干冰喷射压力对表面质量的影响

本实验样品所采用的分离方式为激光切割,激光在切割封装体时,激光产生瞬间的高温将环氧树脂和PCB 材料气化形成切割沟槽,PCB 中主要的金属元素 Cu 在切割过程中气化为 Cu 蒸气并喷溅到样品侧壁面上,经过溅渡屏蔽层工艺受到高温作用后又极易脱落,并且 Cu 杂质颗粒镶嵌到塑封料的表面结构空隙中,降低了切割侧壁的粗糙度。

切割分离后的封装体侧壁上,塑封料和 PCB 区域的粗糙度 Ra 分别为 7.92 m 和 8.93 m。经 EDX 检测,塑封料区域和 PCB 区域的初始Cu 杂质含量(质量分数)分别为 1.22%和 30%。

干冰处理技术原理为:通过压缩空气的流动,加速干冰颗粒以高速撞击材料表面杂质,杂质因为突然降温而脆化,同时温度极低的干冰气体进入出现裂缝的杂质层内部,干冰因升华使体积迅速膨胀,并将破碎的污染物从物体表面带走。

喷射压力是通过影响干冰爆破力和材料受到的瞬间冲击力对材料表面处理效果产生重要影响,喷射压力越大,材料表面单位面积受到的瞬间冲击越大, 对表面粘附杂质的去除效力越强,但是 PCB 受到的冲击过大时,切割过程造成的微裂纹将沿着喷射方向瞬间扩展甚至脱落,严重时将暴露 PCB 内部电路结构,造成产品报废。

333.jpg

图 3a 为实验得出的不同喷射压力对塑封区域和 PCB 区域杂质去除量的影响规律, 可以看出随着喷射压力的增大,Cu 杂质含量逐渐减少,但是随着压力的继续增加,当压力大于 0.2 MPa 时,塑封料区域的杂质含量下降不明显,PCB 区域的杂质含量在压力大于 0.3 MPa 后才基本维持稳定。从Cu 杂质含量的下降程度分析可得,干冰处理主要对PCB 区域的杂质去除效果明显,在压力为 0.4 MPa 时, PCB 区域的 Cu 杂质含量由最初的 30%降至 2.06%, PCB 表面的杂质基本去除。

图 3b 为阻焊层受喷射压力的影响结果,结果表明在压力小于 0.4 MPa 时,干冰作用对组焊层的影响几乎可以不考虑,但是当干冰压力超过 0.3 MPa 时,阻焊层破损不良比例随着压力的增加会迅速上升。由此可以得出,喷射压力在0.2~0.4 MPa 之间,可以获得阻焊层破损和去除杂质之间的平衡。