 |
|
Скоро!Событий нет.
|
|
26 декабря 2007
Финишные покрытия. Часть IIОглавление:
Иммерсионное сереброДанный процесс вышел на рынок около 2000 года. Процесс нанесения иммерсионного серебра похож на ENIG, однако заметно проще него и может выполняться как в вертикальном, так и в горизонтальном варианте исполнения. Процесс, как правило, состоит из двойной предварительной очистки, предварительного погружения и серебряной ванны. Для предотвращения миграции серебра по печатной плате, серебро наносится совместно с органическим соединением, которое не только предотвращает миграцию серебра, но и предохраняет его от окисления, являясь консервирующим антиокислительным покрытием. Толщина покрытия обычно составляет от 0,05 до 0,2 мкм, что достигается нахождением платы в серебряной ванне на протяжении от 1 до 4 минут. Малая толщина покрытия сокращает расходы на его нанесение. Толщина покрытия может быть измерена с применением рентгенофлуоресцентных методов и оборудования. В процессе пайки слой серебра полностью растворяется в паяном соединении, образуя однородный сплав Sn/Pb/Ag непосредственно на медной поверхности, что дает хорошую надежность соединения, в том числе для больших корпусов BGA-компонентов [2]. Весь процесс продолжается ~ 35 мин. [5] Живучесть покрытия ImAg превосходит OSP, но меньше, чем у ENIG. В противоположность OSP, контрастирующие цвета серебра и меди облегчают нахождение дефектов покрытия. В процессе хранения платы, осуществления ее сборки и пайки данное покрытие зачастую желтеет, что является результатом загрязнения воздушной среды сульфатами и хлоридами либо неправильного обращения с платой после нанесения покрытия, вызвавшего разрушение защитного органического покрытия – перегрев, избыточное световое воздействие, жировые отпечатки пальцев [17]. Пожелтение не влияет на свойства покрытия ImAg, сказываясь лишь на его декоративности. Усилие запрессовки контактов разъемов на платах, покрытых ImAg, превосходит Sn-Pb, однако при выборе подходящего покрытия штырьков, технология запрессовки при использовании иммерсионного серебра доказала свою жизнеспособность. Некоторую проблему может создать тонкий слой серебра, который еще более истончается вследствие износа, если штырьки разъема неоднократно вставляются в отверстия и вынимаются из них. Это может привести к окислению лежащего ниже слоя меди, которое, в свою очередь, вызовет потерю электрического контакта. Иногда для иммерсионного серебра проявляется дефект образования микропустот, сходный по результатам своего воздействия – нарушению механической прочности паяных соединений – с черными контактными площадками [19]. Достоинства:
Недостатки:
Иммерсионное оловоПроцесс нанесения иммерсионного олова является еще одной альтернативой HASL и включает в себя одинаковые с ImAg этапы, за исключением более длительной выдержки в ванне для оловянирования (10 – 15 минут), что удлиняет конвейерную линию и удорожает процесс. Должна проводиться дополнительная отмывка для надежного удаления электролита оловянирования. Как и ванна для никелирования в ENIG-процессе, ванна для оловянирования представляет собой неблагоприятную среду для паяльных масок, тем не менее, покрытие не может быть нанесено перед нанесением маски. Подвергшееся окислению олово, которое является побочным продуктом реакции нанесения покрытия и находится в ванне, может нарушить целостность покрытия. Кроме того, медь достаточно легко мигрирует в слой олова, который обычно составляет 0,6 – 1,5 мкм. Кроме типового измерения толщины покрытия с помощью рентгенофлюоресцентного анализа, необходимы дополнительные тесты паяемости покрытия – в частности, старение в сочетании с тестом паяемости. Олово дает хорошую паяемую поверхность для поверхностно монтируемых компонентов, в частности, в корпусах BGA, однако количество циклов нагрева для данного покрытия может быть ограничена. Продолжительность процесса, как и у ImAg, составляет ~ 35 мин [5]. ImSn обеспечивает лучшую паяемость, чем ENIG, и создает хорошую скользящую поверхность для вставки штырьков разъема при запрессовке. Проблемы оловаДля олово, применяемого в качестве финишного покрытия, характерны две основные проблемы – образование так называемых «усов» олова и интерметаллических соединений. Усы оловаУсы олова – длинные (до 150 мкм) тонкие