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【上篇】FPC軟板焊盤拉脫失效原因分析及控制

文章來源：作者：龔愛清查看手機(jī)網(wǎng)址

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人氣：13818發(fā)布日期：2017-03-21 11:38【大中小】

一、背景：

焊盤作為PCB板上最基本的元件一直備受關(guān)注，焊接時由于需要熔入熔融錫從而使兩件金屬物件結(jié)合起來，該過程中焊盤局部受到瞬間熱沖擊，這是導(dǎo)致焊盤分層脫落的重要原因，表面安裝盤的拉脫（粘合）強(qiáng)度有著嚴(yán)格的接受標(biāo)準(zhǔn)，而客戶手工焊接而導(dǎo)致焊盤脫落的客訴案例屢見不鮮。日益發(fā)展的市場對軟板的性能提出了更加嚴(yán)苛的要求，因而很有必要對焊盤焊接過程中的拉脫機(jī)制及影響因素進(jìn)行研究。

導(dǎo)致焊盤拉脫強(qiáng)度降低的因素有很多，但關(guān)于這方面的研究報道卻很少。本文分析討論了FPC軟板板材在焊接過程中焊盤脫落的機(jī)理，同時從材料種類，銅厚，焊盤尺寸，焊接溫度，焊接次數(shù)五個因素綜合考察了其對焊盤的拉脫強(qiáng)度的影響，運用正交分析的方法得出了焊接過程中的主要影響因素是焊接溫度及焊接次數(shù)，并在此基礎(chǔ)上給出了參數(shù)范圍，為實際工藝生產(chǎn)提供預(yù)警和參考。

二、實驗設(shè)計

實驗物料及設(shè)備

1.主要物料

2.實驗設(shè)備

萬能拉力機(jī)（Zwick/Roell Z1.0），TGA測試儀（TA Instrument TGAQ50），金相顯微鏡（尼康）。

三、實驗方案

1.實驗設(shè)計

設(shè)計4層剛撓結(jié)合板，L1/L2為撓性層，L3/L4為剛性層。結(jié)合實際生產(chǎn)板，參照相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在L1層上設(shè)計了一系列不同規(guī)格的焊盤，測試板圖形設(shè)計及疊層結(jié)構(gòu)分別如圖2及圖3所示。

2.實驗方法

（1）焊盤拉脫強(qiáng)度參照GJB 362A-96相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)用搪錫銅導(dǎo)線引出，手動焊接好后，用萬能拉力機(jī)90°剝離強(qiáng)度測試模塊進(jìn)行測試，如示意圖4所示。

（2）對拉脫失效的板進(jìn)行切片及微觀分析

3.實驗參數(shù)

設(shè)計了材料種類，銅厚，焊盤尺寸，焊接溫度，焊接次數(shù)五個因素以綜合考察在不同條件下焊盤的拉脫強(qiáng)度。具體參數(shù)設(shè)計見下表。

4.計算方法

焊盤的拉脫強(qiáng)度P應(yīng)按下列公式計算

式中P為拉脫強(qiáng)度，單位N/cm2；F為焊盤的最大拉脫力，單位N，由軟件計算直接讀出；L及W分別為所測試焊盤的長及寬，單位cm。

四、結(jié)果與討論

1.材料種類

對焊盤拉脫強(qiáng)度的影響

實驗選用了A，B，C三家供應(yīng)商的無膠撓性板材，不同廠商所用的銅類型及加工方法都有所差異，因而最終測試得到的焊盤拉脫強(qiáng)度也會不同。根據(jù)GJB 362A-96，焊盤的拉脫強(qiáng)度應(yīng)不小于345N/cm2，即當(dāng)某一焊盤的拉脫強(qiáng)度小于345N/cm2時，即判定為失效。從實驗結(jié)果中可以看到，在試驗參數(shù)范圍內(nèi)，A系列板材所有焊盤均未出現(xiàn)低于標(biāo)準(zhǔn)值的情況，而B及C系列隨著焊接溫度及焊接次數(shù)的增加，均出現(xiàn)了部分焊盤失效的情況，具體列于下表。

從結(jié)果中可以得出，焊接溫度較高時，就焊盤的可靠性而言，A＞B＞C。

2.銅厚

對焊盤拉脫強(qiáng)度的影響

將同種材料不同銅厚下的焊盤拉脫進(jìn)行對比，不同焊接溫度及焊盤尺寸下的焊盤拉脫強(qiáng)度實驗結(jié)果如圖所示，可以看到，相同處理條件下，35 um Cu的板材拉脫強(qiáng)度要略大于18 um Cu的板材。這有兩方面原因，一是不同供應(yīng)商對不同銅厚的板材的界面粗糙度是不一樣的，銅厚越大，一般其基銅的界面粗糙度更大，因而與基材PI具有更好的結(jié)合力，拉脫強(qiáng)度更大；另一方面的原因是由于銅具有較好的導(dǎo)熱性，烙鐵功率一定的條件，手工焊接過程中焊盤所受到的熱量與烙鐵停留在焊盤上的時間成正比[5]，相同焊接次數(shù)下理論上不同焊盤受到的熱量都是相同的，但焊盤在線路網(wǎng)上是聯(lián)通的，焊接過程基材受到熱量后可以通過線路熱傳遞耗散部分熱量，銅厚越大，則焊接過程中有更多的熱量被傳遞出去，因而基材受到的熱傷害也更小，表現(xiàn)為拉脫強(qiáng)度偏大。

3.焊盤尺寸

對焊盤拉脫強(qiáng)度的影響

以焊接溫度350℃，焊接次數(shù)1次的實驗組為例，將不同材料不同焊盤尺寸下的焊盤拉脫情況進(jìn)行對比，實驗結(jié)果如圖所示，可以看到，相同焊接條件下，焊盤尺寸越小，焊盤的拉脫強(qiáng)度越小，且由于面積的減小，相應(yīng)的拉脫焊盤所需的拉脫力差別更大。這就可以解釋客戶采用手工焊接大尺寸焊盤時沒有問題，但焊接小尺寸焊盤時很容易就把焊盤拉扯下來，尤其是焊接溫度較高時效果更加明顯，實驗結(jié)果中C廠商35um Cu基材尺寸0.01cm2焊盤焊接4次后焊盤拉脫強(qiáng)度為501 N/cm2，但拉脫力僅為5.01N。導(dǎo)致這一情況的原因是小尺寸焊盤焊接時的受熱面積比例更大，且銅的面積更小，因而焊接時受到的熱沖擊面積比例更大，受破壞程度更惡劣。