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四层板焊盘附着力不足的原因,怎么解决?

发布时间: 2025-04-25 11:49:00     查看数:
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     一、四层板焊盘附着力不足的原因

     (一) PCB 板材质量问题

       基材特性不符 :四层板通常由芯板(core)和半固化片(prepreg)等材料层压而成。如果所选用的基材(如 FR - 4 等)本身质量欠佳,例如树脂含量不足或分布不均匀,会导致板材的表面粗糙度和平整度不佳。粗糙不平的表面会使焊盘与基材之间的接触面积减小,焊盘难以牢固附着。就好比在凹凸不平的地面上铺瓷砖,瓷砖(焊盘)与地面(基材)之间的粘结强度会大打折扣。

       板材受潮或变质 :PCB 板材在储存和运输过程中若暴露在潮湿环境中,容易吸潮。水分侵入板材内部,会破坏板材的分子结构和化学键合,降低板材的机械强度和表面能。当进行焊接等高温工艺时,板材内部的水分迅速汽化,产生蒸汽压力,进一步削弱焊盘与基材的结合力,使焊盘容易脱落。

     

     (二) 线路设计与制作因素

       线路布局不合理 :在四层板的线路设计阶段,如果焊盘周围的布线过于密集,会导致在制作过程中,蚀刻药水难以充分接触到焊盘边缘的铜箔,使焊盘边缘的铜箔未能完全蚀刻干净。残留的微量铜箔会降低焊盘与基材之间的附着力,同时,过密的布线也会在一定程度上限制板材在受热时的热胀冷缩空间,增加焊盘所受的应力,从而影响附着力。

       制作工艺参数偏差 :在 PCB 制作的关键工艺环节,如化学镀铜、电镀等,工艺参数控制不当会对焊盘附着力产生显著影响。例如,化学镀铜过程中,如果溶液的温度、pH 值、反应时间等参数不符合要求,会导致镀层的厚度不均匀、结晶不细致。电镀时,电流密度过大或过小,会使镀层的附着力下降。就好比烹饪美食,火候(工艺参数)控制不好,做出来的菜肴(镀层)质量就会大相径庭。

     

     (三) 焊接工艺问题

       焊接温度与时间不当 :在回流焊或波峰焊等焊接工艺中,焊接温度和时间是影响焊盘附着力的重要因素。若焊接温度过高,会使焊盘周围的基材过度软化,甚至发生分解碳化。这会破坏基材与焊盘铜箔之间的化学键合,导致焊盘附着力急剧下降。而焊接时间过长,会使焊料持续侵蚀焊盘,同样削弱焊盘的附着力。

       助焊剂残留问题 :助焊剂在焊接过程中起到去除氧化物、促进焊料润湿等作用,但如果助焊剂残留清理不彻底,残留的助焊剂成分会与焊盘表面发生化学反应,形成一层弱边界层,降低焊盘与焊料以及焊盘与基材之间的附着力。而且,某些助焊剂成分在潮湿环境下容易发生电化学迁移,进一步加剧附着力问题。

     

     (四) 外部环境影响

       长期高温高湿环境 :四层板在实际应用中,若长期处于高温高湿环境(如户外电子设备、工业控制现场等),会加速焊盘与基材界面的老化。高温会使焊盘铜箔与基材之间的热膨胀系数差异变得显著,产生较大的热应力,导致焊盘与基材分离。高湿度则会促使水分在焊盘与基材的微小间隙中渗透,发生水解反应,破坏附着力。

       机械振动与冲击 :在一些振动和冲击较大的应用场景(如汽车电子、航空航天设备等),四层板会受到频繁的机械应力作用。这些机械应力会反复作用在焊盘上,使焊盘与基材之间的结合部位产生疲劳损伤,最终导致焊盘附着力降低,出现脱焊现象。

     