кристаллические нити разнообразной формы, растущие в различных направлениях из материала покрытия. Усы могут вызвать короткие замыкания проводящего рисунка платы как сами по себе, вследствие своего роста либо обламывания с последующим падением на поверхность ПП в процессе изготовления и/или эксплуатации изделия, так и создавая кратковременную электрическую дугу при пропускании большого тока и плавления уса. В этом случае может происходить кратковременный отказ изделия, а обломки усов, перемещающиеся по поверхности платы, вызывают как перемежающиеся, так и постоянные отказы изделия. Процесс образования усов олова до конца не изучен, и не существует однозначных ответов на вопросы их возникновения и предотвращения появления. Отмечено, что основной причиной является сдавливающее напряжение в пленках олова, возникающее вследствие формирования интерметаллической структуры, окисления, коррозии, цикличного изменения температур или механических воздействий [27]. Рекомендации iNEMI Tin Whisker User Group сводятся, в целом, к использованию барьерных прослоек между медью и оловом, ограничивающих диффузию меди в олово и образование интерметаллидов. Также необходимо применять меры по предотвращению сильного окисления покрытия и конденсации влаги, ведущих к образованию коррозии. Рекомендуется избегать нанесения олова поверх латуни, если при этом отсутствует барьерный никелевый подслой с минимальной толщиной 1,27 мкм, так как сочетание олово-латунь, как правило, приводит к образованию усов [27]. Также отмечено, что, если на покрытие воздействует продолжительное механическое сдавливающее усилие, то риск роста усов олова значительно увеличивается. Более подробно с механизмом возникновения усов и прочими проблемами чистого олова можно ознакомиться в статье «Основные проблемы чистого олова» [27], опубликованной на нашем портале. Образование интерметаллических соединенийОбразование интерметаллических соединений CuXSnY может явиться причиной не только образования усов олова, но и ухудшения паяемости. В паяных соединениях интерметаллический слой играет роль механической связки. Но, так как толщина оловянного покрытия весьма невелика (до 1,5 мкм), в процесс формирования интерметаллидов CuXSnY этот тонкий слой олова быстро поглощается, интерметаллиды подвергаются окислению, и покрытие утрачивает способность к пайке. Из-за данного эффекта такое покрытие может потерять паяемость за две недели [17]. Для борьбы с такими последствиями наносят различные барь¬ерные подслои, например, металлоорганические, исчезающие при пайке, проводят осаж¬дение крупнокристаллического олова и др. [17] Еще одним достоинством покрытия на основе ImSn является то, что оно хорошо подходит для выполнения соединений разъемов с платой методом запрессовки по технологии Press-Fit. Достоинства:
Недостатки:
Покрытия на основе иммерсионного серебра и олова уже получили широкое распространение в крупносерийном производстве, и продолжается процесс их дальнейшего исследования и усовершенствования. Благодаря высокому контактному сопротивлению олово, тем не менее, не так хорошо подходит для операции электрического тестирования с помощью контактных пробников. Хотя пока не существует наилучшего покрытия для всех областей применения, исследователи обращают основное внимание на ImAg для использования при бессвинцовой пайке, как наиболее универсального из существующих альтернатив HASL [6]. OSPВ качестве альтернативного покрытия по отношению к металлическим применяются органические защитные покрытия (OSP – organic solderability preservative). Они состоят из органического слоя (на основе бензотриазола или имидазола), лежащего непосредственно на готовой к пайке медной поверхности и защищающего ее от окисления [5]. Процесс нанесения такого покрытия прост и легко химически контролируем, включает в себя две последовательно выполняемых операции очистки (отмывку и микротравление), а также операцию предварительного и основного нанесения покрытия с добавлением специальной добавки для предотвращения потускнения; достаточно гибок и может выполняться в горизонтальном и вертикальном варианте; при этом не повреждаются золотые немаскированные области, если они присутствуют на печатной плате. Перед нанесением OSP-покрытия отверждение паяльной маски должно быть полностью завершено. Покрытие