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在电子制造领域,PCB作为电子元器件的支撑体和电气连接的提供者,其表面性质至关重要。其中,表面润湿性直接决定了液体(如焊锡膏、助焊剂、导电银浆、阻焊油墨、三防漆等)在其上的铺展、附着和最终成型质量。
一个亲水(低接触角)的表面有利于液体的铺展和渗透,从而形成牢固的冶金结合或机械互锁;而一个疏水(高接触角)的表面则会导致液体收缩、铺展不均,进而引发各种工艺缺陷。因此,精确分析并控制PCB基板的亲疏水性能,是实现高精度、高可靠性电子制造的核心环节之一。
PCB基板的润湿性主要由其表面能决定。表面能高的基板,更容易与液体相互作用,表现为亲水;表面能低的基板,则表现为疏水。在工程实践中,通常通过接触角(Contact Angle, CA) 这一量化指标来直观表征:
接触角 < 90°:定义为亲水(Hydrophilic)。液体易于铺展,角越小,亲水性越强。
接触角 > 90°:定义为疏水(Hydrophobic)。液体倾向于凝聚成球状。
接触角 > 150°:定义为超疏水(Superhydrophobic),通常需要特殊的微纳结构实现。
亲疏水性能对电子制造工艺的影响
1、焊接工艺(SMT & THT)
影响焊点质量:在回流焊或波峰焊中,助焊剂和熔融焊料需要在焊盘上良好铺展。若焊盘表面污染或氧化导致疏水性增强(接触角增大),会严重削弱焊料的润湿性,导致虚焊、冷焊、焊料球(Solder Ball) 等缺陷,直接降低电气连接可靠性。
阻焊层(Solder Mask)定义:阻焊层本身应具有良好的疏水性(高接触角),以防止焊锡在非焊盘区域爬升造成桥连。同时,其与铜箔的附着力又要求界面具有良好的亲水性。这种对不同区域的润湿性控制是PCB制造中的关键技术。
2、覆膜与涂覆工艺
阻焊油墨附着:油墨在亲水性的基材上能获得更好的附着力和成像精度。若基板疏水,容易导致油墨收缩、分层或出现鱼眼(Fish Eyes) 等缺陷。
三防漆(Conformal Coating)涂覆:三防漆需要在PCB表面形成均匀、无缺陷的保护膜。一个清洁且适度亲水的表面能确保三防漆的良好铺展和附着。疏水表面会导致涂层收缩、露点,失去保护作用。
3、集成电路封装与粘结
在芯片贴装(Die Attach)或高密度互连(HDI)技术中,导电银浆、环氧树脂胶等需要精确分配和铺展。基板的亲水表面能确保胶水/银浆的流动前沿均匀,形成厚度一致、无空洞的粘结层,提升散热性能和机械强度。
PCB基板的亲疏水性能绝非一个孤立的表面属性,而是贯穿电子制造全流程、直接影响产品良率与可靠性的关键工程参数。通过接触角测量可以对其进行精确、量化的分析与监控。