     二、四层板焊盘附着力不足的解决办法

     (一) 严格把控 PCB 板材质量

       选用优质基材 :在四层板的设计选型阶段,应优先选择信誉良好、质量稳定的 PCB 板材供应商所提供的基材。要求供应商提供详细的基材性能参数,如树脂含量、玻璃化转变温度(Tg)、表面粗糙度等,并对其进行严格的质量检验。例如,选择 Tg 值较高(一般大于 130℃)的 FR - 4 基材,其具有更好的耐热性和尺寸稳定性,能够适应焊接等高温工艺过程,减少因基材变形导致的焊盘附着力问题。

       优化板材储存条件 :建立规范的 PCB 板材储存仓库,控制仓库的温度(建议保持在 20 - 25℃)、湿度(相对湿度 40% - 60%)和通风条件。在板材存放时,应使用防潮袋、干燥剂等防潮措施,并标明储存时间,遵循先进先出的原则使用板材。对于已吸潮的板材,在使用前可进行烘烤处理(一般在 120 - 150℃下烘烤 4 - 6 小时),以去除内部的水分。

     

     (二) 优化线路设计与制作工艺

       合理设计线路布局 :在四层板的线路设计阶段,充分考虑焊盘周围的布线密度和间距。遵循设计规范,确保焊盘与相邻线路之间的间距不小于 0.3mm(具体视实际情况和信号要求而定),避免布线过于拥挤。同时,对于一些关键焊盘(如大电流、高频信号焊盘),可适当增大其尺寸和周围的隔离空间,以增强其附着力和可靠性。

       精细控制制作工艺参数 :在 PCB 制作过程中,对各关键工艺环节的参数进行严格监控和优化。例如,在化学镀铜工艺中,将溶液温度控制在 20 - 25℃,pH 值维持在 5.0 - 6.0,反应时间控制在 10 - 15 分钟,并定期更换镀液,确保镀层的质量。在电镀工艺中,根据镀层厚度要求和镀槽特性,合理设置电流密度(一般在 1 - 3A/dm2),采用脉冲电镀等先进工艺,提高镀层的附着力和均匀性。

     

     (三) 优化焊接工艺流程

       精准设置焊接温度与时间 :根据四层板所使用的元器件和焊料的特性,制定合理的焊接温度曲线和时间参数。例如,在回流焊工艺中,预热区温度设置在 80 - 120℃,时间 60 - 90 秒;升温速率控制在 1 - 3℃/s;回流区峰值温度设置在 210 - 230℃,时间 40 - 60 秒;冷却区降温速率控制在 3 - 6℃/s。通过精确控制焊接温度和时间,避免焊盘和基材受到过度热损伤,确保焊盘附着力。

       彻底清理助焊剂残留 :在焊接工艺完成后,采用合适的清洗工艺彻底去除助焊剂残留。对于水溶性助焊剂,可使用去离子水清洗,再用压缩空气吹干;对于免清洗助焊剂,应选择专用的助焊剂清洗剂进行清洗,并严格控制清洗剂的浓度、温度和清洗时间。同时,在清洗后进行严格的检验,确保焊盘表面无助焊剂残留,防止其对附着力产生不良影响。

     

     (四) 增强外部环境适应性

       防护涂层应用 :针对长期处于高温高湿等恶劣环境的四层板,可在其表面涂覆一层防护涂层,如 conformal coating(保形涂层)。防护涂层能够有效隔绝水分、盐雾、化学物质等对焊盘和基材的侵蚀,减少环境因素对焊盘附着力的影响。常见的防护涂层材料有硅树脂、聚氨酯、丙烯酸等,根据具体应用场景和性能要求选择合适的涂层材料,并按照规范的工艺进行涂覆,确保涂层的均匀性和完整性。

       加强机械固定与减震措施 :对于应用于振动和冲击环境的四层板,应优化其机械安装结构,采用加强筋、支撑柱等加固措施,提高电路板的整体结构强度。同时,安装减震橡胶、阻尼器等减震元件,缓冲外界的振动和冲击能量,减少焊盘所受的机械应力。在设计阶段,还应充分考虑电路板的布局和元器件的固定方式,使整个电路板具有良好的抗振性能。


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