Blog de PCB - Investigación y sugerencia sobre la tecnología de tratamiento de superficie de PCB sin plomo

La aparición dE la tecnoloGía Sin plomo PCB Board haS raised new problems for in-circuit testing (ICT). En este trabajo se describen los procesos existentes de tratamiento de superficie de PCB y se analiza su influencia en las TIC.. Se señaló que las sondas y las TIC eran fundamentales para influir en las TIC.. Se probó la fiabilidad del contacto entre los puntos y se describieron los cambios específicos necesarios en el proceso de construcción de PCB para cumplir los requisitos de las TIC.. Históricamente, La principal preocupación del ingeniero de pruebas es asegurarse de que tiene un procedimiento de prueba eficaz que funciona bien en la producción. "In-Circuit Test (ICT)" remains a very effective method of detecting manufacturing defects. Los sistemas de TIC más avanzados pueden añadir valor real a la configuración de la función de prueba proporcionando un método de programación de memoria flash, PLD, FPGA, EEPROM en tiempo de prueba. Agilent 3070 Systems can be sold in ICT. ICT still plays an important role in the manufacturing and testing process of the printed circuit board assembly (PCA), Sin embargo, cómo afectará la búsqueda de PCB sin plomo a la fase de TIC? La promoción de la tecnología de soldadura sin plomo ha dado lugar a un gran número de Investigaciones sobre la tecnología de tratamiento de superficies PCB Boards. Estos estudios se basan principalmente en el rendimiento técnico de la construcción de PCB. La influencia de las diferentes tecnologías de tratamiento de superficie de PCB en la fase de ensayo se descuida en su mayor parte, O centrarse únicamente en la resistencia al contacto. En el presente libro se detallan los efectos observados en las TIC y la necesidad de responder y comprender esos cambios..

El objetivo de este artículo es compartir las siguientes experiencias: PCB Board Modificación de los requisitos del proceso de fabricación de PCB de las TIC. Este artículo discutirá el tratamiento de superficie de PCB sin plomo, Especialmente en la fase de TIC del proceso de fabricación, El éxito de la medición de la superficie sin plomo también depende de la contribución beneficiosa del proceso de construcción de PCB.. Una prueba exitosa de TIC siempre se basa en las características físicas de los puntos de contacto entre la sonda de ensayo del soporte de la aguja y la almohadilla de ensayo en el PCB. Cuando una sonda muy afilada entra en contacto con el punto de ensayo de soldadura, La soldadura se hundirá porque la presión de contacto de la sonda es mucho mayor que la fuerza de rendimiento de la soldadura.. Porque la soldadura es cóncava, Cualquier impureza que pase a través de la superficie de la almohadilla de ensayo. La siguiente soldadura no contaminada está ahora en contacto con la sonda y está en buen contacto con el punto de ensayo. La profundidad de inserción de la sonda es una función Direct a de la resistencia al rendimiento del material objetivo. Cuanto más profunda es la penetración de la sonda, Mejor contacto. An 8-ounce (oz) probe can apply contact pressures ranging from 26,000 a 160,000 PSI (pounds per square inch), Dependiendo del diámetro de la superficie. Porque la fuerza de rendimiento de la soldadura es de aproximadamente 5,000 psi, Para esta soldadura relativamente suave, los contactos de la sonda son mejores.

1. Selección del proceso de tratamiento de superficie de PCB

Antes de entender la causalidad, es importante describir los tipos de acabados de PCB disponibles y lo que pueden proporcionar. Todas las placas de circuitos impresos (PCB) tienen una capa de cobre que se oxida y daña si no está protegida. Se pueden utilizar varias capas de protección, como la nivelación de la soldadura de aire caliente (hasl), la protección de la soldadura orgánica (OSP), la inmersión de níquel - oro sin electrodos (enig), la inmersión de plata y la inmersión de estaño.

