Characterization of materials used in car multimedia products and study the influence of the cleaning process on test boards

Abstract

In recent years, technological development requires more complex PCB and PCBA production processes. Miniaturization is one of the greatest challenges in today's electronics industry, requiring a higher density of electronic components in the smallest area possible. However, changes in PCB layout rules, reduced size of electronic components and increased functionality may jeopardize product reliability. Therefore, materials with several functions are applied to PCBs, such as materials that allow the dissipation of the heat generated by the components (Gap Filler) and that increase the thermomechanical resistance of the soldering joints (Underfill). In addition to the application of interconnection materials, non-standard CM processes are also used, such as the Defluxing process. Accordingly, this dissertation was based on two distinct objectives: the characterization of Gap Filler (GF) and Underfill (UF) materials and the study of the Defluxing process influence on test boards. The characterization of the materials was performed by the following analytical methods: molecular structure was investigated by ATR-FTIR, chemical composition by IC and HPLC-MS and morphology by SEM-EDS and XRD. The thermal properties were evaluated by STA and the rheological properties of the materials were also determined. Finally, GC-MS analysis was used to identify released volatiles. In the second part of this project, the IPC-B-52 board was used as a test vehicle to study the influence of the Defluxing process. Analysis of ionic and organic residues was performed by ROSE, IC and HPLC-MS. In order to investigate the impact of residues on the reliability of the IPC-B-52 board, SIR tests were also performed. Selected analytical methods allowed the study of UF and GF materials, being its structure and thermomechanical behavior characterized. Properties that may influence the production process and the volatiles released by the materials were also investigated. It was concluded that the Defluxing process has no advantages over a no-clean process.

Nos últimos anos, tem se verificado que o desenvolvimento tecnológico requere cada vez processos mais complexos de produção de PCBs e PCBAs. A miniaturização é um dos maiores desafios da indústria eletrónica na atualidade, sendo necessária uma maior densidade de componentes eletrónicos numa menor área possível. Contudo, alterações nas regras de layout dos PCBs, a redução das dimensões dos componentes eletrónicos e o aumento das suas funcionalidades, podem comprometer a fiabilidade dos produtos. Assim sendo, materiais com diversas funções são aplicados nos PCBs, tais como materiais que permitam a dissipação do calor gerado pelos componentes (Gap Filler) e o aumento da resistência termomecânica das juntas de soldadura (Underfill). Além da aplicação de materiais de interconnexão, processos não standard para CM são também utilizados, como por exemplo o processo de Defluxing. Assim, esta dissertação teve como base dois objetivos distintos: a caraterização dos materiais Gap Filler (GF) e Underfill (UF) e o estudo da influência do processo de Defluxing em placas teste. A caraterização dos materiais acima referidos foi realizada através dos seguintes métodos analíticos: a estrutura molecular foi investigada por FTIR-ATR, a composição química por IC e HPLC-MS e a morfologia por SEM-EDS e XRD. As propriedades térmicas foram avaliadas por STA e foram também determinadas as propriedades reológicas dos materiais. Por fim, a análise por GC-MS foi utilizada para a identificação de voláteis libertados. Na segunda parte deste projeto, foi utilizada como veículo teste a placa IPC-B-52, para o estudo da influência do processo de Defluxing. A análise dos resíduos iónicos e orgânicos foi realizada por ROSE, IC e HPLC-MS. De forma a investigar o impacto dos resíduos na fiabilidade da placa IPC B-52, foram também realizados testes SIR. Os métodos analíticos selecionados permitiram o estudo dos materiais GF e o UF, tendo sido caraterizada a sua estrutura e comportamento termomecânico. Propriedades que podem influenciar o processo de produção e os voláteis libertados pelos materiais foram também investigados. Foi demonstrado que o processo de Defluxing não apresenta vantagens em relação a um processo No-Clean.