CN111586990A - 印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法 - Google Patents

印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法，包括如下步骤：通过使用能够抵抗三防漆的材料，对印制电路板组件不应被三防漆覆盖的区域或元器件进行保护；将印制电路板组件浸没装有三防漆的容器，将需要保护的元器件的部位均匀包覆三防漆；使用三防漆对浸涂后的印制电路板组件正反面喷涂；对经过浸涂、喷涂后的印制电路板组件放置在鼓风干燥箱内进行烘干固化；去除不应被三防漆覆盖的区域或元器件上的抵抗三防漆的材料，利用上述方法可对CCGA封装类型封装器件焊柱、其他相同或相似结构的器件及模块组件等使用三防漆进行全方位防护，同时不会导致原有器件或组件的结构改变，也不会造成功能失效。

Description

印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法
【技术领域】
本发明属于电路板制造技术领域，特别是指一种印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法。
【背景技术】
陶瓷柱栅阵列CCGA(Ceramic Column Grid Array，以下称CCGA)封装类型器件结构是在陶瓷基板的顶部放置集成电路芯片，多为倒装形式，底部是高铅含量的焊柱阵列，CCGA封装类型器件是目前为数不多的能批量生产的I/O数量超过1000的一种器件封装类型，在数字信号处理领域受到普遍欢迎，特别在航空航天、电子装备等领域具有非常广泛的应用场景。
CCGA封装类型器件基板与印制电路板支撑间隙高度由焊柱高度决定，该高度通常在1.27～2.54mm之间范围，利用其焊柱的蠕变来缓解印制电路板(热膨胀系数15～21×10-6/℃)与陶瓷基板(6.5×10-6/℃)之间由于热膨胀系数不匹配带来的热应力疲劳问题，从而提升焊点可靠性。CCGA封装类型器件组装到印制电路板的焊接过程中，一般使用63Sn/37Pb低熔点共晶焊料进行焊接。焊料在约183℃发生熔化，但在该温度下又不会影响熔点约为300℃左右的高铅焊柱。最终低熔点焊料与印制板焊盘和高铅焊柱之间形成良好的冶金结合，完成器件与印制电路板的焊接。CCGA封装类型器件的柱列结构有多种类型：铸造型焊柱、铜带缠绕型焊柱、插入型焊柱、镀铜型焊柱、微线圈型焊柱等多种形式。
通常在无防护等级要求、无环境适应性要求的领域使用CCGA封装类型器件是不需要额外进行防护的，但在航空航天、电子装备等特殊高可靠领域使用CCGA封装类型器件是需要考虑器件防护的。当CCGA封装类型器件处于通风、高潮湿等环境下，焊柱可以被外来的水分、盐分污染形成腐蚀与电化学迁移外界条件，形成腐蚀产物、电化学迁移产物等，影响器件正常电气性能。通常针对高可靠性要求、环境适应性要求行业的电子产品，其印制电路板组件在完成电子装联、调试、清洗等过程后需要对印制板电路组件进行整板的三防胶涂覆，以达到印制电路板组件上所有电子器件、器件引脚都具备防护功能，但针对CCGA封装类型器件由于其设计结构特殊性，焊柱结构不能应用灌封、底部填充等防护工艺方法，否则将影响利用其蠕变来缓解印制电路板与陶瓷基板之间由于热膨胀系数不匹配带来的热应力疲劳的作用。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法。
为实现上述目的，实施本发明的印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法包括如下步骤：
步骤一：通过使用能够抵抗三防漆的材料，对印制电路板组件不应被三防漆覆盖的区域或元器件进行保护；
步骤二：将印制电路板组件浸没装有三防漆的容器，将需要保护的元器件的部位均匀包覆三防漆；
