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PCB表面能的含义及其对敷形涂布的影响

发布日期:2020-10-09浏览次数:451次

表面能 VS表面张力

表面化学是一门极为复杂的科学分支,因此,我们在这里只作一个粗浅的讨论和理解。为了达到敷形涂布的目的,必须同时考虑PCB暴露表面和涂层本身的表面能量。

通常在讨论固体时,使用表面能这一术语,而在考虑液体或涂料时,则使用表面张力这一术语。

 

固体表面能

固体的表面能通常以 每厘米达因 为单位表示,或简称为达因。给定固体的表面能由其化学性质和表面形貌决定。在为PCB涂布时,我们试图润湿和粘接的表面通常是焊锡掩膜或元件表面。

下表为常见固体材料的表面能(达因)。通常情况下,表面能越高意味着更容易均匀涂覆而不产生表面缺陷。

常见固体材料 表面能

Aluminum

1000
Glass 300
Epoxy(solder mask) 45
PVC 39
Polyethylene 31
PTFE 18

液体的表面张力通常也用达因表示。在设定的条件下,所有的纯液体都有一个相当可靠和可测量的表面张力。例如,水的达因值约为73,而敷形涂布中使用的标准工业溶剂(如甲苯和二甲苯)的达因值约为28。

 

下表为常见液体的表面张力(达因)。一般来说,较低的表面张力意味着更容易均匀地涂覆而不产生表面缺陷。

常见液体 表面张力
Water 73
Ethylene 48
Xylene 29
Toluene 28
MEK 25
Cyclohexane 25

 

“润湿”是什么意思呢?

在PCB制造和敷形涂布中,你可能会遇到术语“润湿”。对于不熟悉的人来说,这只是一个不太科学的术语,用来描述液体或涂层是否“润湿”给定的表面。

如果涂层流动并形成连续的、无缺陷的、厚度一致的液体薄膜,则涂层具有良好的润湿性或润湿PCB表面。相反地,如果涂料呈珠状,形成鱼眼等缺陷,或形成有间隙或厚度不一的膜,则润湿性差或未润湿。


表面能固体>表面张力液体涂层=良好的附着力/润湿性

影响表面能的因素很多,但对于大多数涂层,需要记住的一件重要事情是,固体表面能(PCB表面)必须高于敷形涂布的表面张力,才能合适的润湿和附着。

下面的图表中看到,左边是焊锡掩膜表面(绿色),其表面能量超过了保形涂层(黑色),从而导致适当且均匀的润湿。在右边是两个例子,其中固体表面能量低于涂层,导致较差的润湿性和珠状。能量的差异越极端,润湿或串珠就越明显。这通常是通过测量珠的接触角来测量的。

 

如何测量PCB的表面能量?

表面能测量最常用的方法是用达因笔进行简单的比较测试。达因笔含有各种具有预定表面张力特性的溶液。在这个测试中,未知表面能量的被测物与已知表面张力的达因笔内溶液作对比,测出大致的达因值范围。当被测物体的表面能等于或高于达因笔的表面张力时,溶液能良好润湿。

 

提高表面能的指导方针

一般情况下,建议在敷形涂布之前,PCB的表面能大于38达因。然而,在敷形涂布之前,有许多过程会导致PCB表面能量的降低。这些情况大多是由于沉积或迁移低表面能污染物到PCB,如油,蜡,或增塑剂。

 

一些来源可以包括:

• 检查或装配过程中的处理

• 从其他加热过程回流迁移的增塑剂

• 回流过程中,焊剂残留物

• 使用不兼容的清洗液和清洁剂

• 包装或存储过程的污染

 

简单的操作、运输和回流过程都会增加离子和非离子污染物。在SMT过程的每个步骤之间开发阶段-栅极表面能检查,以确定表面能在哪里受到影响。一旦确定,采取适当的纠正措施来解决污染物的来源。

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