Als wichtiger Träger für die Signalübertragung und Komponentenverbindung wirkt sich die Stabilität der Leiterplattenleistung direkt auf die Qualität des Gerätebetriebs aus. Metallmaterialien in Leiterplatten, insbesondere Kupferdrähte, neigen jedoch zu chemischen Reaktionen mit Luftsauerstoff, was zu Oxidation führt. Bei oxidierten Leiterplatten kann es zu Problemen wie einem erhöhten Schaltkreiswiderstand und einer verminderten Lötbarkeit kommen, und in schweren Fällen kann es sogar zu Schaltkreisunterbrechungen kommen. Daher ist die Ergreifung wissenschaftlich wirksamer Maßnahmen zur Verhinderung der Oxidation von Leiterplatten zu einem wichtigen Glied bei der Gewährleistung der Zuverlässigkeit elektronischer Geräte geworden.
1, Analyse der Prinzipien und Gefahren der Oxidation von Leiterplatten
Bei der Oxidation von Leiterplatten handelt es sich im Wesentlichen um eine chemische Reaktion zwischen Metallmaterialien und Substanzen wie Sauerstoff und Feuchtigkeit. Am Beispiel von Kupfer reagiert Kupfer in einer feuchten Umgebung zunächst mit Sauerstoff zu Kupferoxid, das sich dann mit Kohlendioxid und Wasser in der Luft zu basischem Kupfercarbonat verbindet. Dieser Oxidationsprozess verändert nicht nur die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Metalloberfläche, sondern beschädigt auch die Kristallstruktur des Metalls auf mikroskopischer Ebene, was zu einer Abnahme der Leitfähigkeit führt. Bei Präzisions-Leiterplatten können die durch Oxidation verursachten kleinen Widerstandsänderungen zu Signalverzerrungen, Verzögerungen und anderen Problemen bei der Hochfrequenzsignalübertragung führen; Beim Schweißprozess behindert die Oxidschicht das Eindringen von Lot und Metall, was zu Schweißfehlern wie virtuellem Schweißen und Kaltschweißen führt und die Produktqualifikationsrate verringert.
2, Optimierung des Oberflächenbehandlungsprozesses
(1) Chemische Nickelvergoldung
Das stromlose Vergoldungsverfahren mit Nickel ist eine häufig verwendete Methode, um die Oxidation von Leiterplatten zu verhindern. Bei diesem Verfahren wird zunächst eine gleichmäßige Nickelschicht auf der Oberfläche der Leiterplatte abgeschieden, üblicherweise mit einer Dicke von 3–5 Mikrometern. Die Nickelschicht weist eine gute chemische Stabilität auf und kann den Kontakt zwischen Sauerstoff und dem darunter liegenden Kupfer wirksam isolieren; Anschließend wird auf der Oberfläche der Nickelschicht eine Goldschicht mit einer Dicke von etwa 0,05–0,1 Mikrometer abgeschieden. Die chemischen Eigenschaften von Gold sind äußerst stabil und reagieren nahezu nicht mit Sauerstoff, was die Schutzwirkung noch verstärkt. Die Oberfläche der mit stromloser Nickelvergoldung behandelten Leiterplatte ist flach und glatt, weist eine ausgezeichnete Lötbarkeit auf und eignet sich für elektronische Produkte mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen, wie z. B. Kommunikationsbasisstationen, medizinische elektronische Instrumente usw. Dieses Verfahren ist jedoch mit relativ hohen Kosten und strengen Anforderungen an die Steuerung der Zusammensetzung der Beschichtungslösung und der Prozessparameter verbunden. Ein unsachgemäßer Betrieb kann zu einem abnormalen Phosphorgehalt in der Nickelschicht und einer ungleichmäßigen Dicke der Goldschicht führen.
(2) Organisches Lötbarkeitsschutzmittel
Ein organischer Lötschutz ist eine dünne Schicht eines organischen Schutzfilms, der auf der Kupferoberfläche einer Leiterplatte mit einer Dicke von nur 0,2-0,5 Mikrometern gebildet wird. Dieser Schutzfilm kann die Kupferoxidation wirksam unterdrücken, ohne die Verbindung zwischen Lot und Kupfer beim Schweißen zu beeinträchtigen. Die OSP-Technologie ist einfach, kostengünstig-effektiv und eignet sich für die Verkabelung von Leiterplatten mit hoher Dichte, die häufig bei der Herstellung von Leiterplatten für Unterhaltungselektronikprodukte wie Smartphones und Tablets eingesetzt wird. Allerdings sind die Verschleißfestigkeit und die Hochtemperaturbeständigkeit der OSP-Folie relativ schwach. Bei Lagerung und Transport sollte auf Feuchtigkeits- und Kratzfestigkeit geachtet werden. Darüber hinaus ist die Lebensdauer der OSP-Folie begrenzt und es wird in der Regel empfohlen, die Schweißung innerhalb von 7–10 Tagen nach der Verarbeitung abzuschließen.
