Leiterplattentechnisch - Die Auswirkungen bleifreier PCB-Oberflächenbehandlung auf IKT

Abstract: Die Entstehung von bleifreie Leiterplatte poses new problems for in-circuit testing (ICT). Dieser Artikel beschreibt die bestehenden PCB-Oberflächenbehandlungsprozesse und analysiert die Auswirkungen dieser Prozesse auf die IKT. It is pointed out that the key to ICT is *** *Reliability of contact with test points, und führt die spezifischen Änderungen ein, die während des PCB-Konstruktionsprozesses vorgenommen werden müssen, um IKT-Anforderungen zu erfüllen.

IKT spielt immer noch eine wichtige Rolle im Herstellungs- und Testprozess der Leiterplattenmontage (PCA), aber wie wird sich das Streben der Menschen nach bleifreier Leiterplatte auf die IKT-Phase auswirken?

Dieser Artikel wird über die Oberflächenbehandlung von bleifreier Leiterplatte sprechen, insbesondere in der IKT-Phase des Herstellungsprozesses, und zeigen, dass der erfolgreiche Test der bleifreien Oberflächenbehandlung auch vom vorteilhaften Beitrag des Leiterplattenbauprozesses abhängt.

Auswahl des PCB-Oberflächenbehandlungsprozesses

Bevor wir die Ursache und Wirkung verstehen, ist es sehr wichtig, die Arten der verfügbaren PCB-Oberflächenbehandlungsverfahren zu beschreiben und was diese Typen bieten können. Alle Leiterplatten (PCBs) haben eine Kupferschicht auf der Platine. Wenn die Kupferschicht nicht geschützt ist, wird sie oxidiert und beschädigt. Es stehen viele verschiedene Schutzschichten zur Verfügung, die häufigsten sind Heißluft-Lotnivellierung (HASL), organischer Lotschutz (OSP), elektroloses Nickel-Gold-Eintauchen (ENIG), Silber-Eintauchen und Zinn-Eintauchen.

Heißluftlöten Leveling (HASL)

HASL ist das wichtigste Blei-Oberflächenbehandlungsverfahren, das in der Industrie verwendet wird. Der Prozess wird gebildet, indem die Leiterplatte in eine Blei-Zinn-Legierung getaucht wird, und das überschüssige Lot wird durch ein "Luftmesser" entfernt. Das sogenannte Luftmesser ist heiße Luft, die auf die Oberfläche des Brettes bläst. Für den PCA-Prozess hat HASL viele Vorteile: Es ist die billigste Leiterplatte, und die Oberflächenschicht kann nach mehrfachem Reflow-Löten, Reinigen und Aufbewahren gelötet werden. Für ICT bietet HASL auch ein Verfahren zur automatischen Abdeckung von Testpads und Durchkontaktierungen mit Lot an. Im Vergleich zu den bestehenden alternativen Methoden ist die Ebenheit oder Koplanarität der HASL-Oberfläche jedoch schlecht. Nun gibt es einige bleifreie HASL-alternative Verfahren, die aufgrund der natürlichen Ersatzeigenschaften von HASL immer beliebter werden. Seit vielen Jahren wird HASL mit guten Ergebnissen angewendet, aber mit dem Aufkommen von "Umweltschutz" grünen Prozessanforderungen ist die Existenz dieses Verfahrens nummeriert. Neben dem bleifreien Problem haben zunehmende Plattenkomplexität und feinere Tonhöhen viele Einschränkungen des HASL-Prozesses aufgedeckt.

Vorteil: Die kostengünstigste Leiterplattenoberflächentechnologie hält die Lötbarkeit während des gesamten Herstellungsprozesses aufrecht und hat keine negativen Auswirkungen auf die IKT.

Nachteile: In der Regel werden bleihaltige Verfahren eingesetzt. Bleihaltige Prozesse sind nun eingeschränkt und werden schließlich bis 2007 eliminiert. Bei feiner Stiftabstimmung (<0,64mm) kann es zu Problemen bei der Lötverbringung und -dicke kommen. Die unebene Oberfläche kann Koplanaritätsprobleme im Montageprozess verursachen.

Organischer Lötschutz

Organischer Lötschutz (OSP) wird verwendet, um eine dünne, gleichmäßige Schutzschicht auf der Kupferoberfläche der Leiterplatte zu erzeugen. Diese Beschichtung schützt den Kreislauf vor Oxidation während der Lagerung und Montage. Dieser Prozess gibt es schon seit langem, hat aber erst seit kurzem an Popularität gewonnen, da bleifreie Technologien und Fine Pitch-Lösungen gesucht werden.

Verwendung von OSP-Oberflächenbehandlung, wenn die Prüfstelle nicht verschweißt ist, Es wird das Kontaktproblem der Nadelbettbefestigung in der IKT verursachen. Merely changing to a sharper **** type to pass through the OSP layer will only cause damage and puncture the PCA test vias or test pads. Studies have shown that switching to a higher detection force or changing the **** type has little effect on the yield. Unbehandeltes Kupfer hat eine Größenordnung höhere Streckgrenze als bleihaltiges Lot, und das einzige Ergebnis ist, dass es das exponierte Kupfertestpad beschädigt. Alle Prüfbarkeitsrichtlinien empfehlen dringend, exponiertes Kupfer nicht direkt zu sondieren. Bei Verwendung von OSP, Es ist notwendig, eine Reihe von OSP-Regeln für die IKT-Phase zu definieren. Die wichtigste Regel erfordert, dass die Schablone am Anfang der Schablone geöffnet wird. PCB-Verfahren zum Auftragen von Lotpaste auf die Prüfpads und Durchkontaktierungen, die vom IKT kontaktiert werden müssen.

