Заполнение и закрытие отверстий, часть 2.

Заполнение и закрытие отверстий, часть 2.
(перевод статьи из журнала «The PCB Magazine», октябрь 2019, автор статьи — Michael Carano, вице-президент по технологии и развитию бизнеса компании «RBP Chemical Technology»)

Hole filling

Рис. 1 Пример заполнения пастой сквозного отверстия.
В предшествовавшей колонке было представлено несколько вариантов, связанных с заполнением сквозных и глухих отверстий. В данном сообщении рассмотрено заполнение глухих и сквозных отверстий полимерной пастой.


Заполнение отверстий пастой

Часто используемая фраза «закрывающая паста» применяется к описанию метода и материала для полного заполнения глухих и сквозных отверстий. В основном, материал заполняющей пасты выбирается по требованию конечного пользователя и указывается по ряду причин. По моему опыту главные производители электроники склоняют промышленность к переходу к заполняющей пасте с высокой температурой отверждения и низким коэффициентом теплового расширения для применений с сильной плотностью рисунка. Кроме этого, эти составы, непроводящие по природе, обеспечивают экономное, высококачественное заполнение отверстия (рисунок 1). Ограничения связаны с толщиной печатной платы (ПП), диаметром отверстия и свойствами пасты.


Свойства материалов, заполняющих отверстия
Какие характеристики необходимы для высококачественного материала, заполняющего отверстие? Есть специфические требования для заполняющей пасты такие, как:
 Хорошая адгезия между медью и пастой, даже при колебаниях температуры;
 Хорошая адгезия меди, диэлектрика или фоторезиста;
 Однокомпонентный состав, без растворителя;
 Без воздушных включений в пасте;
 Температура отверждения свыше 140°С;
 Коэффициент термического расширения менее 40 · 10−6 (низкая температура отверждения);
 Малая усадка при отверждении;
 Лёгкое выравнивание плоскостности.


Дополнительно, заполняющая паста должна иметь продолжительный срок хранения при
комнатной температуре. Помните, что это — термореактивные материалы. Очень рекомендуется,
чтобы производитель использовал 100% взаимосвязей при тепловой стабилизации твёрдой
составляющей пасты, эпоксидной смолы и специальных керамических наполнителей.
Керамические наполнители ограничивают расширение по оси Z, когда заполненные отверстия
подвергаются тепловой нагрузке. Интересно, что коэффициент теплового расширения должен
оставаться в диапазоне 40−60·10−6 для гарантии отсутствия растрескиваний в заполненном
отверстии. Кроме этого, критично по оси Z, чтобы расширение было минимальным для
предотвращения отрыва закрывающей металлизации при вспучивании (рисунок 2).


Рис. 2 Гальваническая медь отделяется от заполненного отверстия при избыточном расширении по оси Z.

Как отмечалось ранее, правильно подобранный состав заполняющей пасты для отверстия должен
иметь низкий коэффициент теплового расширения и при температуре свыше 140°С. Керамические
наполнители разработаны для смолы, чтобы ограничить расширение по оси Z при тепловой
нагрузке. Керамические наполнители можно разглядеть на рисунке 3 при сильном увеличении в
полностью отверждённой полимерной пасте.


Рис. 3 Вид сверху отверстия, заполненного пастой. Хорошо видны керамические частицы, заглублённые в материале.

Нет предмета для обсуждения в том, что заполненные отверстия должны быть без пустот,
сохраняющие целостность при различных тепловых изменениях. При тепловом расширении по
оси Z второй критической составляющей является температура отверждения материала пасты.
Обычно, идеальной будет температура отверждения равная 140°С. Однако, температура может
быть увеличена из-за продолжительного времени окончательного отверждения, увеличиваясь,
примерно, до 175−180°С. Желательно иметь самую высокую температуру отверждения без
воздействий на текучесть и металлизацию.


С увеличением уплотнения, связанного с количеством проводник/зазор, более малыми
компонентами, высокими температурами пайки и маленькими отверстиями, коэффициент
теплового расширения усиливает важность. Таким образом, величина коэффициента теплового
расширения пасты должны быть минимальной для снижения нагрузки от чрезмерного
вспучивания, приводя к отслоению гальванической меди. Важно достичь продолжительной
стабильности в заполненном отверстии при нагрузке, величина нагрузки должна быть
максимально снижена. Это означает, что коэффициент теплового расширения должен быть самым
малым в тепловом диапазоне.


Заключение
Несмотря на выбранный метод заполнения отверстия, это процесс, который должен остаться.
Технология заполнения отверстия — критичный аспект производства высокоплотных
прецизионных печатных плат и бесконечный вопрос для миниатюризации.


*************************
По возможному сотрудничеству в технологиях сборочно-монтажного производства и изготовления
печатных плат просьба использовать следующий контакт:
Санкт-Петербург, Таллиннское шоссе, 206
Электронная почта: aleksey@bmptek.ru, office@bmptek.ru
Тел. +7 (812) 994−9502 +7 (921) 895−1422,
Управляющий проекта — Алексей Леонов

Подпишитесь на рассылку