步骤三：使用三防漆对浸涂后的印制电路板组件正反面进行喷涂；
步骤四：对经过浸涂、喷涂后的印制电路板组件放置在鼓风干燥箱内进行烘干固化；
步骤五：去除不应被三防漆覆盖的区域或元器件上的抵抗三防漆的材料。
依据上述主要特征，其中步骤一是通过使用防护工装、护套、遮蔽功能胶水、遮蔽功能胶带等能够抵抗三防漆的材料，对印制电路板组件不需要进行保护的区域、连接器、芯片、接地点/条/区域、散热区域或任何不应被三防漆覆盖的区域进行保护。
依据上述主要特征，其中步骤二包括放置、静置、提拉、真空除泡、修补五个连续子过程，其中放置是使用治具或丝线固定印制电路板缓慢放置于能够完全浸没装有三防漆的容器中，其中放置子过程可以使用人工或设备缓慢移动的方式，速度保持在0.5～10cm/s之间，最终使印制电路板组件完全浸入到三防漆中；静置子过程是使用工装治具或丝线固定印制电路板，使其能够静置在三防漆中，保证三防漆能够缓慢浸入到印制电路板组件的各个角落、CCGA器件底部、相似元器件与印制电路板之间所有缝隙等，静置时间保证在0.5～30min；提拉子过程是将完成静置的印制电路板组件通过治具或丝线将印制电路板缓慢提拉出三防漆，提拉动作可以使用人工或设备缓慢移动的方式，速度保持在0.5～10cm/s之间，最终使印制电路板组件完全脱离出三防漆液面；真空除泡子过程是将提拉出来的印制电路板组件迅速转移至真空干燥箱中，放置于能够保证印制电路板组件保持垂直方向倾斜的支架上，印制电路板组件与水平保持60～85°之间，关闭真空干燥箱舱门后立即抽真空，要求0.5～5min中内真空度达到在-101.3～-20Kpa之间，印制电路板组件在真空箱内静置0.5～30min后取出；最后进行检验与修补，取出的印制电路板组件放置于紫外灯或紫光灯下利用放大镜检查，戳破所有引脚间气泡等可见气泡，使用三防漆修补破裂、未润湿部位等缺陷。
依据上述主要特征，其中步骤三中的喷涂过程可采用自动喷涂或手工喷涂的方式，最终干膜厚度在65～130μm。
依据上述主要特征，其中步骤四中的固化条件依据三防漆材料特性进行设定。
依据上述主要特征，其中对于丙烯酸类型三防漆采取设定加热温度50～60℃烘干2小时。
依据上述主要特征，其中对聚氨酯类型三防漆采取设定加热温度50～60℃烘干2小时后，再设定加热温度80～90℃烘干20小时。
与现有技术相比较，利用本方法可对CCGA封装类型封装器件焊柱、其他相同或相似结构的器件、焊接于印制板组件上小的模块组件等使用三防漆进行全方位防护，同时不会导致原有器件、组件的结构改变，也不会造成器件、组件的功能失效；相比其他防护工艺方案使用多种防护胶水、利用复杂工装来说，本方法操作简便、易于调整、效果直观显著。
【附图说明】
图1为实施本发明的印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法的流程示意图。
【具体实施方式】
CCGA器件由于其设计结构特殊性，焊柱结构不能应用灌封、底部填充等防护工艺方法，否则将影响利用其蠕变来缓解印制电路板与陶瓷基板之间由于热膨胀系数不匹配带来的热应力疲劳的作用，在航空航天、电子装备等特殊高可靠领域使用CCGA封装类型器件是需要考虑器件防护的。其他相同或相似结构的器件、焊接于印制板组件上小的模块组件通过传统机械喷涂、手工喷涂也不能对组件背面进行有效防护，而在高可靠领域这些区域都是需要进行充分防护的。
本发明所揭示的方法特殊适用于对带有CCGA封装类型器件、带有类似特征的抬高元器件(如小型电源板、零部件或组件等)的印制电路板组件使用三防漆(又称三防胶、披覆漆、披覆胶等)进行防护的工艺领域。
请参阅图1所示，实施本发明的印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法如下步骤：
印制电路板组件免涂覆保护步骤，即通过使用能够抵抗三防漆的材料，对印制电路板组件不应被三防漆覆盖的区域或元器件进行保护；
