (Τύπος 3, 4 ή 5) ταιριάζει με το μέγεθος του ανοίγματος του στένσιλ για την αποφυγή φραγής και την εξασφάλιση επαρκούς όγκου συγκόλλησης για εξαρτήματα με λεπτό βήμα.

Πέρα από τη συγκόλληση, οι Κόλλες και Εγκλωβιστικά παίζουν ζωτικούς εξειδικευμένους ρόλους. Οι Κόλλες Επιφανειακής Συναρμολόγησης (SMAs) χρησιμοποιούνται σε συναρμολογήσεις μικτής τεχνολογίας για την προσωρινή στερέωση SMDs στην κάτω πλευρά πριν από τη συγκόλληση με κύμα. Αυτές οι κόλλες με βάση το ακρυλικό ή την εποξική ρητίνη πρέπει να σκληραίνουν γρήγορα, να διαθέτουν επαρκή αντοχή σε κατάσταση ακατέργαστου υλικού για να συγκρατούν τα εξαρτήματα και στη συνέχεια να επιβιώνουν από τη θερμική και χημική επίθεση της διαδικασίας συγκόλλησης με κύμα. Τα Υλικά Υποπλήρωσης είναι εποξικές ρητίνες που διανέμονται σχολαστικά κάτω από πακέτα BGA ή CSP μετά την επαναροή. Συνδέουν μηχανικά το εξάρτημα με την πλακέτα, βελτιώνοντας δραματικά τη διάρκεια ζωής από κόπωση, κατανέμοντας τις τάσεις που προκαλούνται από την ασυμφωνία του Συντελεστή Θερμικής Διαστολής (CTE), μια αναγκαιότητα για συσκευές σε εφαρμογές αυτοκινήτων ή κινητών που υπόκεινται σε θερμική κυκλοφορία.

Το ίδιο το Υπόστρωμα PCB είναι η σκηνή στην οποία πραγματοποιείται η συναρμολόγηση. Η επιλογή του υλικού—από το τυπικό FR-4 έως το υψηλής συχνότητας Rogers, πολυιμίδιο για εύκαμπτα κυκλώματα ή πυρήνα μετάλλου για θερμική διαχείριση—επηρεάζει βαθιά τις παραμέτρους συναρμολόγησης. Η Θερμοκρασία Μετάβασης Υάλου (Tg) είναι μια βασική ιδιότητα. Το FR-4 υψηλής Tg (π.χ., Tg > 170°C) είναι απαραίτητο για την επαναροή χωρίς μόλυβδο για την αποφυγή αποκόλλησης ή διαστολής στον άξονα z. Η Θερμοκρασία Αποσύνθεσης (Td) πρέπει να υπερβαίνει με ασφάλεια τις μέγιστες θερμοκρασίες επαναροής. Το CTE πρέπει να λαμβάνεται υπόψη για την ελαχιστοποίηση της καταπόνησης στις επιμεταλλωμένες οπές και στις συνδέσεις εξαρτημάτων. Για πλακέτες διασύνδεσης υψηλής πυκνότητας (HDI), η ποιότητα της διαδοχικής ελασματοποίησης, του σχηματισμού μικρο-οπών και του φινιρίσματος επιφάνειας (π.χ., Electroless Nickel Immersion Gold - ENIG, Immersion Silver) επηρεάζει άμεσα την ικανότητα συγκόλλησης, την ικανότητα συγκόλλησης καλωδίων και τη διάρκεια ζωής στο ράφι. Η κατανόηση αυτών των αλληλεπιδράσεων υλικών δεν είναι δευτερεύουσα. είναι το θεμέλιο του σχεδιασμού μιας διαδικασίας συναρμολόγησης που είναι κατασκευάσιμη και αξιόπιστη.