2. Nivelación de soldadura de aire caliente (hasl)

Hasl es el principal proceso de tratamiento de superficie que contiene plomo utilizado en la industria. El proceso se forma sumergiendo la placa de circuito en la aleación de plomo - estaño, eliminando el exceso de soldadura a través del "cuchillo de aire", que es el aire caliente soplado en la superficie de la placa de circuito. Para el proceso PCA, hasl tiene muchas ventajas: es una placa de PCB, la capa superficial puede ser reflow repetidamente, limpia y almacenada después de la soldadura. Para las TIC, hasl también proporciona cubiertas automáticas de soldadura para almohadillas de ensayo y a través de agujeros. Sin embargo, en comparación con los métodos alternativos existentes, la rugosidad o coplanaridad de la superficie hasl es peor. Hay algunos procesos de reemplazo de hasl sin plomo, que son cada vez más populares debido a las características naturales de reemplazo de hasl. A lo largo de los años, el efecto de uso del hasl es bueno, pero con la aparición de los requisitos del proceso verde "respetuoso con el medio ambiente", los días del proceso están contados. Además de la cuestión del plomo, el aumento de la complejidad de la Junta y el espaciamiento más fino exponen muchas de las limitaciones del proceso hasl. Ventajas: la tecnología de superficie de PCB de bajo costo mantiene la soldabilidad en todo el proceso de fabricación, sin ningún efecto negativo en las TIC. Desventajas: los procesos a base de plomo se utilizan comúnmente, pero actualmente están restringidos y eventualmente se eliminarán en 2007. En el caso del espaciamiento fino de los pines (< 0,64 mm), esto puede dar lugar a problemas de puente de soldadura y espesor. La falta de uniformidad de la superficie puede causar problemas de uniformidad en el proceso de montaje.

3. Protector de soldadura orgánico

El antiséptico de soldadura orgánica (OSP) se utiliza para formar una capa protectora fina y uniforme en la superficie de cobre de la placa de PCB. El recubrimiento protege el circuito de la oxidación durante las operaciones de almacenamiento y montaje. Este proceso ha existido durante mucho tiempo, pero sólo recientemente se hizo popular con la tecnología sin plomo y la búsqueda de soluciones de espaciamiento fino. En cuanto a la coplanaridad y soldabilidad, el rendimiento de OSP en el ensamblaje de PCA es mejor que hasl, pero el tipo de flujo de soldadura y el número de ciclos térmicos deben ser cambiados significativamente. Se debe tener cuidado, ya que la acidez reduce el rendimiento de la OSP y hace que el cobre sea fácil de oxidar. Los ensambladores prefieren superficies metálicas más flexibles y capaces de soportar ciclos de calor más largos. Para el tratamiento de la superficie OSP, si el punto de ensayo no está soldado, puede causar problemas de contacto con el soporte de la aguja de TIC. Cambiar simplemente a un tipo de sonda más afilado a través de la capa OSP sólo puede causar daños y perforar a través del agujero de prueba PCA o la almohadilla de prueba. La investigación muestra que el cambio a una mayor potencia de detección o el cambio del tipo de sonda tiene poco efecto en el rendimiento. La resistencia al rendimiento del cobre no tratado es un orden de magnitud superior a la de las soldaduras que contienen plomo y, por lo tanto, puede dañar las almohadillas de ensayo de cobre expuestas. Todas las directrices de testabilidad recomiendan encarecidamente que no se detecte directamente cobre expuesto. Cuando se utiliza OSP, es necesario definir un conjunto de reglas OSP para la fase de TIC. Las normas importantes requieren que las plantillas se abran al comienzo del proceso de PCB para permitir que la pasta se aplique a las almohadillas de ensayo y a través de los agujeros a los que las TIC deben ponerse en contacto. Ventajas: el costo unitario es igual al hasl, buena coplanaridad, proceso sin plomo y soldabilidad mejorada. Desventajas: el proceso de montaje requiere cambios significativos, la detección de la superficie de cobre grueso será perjudicial para las TIC, las sondas de TIC puntiagudas pueden dañar los PCB, se requieren precauciones manuales para limitar las pruebas de TIC y reducir la repetibilidad de las pruebas.