印制电路板组件浸涂步骤，将印制电路板组件浸没装有三防漆的容器，将需要保护的元器件的部位均匀包覆三防漆；
印制电路板组件喷涂步骤，即使用三防漆对浸涂后的印制电路板组件正反面进行喷涂；
三防漆固化步骤，即对经过浸涂、喷涂后的印制电路板组件放置在鼓风干燥箱内进行烘干固化；
印制电路板组件免涂覆去保护步骤，即去除不应被三防漆覆盖的区域或元器件上的抵抗三防漆的材料。
其中印制电路板组件免涂覆保护步骤是通过使用防护工装、护套、遮蔽功能胶水、遮蔽功能胶带等能够抵抗三防漆的材料，对印制电路板组件不需要进行保护的区域、连接器、芯片、接地点/条/区域、散热区域或任何不应被三防漆覆盖的区域进行保护，免除在后续浸涂过程或喷涂过程被三防漆沾染或浸润。并且，上述使用的防护工装、护套容易取下并重复使用，蔽功能胶水、遮蔽功能胶带等不会残留痕迹或胶水。
印制电路板组件浸涂步骤包括放置、静置、提拉、真空除泡、修补五个连续子过程。其中放置是使用治具或丝线固定印制电路板缓慢放置于能够完全浸没装有三防漆的容器中，其中放置子过程可以使用人工或设备缓慢移动的方式，速度保持在0.5～10cm/s之间，最终使印制电路板组件完全浸入到三防漆中；静置子过程是使用工装治具或丝线固定印制电路板，使其能够静置在三防漆中，保证三防漆能够缓慢浸入到印制电路板组件的各个角落、CCGA器件底部、相似元器件与印制电路板之间所有缝隙等，静置时间保证在0.5～300min；提拉子过程是将完成静置的印制电路板组件通过治具或丝线将印制电路板缓慢提拉出三防漆，提拉动作可以使用人工或设备缓慢移动的方式，速度保持在0.5～10cm/s之间，最终使印制电路板组件完全脱离出三防漆液面；真空除泡子过程是将提拉出来的印制电路板组件迅速转移至真空干燥箱中，放置于能够保证印制电路板组件保持垂直方向倾斜的支架上，印制电路板组件与水平保持60～85°之间，关闭真空干燥箱舱门后立即抽真空，要求0.5～5min中内真空度达到在-101.3～-20Kpa(相对大气压)之间，印制电路板组件在真空箱内静置0.5～30min后取出；最后进行检验与修补，取出的印制电路板组件放置于紫外灯或紫光灯下利用3倍放大镜检查，戳破所有引脚间气泡等可见气泡，使用三防漆修补破裂、未润湿部位等缺陷。浸涂步骤是一次性将底部存在防护需求的元器件(如CCGA类型封装器件、小型电源转换模块及其他需要底部防护的元器件)进行整体防护，可以使焊柱或焊球、背面元器件引脚等难以通过喷涂方式保护的部位均匀包覆三防漆，干膜厚度在15～80μm。浸涂过程后的印制电路板组件经真空除泡过程可以去除绝大多数浸涂过程中产生的气泡、去除芯片底部空腔中的气泡、去除元器件死角的气泡等，同时真空除泡过程也能起到三防漆表干的作用，经真空除泡后的印制电路板组件可以直接进行下一步喷涂步骤。
印制电路板组件喷涂步骤是在完成印制电路板组件浸涂步骤后，使用三防漆自动涂覆或手工喷涂方式，对浸涂后的印制电路板组件正反面进行1～2次喷涂，最后进行检验与修补，喷涂后的印制电路板组件静置至表干后，放置于紫外灯或紫光灯下利用3倍放大镜检查，使用三防漆修补破裂、未润湿部位等缺陷。经浸涂后，印制电路板组件垂直放置进行真空除泡，由于印制板板面元器件阻挡、干涉引起三防漆最终状态覆盖不均匀。利用喷涂步骤则加强印制电路板组件表面三防漆漆膜有效厚度，减少因浸涂过程导致的三防漆流平形成的三防漆空洞、薄弱区域造成的防护失效可能性，喷涂过程可以采用自动喷涂或手工喷涂的方式，最终干膜厚度在65～130μm，达到板面器件均匀保护的目的。
三防漆固化步骤是指在经过浸涂、喷涂后的印制电路板组件放置在鼓风干燥箱内进行烘干固化，固化条件依据三防漆材料特性进行设定。如丙烯酸类型三防漆采取设定加热温度50～60℃烘干2小时，聚氨酯类型三防漆采取设定加热温度50～60℃烘干2小时后，再设定加热温度80～90℃烘干20小时。
印制电路板组件去保护步骤是将经过固化过程后的印制电路板组件放置于检查台上，使用防静电镊子小心去除防护工装、护套、遮蔽功能胶水、遮蔽功能胶带等材料。