Vorteile: Vergleichbar mit HASL in Stückkosten, gute Koplanarität, bleifreier Prozess und verbesserte Lötbarkeit.

Silbertauchgang

Silber Immersion ist eine neu hinzugefügte Methode der PCB Oberflächenbehandlung. Es wird hauptsächlich in Asien verwendet und wird in Nordamerika und Europa gefördert. Während des Lötprozesses schmilzt die Silberschicht in die Lötstellen und hinterlässt eine Zinn-/Blei-/Silberlegierung auf der Kupferschicht. Diese Legierung bietet eine sehr zuverlässige Lötstelle für BGA-Pakete. Seine Kontrastfarbe erleichtert die Inspektion und ist auch beim Schweißen eine natürliche Alternative zu HASL.

Silver Immersion ist eine Oberflächenverarbeitungstechnologie mit sehr guten Entwicklungsperspektiven, aber wie alle neuen Oberflächenverarbeitungstechnologien sind Endanwender sehr konservativ. Viele Hersteller betrachten dieses Verfahren als "im Untersuchungsprozess", aber es ist wahrscheinlich, dass es die beste bleifreie Oberflächenprozesswahl wird.

Vorteile: gute Schweißbarkeit, glatte Oberfläche, natürlicher Ersatz des HASL-Tauchens.

Nachteile: Die konservative Haltung der Endverbraucher führt dazu, dass es in der Branche an relevanten Informationen mangelt.

Zinn-Eintauchen

Dies ist ein relativ neues Oberflächenbehandlungsverfahren, das viele ähnliche Eigenschaften wie das Silbertauchverfahren aufweist. Aufgrund der Notwendigkeit, Thiourea (das ein krebserregendes Mittel sein kann) zu verhindern, das im Zinn-Eintauchprozess im PCB-Herstellungsprozess verwendet wird, gibt es jedoch wichtige Gesundheits- und Sicherheitsprobleme, die berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus sollte der Zinnwanderung ("Zinn-Grat"-Effekt) Aufmerksamkeit geschenkt werden, obwohl Anti-Migration-Chemikalien einen bestimmten Effekt bei der Beherrschung dieses Problems erzielen können.

Vorteile: gute Schweißbarkeit, glatte Oberfläche, relativ niedrige Kosten.

Nachteile: Gesundheits- und Sicherheitsprobleme, begrenzte Anzahl thermischer Zyklen.

Das obige ist die Hauptmethode der bleifreien PCB-Verarbeitung. HASL wird weiterhin die am weitesten verbreitete PCB-Verarbeitungstechnologie sein. In diesem Fall wird es für Testingenieure keine Änderung geben. In einigen Ländern wurde HASL gesetzlich verboten und Alternativen wurden angenommen. Da die PCA-Fertigung in immer mehr und verschiedene globale Regionen expandiert, wird es immer mehr bleifreie Verarbeitungsprozesse geben, die in der IKT-Prüfung zu sehen sind. Obwohl OSP keine natürliche Alternative zu HASL ist, ist es die bevorzugte alternative Behandlungslösung geworden, die von PCA-Herstellern untersucht wurde. Wenn der Prozess nicht geändert wird, um die Verwendung von Lötpaste auf den Testpads und Durchkontaktierungen zu ermöglichen, verursacht dies tatsächliche Probleme mit der Zuverlässigkeit der IKT-Tests

Die Schlussfolgerung ist, dass der Prozess der PCB-Oberflächenbehandlung nicht perfekt ist, und jede Methode hat ihre eigenen Probleme, die berücksichtigt werden müssen. Einige dieser Probleme sind ernster als andere, und alle diese bleifreien PCB-Oberflächenbehandlungsprozesse müssen in den Prozessschritten modifiziert werden, um Probleme mit der Zuverlässigkeit von Vorrichtungskontakten in der IKT zu vermeiden.

Die direkte Erkennung der Kupferoberfläche in Kombination mit der höheren Kraft, die erforderlich ist, um die OSP-Schicht zu durchdringen, schafft die tatsächliche potenzielle Gefahr, die dünne Kupferschicht zu beschädigen und einen internen Kurzschluss zu verursachen. Daher empfehlen wir, keine exponierten Kupferoberflächen zu sondieren. Jüngste Beispiele haben gezeigt, dass nach 5 bis 10-Vorrichtungsanregungen Leiterplattenverbindungen oder Prüfpunkte punktiert werden können.

Für einige PCA-Hersteller haben die Auswirkungen von OSP auf IKT ein so großes Problem verursacht, dass sie OSP überhaupt nicht mehr verwenden. Andere Hersteller begannen zu lernen, wie man die unten aufgeführten "OSP-Regeln" befolgt. "OSP-Regeln" für IKT-Prüfvorrichtungen und -Verfahren: Beachten Sie die neuesten Empfehlungen der Industrie zur Prüfbarkeit, wie z.B. www.smta.org. -Fügen Sie immer Lötpaste auf den Prüfanschlusspunkt (Testpad oder via) und sondieren Sie nicht die freigelegte Kupferschicht, die vom OSP bedeckt ist.

Es scheint, dass der Trend einiger PCB-Unternehmen ist, dass OSP als natürliche Alternative zu HASL gilt. Diese Wahl ist wahrscheinlich auf die Anerkennung von Stückkosteneinsparungen zurückzuführen.. IKT-Ingenieure sollten diesem Trend Beachtung schenken: OSP-beschichtete Leiterplatten die Leistung anderer optionaler bleifreier Oberflächenbehandlungsverfahren nicht erreichen, es sei denn, das Prüfpad ist mit Lot bedeckt.