довольно дешево, требует значительно меньших начальных инвестиций для своей реализации, чем HASL, и является более безопасным для окружающей среды. Толщина покрытия обычно составляет 0,2 – 0,6 мкм. Измерение толщины органического покрытия производится посредством растворения покрытия на образце и последующего анализа раствора с помощью УФ-спектрометра. Вследствие этого, практически невозможно точно определить толщину покрытия на плате. Более того, так как покрытие является прозрачным, существуют трудности в обнаружении дефектов его нанесения, таких, как пропуски покрытия или небольшие частицы, оставшиеся на контактной площадке от предыдущих процессов. При наличии подобных дефектов, большинство из них проявляются в процессе пайки (непропаянные соединения, плохое смачивание припоем КП и пр.). Ранние покрытия OSP демонстрировали короткое время жизни и могли выдержать только 1-2 цикла пайки оплавлением, после чего начиналась деградация их свойств, однако процесс их совершенствования продолжался, и современные покрытия могут применяться для бессвинцовой пайки (выдерживают до 3-4 воздействий высоких температур при бессвинцовом оплавлении), обеспечивают паяемость более года, а также способны сохранять свои защитные свойства даже после многократных циклов пайки оплавлением с применением эвтектических припоев. Так как OSP-покрытие по своей природе является неметаллическим и, следственно, непроводящим, для проведения внутрисхемного электрического тестирования крайне важно, чтобы тестовые пробники после пайки имели надежный контакт с тестовыми площадками, покрытыми OSP, в особенности для сборок, подвергающихся многократному оплавлению. В некоторых случаях может понадобиться применение более дорогостоящих многоточечных тестовых пробников, а также более частая очистка их контактов. Не следует допускать непосредственного контакта поверхностей плат при их транспортировке, так как они могут подвергаться абразивному износу при трении друг о друга. Следует проложить между ними бумагу либо осуществлять транспортировку в специальной таре, исключающей соприкосновение плат. Плоскостность поверхности, обеспечиваемая данным покрытием, крайне высока. Оно также прекрасно подходит для КП, расположенных с малым шагом. Покрытие OSP совместимо с водосмываемыми (органическими) и RMA-флюсами, но может быть несовместимо с менее активными флюсами, такими, как канифольные флюсы, не требующие отмывки [5]. Платы, изготовленные с применением покрытия OSP, могут не подходить для применения в высокочастотных изделиях. Большинство плат для ВЧ-применений требуют припаивания металлического экрана, который механически контактирует с заземляющей шиной и обеспечивает тем самым необходимое экранирование. В случае органического покрытия достаточное экранирование может быть не обеспечено, так как не будет непосредственного контакта металлического экрана с металлом проводника, покрытым OSP [20]. Достоинства:
Недостатки:
Ниже в таблице 1 приведены различные параметры рассмотренных покрытий, касающиеся конструкции ПП и техпроцесса ее изготовления, сборки электронного изделия на такой палате и возникающих при этом проблем. Таблица составлена по данным [24, 25].
ЗаключениеВ данной статье рассмотрены покрытия, наиболее распространенные и хорошо зарекомендовавшие себя в настоящее время на операциях сборки электронных изделий. Процесс дальнейшего усовершенствования этих покрытий продолжается, также активно развиваются и пока менее распространенные их аналоги – различные покрытия на основе палладия, а также гальванически осаждаемые NiSn и SnAg и пр. За рамками рассмотрения данной статьи остались такие важные вопросы, как подробное рассмотрение ряда бессвинцовых покрытий, а также методы тестирования паяемости, измерения поверхностного сопротивления покрытия и прочности сдвига паяных соединений в соответствии с современными международными стандартами. Эти вопросы будут освещены в последующих статьях по данной тематике на нашем портале. Список использованных источников
Страницы статьи: 1 2 
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
© “Элинформ” 2007-2024. Информационный портал для производителей электроники: монтаж печатных плат, бессвинцовые технологии, поверхностный монтаж, производство электроники, автоматизация производства  |