本方法可对CCGA封装类型封装器件焊柱、其他相同或相似结构的器件、焊接于印制板组件上小的模块组件等使用三防漆进行全方位防护，同时不会导致原有器件、组件的结构改变，也不会造成器件、组件的功能失效；相比其他防护工艺方案使用多种防护胶水、利用复杂工装来说，本方法操作简便、易于调整、效果直观显著。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤一：通过使用能够抵抗三防漆的材料，对印制电路板组件不应被三防漆覆盖的区域或元器件进行保护；
步骤二：将印制电路板组件浸没装有三防漆的容器，将需要保护的元器件的部位均匀包覆三防漆；
步骤三：使用三防漆对浸涂后的印制电路板组件正反面进行喷涂；
步骤四：对经过浸涂、喷涂后的印制电路板组件放置在鼓风干燥箱内进行烘干固化；
步骤五：去除不应被三防漆覆盖的区域或元器件上的抵抗三防漆的材料。
2.如权利要求1所述的印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法，其特征在于：步骤一是通过使用防护工装、护套、遮蔽功能胶水、遮蔽功能胶带等能够抵抗三防漆的材料，对印制电路板组件不需要进行保护的区域、连接器、芯片、接地点/条/区域、散热区域或任何不应被三防漆覆盖的区域进行保护。
3.如权利要求1所述的印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法，其特征在于：步骤二包括放置、静置、提拉、真空除泡、修补五个连续子过程，其中放置是使用治具或丝线固定印制电路板缓慢放置于能够完全浸没装有三防漆的容器中，其中放置子过程可以使用人工或设备缓慢移动的方式，速度保持在0.5～10cm/s之间，最终使印制电路板组件完全浸入到三防漆中；静置子过程是使用工装治具或丝线固定印制电路板，使其能够静置在三防漆中，保证三防漆能够缓慢浸入到印制电路板组件的各个角落、CCGA器件底部、相似元器件与印制电路板之间所有缝隙等，静置时间保证在0.5～30min；提拉子过程是将完成静置的印制电路板组件通过治具或丝线将印制电路板缓慢提拉出三防漆，提拉动作可以使用人工或设备缓慢移动的方式，速度保持在0.5～10cm/s之间，最终使印制电路板组件完全脱离出三防漆液面；真空除泡子过程是将提拉出来的印制电路板组件迅速转移至真空干燥箱中，放置于能够保证印制电路板组件保持垂直方向倾斜的支架上，印制电路板组件与水平保持60～85°之间，关闭真空干燥箱舱门后立即抽真空，要求0.5～5min中内真空度达到在-101.3～-20Kpa之间，印制电路板组件在真空箱内静置0.5～30min后取出；最后进行检验与修补，取出的印制电路板组件放置于紫外灯或紫光灯下利用放大镜检查，戳破所有引脚间气泡等可见气泡，使用三防漆修补破裂、未润湿部位等缺陷。
4.如权利要求1所述的印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法，其特征在于：步骤三中的喷涂过程可采用自动喷涂或手工喷涂的方式，最终干膜厚度在65～130μm。
5.如权利要求1所述的印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法，其特征在于：步骤四中的固化条件依据三防漆材料特性进行设定。
6.如权利要求5所述的印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法，其特征在于：对于丙烯酸类型三防漆采取设定加热温度50～60℃烘干2小时。
7.如权利要求5所述的印制电路板陶瓷柱栅阵列器件防护处理方法，其特征在于：对聚氨酯类型三防漆采取设定加热温度50～60℃烘干2小时后，再设定加热温度80～90℃烘干20小时。
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