(3) Heißluftnivellierung
Beim Heißluftnivellierungsprozess wird die Leiterplatte in geschmolzenes Lot getaucht und anschließend mit heißer Luft überschüssiges Lot weggeblasen, sodass das Lot die Kupferoberfläche gleichmäßig bedeckt. Die durch dieses Verfahren gebildete Lotschicht ist relativ dick, was einen guten physikalischen Schutz für Kupfer bieten und das Eindringen von Sauerstoff blockieren kann. Beim traditionellen HASL-Verfahren wird bleihaltiges Lot verwendet, das aufgrund von Umweltauflagen nach und nach durch bleifreies HASL ersetzt wurde. Das Heißluftnivellierungsverfahren zeichnet sich durch geringe Kosten und eine hohe Produktionseffizienz aus und eignet sich für gewöhnliche Leiterplatten, für die keine strengen Anforderungen an die Oberflächenebenheit gestellt werden. Dieses Verfahren weist jedoch Probleme wie eine schlechte Oberflächenebenheit und eine unzureichende Füllung von Löchern auf, und mit der Entwicklung elektronischer Produkte hin zu Miniaturisierung und Präzision wird die Anwendung des HASL-Verfahrens allmählich eingeschränkt.
3, Auftragen einer Schutzschicht
(1) Dreischichtige Farbbeschichtung
Drei beständige Lacke (feuchtigkeitsbeständig, gegen Schimmel, gegen Salzsprühnebel) können einen dichten Schutzfilm auf der Oberfläche der Leiterplatte bilden, der Sauerstoff, Feuchtigkeit und den Kontakt mit der Leiterplatte isoliert. Zu den gängigen Arten von dreifesten Lacken gehören Polyurethan, Acryl, Silikon usw. Dreifester Polyurethanlack hat eine gute Verschleißfestigkeit und Flexibilität und eignet sich für elektronische Geräte, die häufige Vibrationen erfordern, wie z. B. die Leiterplatte von elektronischen Steuergeräten für Kraftfahrzeuge; Dreifach wasserfeste Acrylfarbe zeichnet sich durch eine schnelle Trocknungsgeschwindigkeit und niedrige Kosten aus und wird häufig in gewöhnlichen Produkten der Unterhaltungselektronik verwendet. Der dreibeständige Lack aus organischem Silizium verfügt über eine hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit und eignet sich für Leiterplatten, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen eingesetzt werden, wie z. B. Leiterplatten in industriellen Steuerungsgeräten. Durch das Auftragen von dreifach wasserfesten Lacken kann die antioxidative Lebensdauer von Leiterplatten erheblich verlängert werden, insbesondere in rauen Umgebungen, in denen die Schutzwirkung stärker ausgeprägt ist.
(2) Nanobeschichtungstechnologie
Die Nanobeschichtungstechnologie ist eine neuartige Schutzmethode, die in den letzten Jahren entstanden ist. Es nutzt die besonderen Eigenschaften nanoskaliger Materialien, um eine gleichmäßige, ultra-dünne und leistungsstarke-Schutzschicht auf der Oberfläche von Leiterplatten zu bilden. Beispielsweise kann die Graphen-Nanobeschichtung mit ihrer hervorragenden chemischen Stabilität und Barriereeigenschaften das Eindringen von Sauerstoff- und Wassermolekülen wirksam blockieren und verfügt gleichzeitig über eine gute Leitfähigkeit und Wärmeableitung, was die Gesamtleistung von Leiterplatten verbessern und gleichzeitig Oxidation verhindern kann. Die Anwendung von Nanobeschichtungen kann nicht nur die Antioxidationskapazität von Leiterplatten erhöhen, sondern auch deren Verschleißfestigkeit, antistatische Eigenschaften und andere Eigenschaften verbessern, sodass sie für hochwertige elektronische Produkte wie Luft- und Raumfahrtausrüstung und leistungsstarke Serverplatinen geeignet sind.
4, Umweltkontrolle und Lagermanagement
(1) Optimierung der Produktionsumgebung
Die Kontrolle der Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftqualität ist im Produktionsprozess von Leiterplatten von entscheidender Bedeutung. Durch die Regelung der relativen Luftfeuchtigkeit in der Produktionshalle auf 40 % -60 % und die Aufrechterhaltung der Temperatur bei 20 -25 Grad kann die Kondensation von Wasserdampf auf der Leiterplattenoberfläche reduziert und Oxidationsreaktionen gehemmt werden. Installieren Sie gleichzeitig Luftreinigungsgeräte, um korrosive Substanzen wie Staub, Sulfide, Stickoxide usw. in der Luft zu filtern, um zu verhindern, dass diese Substanzen die Oxidation von Leiterplatten beschleunigen. Für die Produktion hochpräziser Leiterplatten kann eine staubfreie Werkstatt genutzt werden, um die Umweltsauberkeit weiter zu verbessern.
(2) Lagerungs- und Transportschutz
Bei der Lagerung und dem Transport von Leiterplatten sollten Maßnahmen zur Feuchtigkeits-{0}Beständigkeit und zum Schutz vor-Oxidation getroffen werden. Verwenden Sie feuchtigkeitsbeständige Beutel zum Verpacken von Leiterplatten und geben Sie Trockenmittel, wie z. B. Silikon-Trockenmittel, in die Beutel, um Feuchtigkeit aufzunehmen. Bei Leiterplatten, die über einen längeren Zeitraum gelagert werden, kann eine Vakuumverpackung eingesetzt werden, um sie von der Luft zu isolieren. Vermeiden Sie während des Transports starke Vibrationen und Kollisionen auf der Leiterplatte, vermeiden Sie Schäden an der Oberflächenschutzschicht und achten Sie auf die Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle in der Transportumgebung, um sicherzustellen, dass sich die Leiterplatte immer in geeigneten Lagerbedingungen befindet.