4. Inmersión de níquel - oro sin electrodos

Enig es un recubrimiento aplicado con éxito a muchas placas de circuitos. Aunque el costo unitario es alto, su superficie es plana y tiene una excelente soldabilidad. El principal inconveniente es que el recubrimiento de níquel sin electrodos es frágil y se ha encontrado que se agrieta bajo estrés mecánico. Esto se conoce en la industria como "bloques negros" o "grietas de barro", lo que ha llevado a algunos informes negativos del Grupo ENI. Ventajas: buena soldabilidad, superficie plana, larga vida útil, puede soportar múltiples reflow. Desventajas: alto costo (aproximadamente 5 veces más que hasl), problemas de "bloques negros", cianuro y otros productos químicos peligrosos utilizados en la fabricación.

5. Lixiviación de plata

La inmersión de plata es un método adicional para el tratamiento de la superficie de PCB. Se utiliza principalmente en Asia y se está promoviendo en América del Norte y Europa. Durante el proceso de soldadura, la capa de plata se derrite en la Junta de soldadura, dejando una aleación de estaño / plomo / plata en la capa de cobre, proporcionando una Junta de soldadura muy fiable para el paquete bga. El color de contraste hace que sea fácil de inspeccionar y es un sustituto natural del proceso de soldadura hasl. El recubrimiento de plata es un proceso de tratamiento de superficie muy prometedor, pero al igual que todas las nuevas tecnologías de tratamiento de superficie, los usuarios finales son muy conservadores al respecto. Muchos fabricantes lo llaman un proceso "en estudio", pero puede ser el proceso de superficie sin plomo preferido. Ventajas: buena soldabilidad, superficie lisa, puede reemplazar la inmersión hasl. Desventajas: la actitud conservadora de los usuarios finales significa que la industria carece de información pertinente.

6. Inmersión de estaño

Se trata de un nuevo proceso de tratamiento de superficie, que tiene muchas propiedades similares al proceso de lixiviación de plata. Sin embargo, existen importantes problemas de salud y seguridad debido a las precauciones para el uso de tiourea (posiblemente carcinógeno) durante la impregnación de estaño en la fabricación de PCB. Además, la migración (el "efecto de Burr de estaño") también es motivo de preocupación, aunque la química anti - migración puede tener algún éxito en el control de este problema. Ventajas: buena soldabilidad, superficie lisa y bajo costo. Desventajas: problemas de salud y seguridad, ciclos térmicos limitados.

7. Resumen del tratamiento de la superficie de PCB

Teniendo en cuenta algunos de los problemas de los accesorios y la tecnología, los usuarios creen que una vez resueltos estos problemas, pueden obtener una tasa de calificación del 80% al 90%. Estos son los principales métodos de procesamiento de PCB sin plomo. Hasl seguirá siendo un proceso de PCB ampliamente utilizado, en cuyo caso el ingeniero de pruebas no cambiará nada. En algunos países, el hasl está prohibido por la ley y se han introducido alternativas. A medida que la fabricación de PCA se expande a más y más campos diferentes, habrá más y más procesos sin plomo en las pruebas de TIC. Aunque OSP no es un sustituto natural del hasl, se ha convertido en un tratamiento alternativo que los fabricantes de PCA están estudiando. Cuando no se han realizado cambios de proceso para permitir el uso de pasta en las almohadillas de ensayo y a través de los agujeros, esto dará lugar a la aplicación práctica de las TIC

Problemas de fiabilidad de las pruebas

La conclusión es que el proceso de tratamiento de la superficie de PCB no es perfecto, cada método tiene sus propias consideraciones. Algunos de estos problemas son más graves que otros, y todos estos procesos de preparación de la superficie de PCB sin plomo necesitan ser modificados en los pasos del proceso para evitar problemas de fiabilidad de contacto de las TIC. Ahora me gustaría destacar estas técnicas de tratamiento de superficie y su influencia en el rendimiento de las TIC. El tratamiento de la superficie deja un "Arco" de soldadura suave y un orificio expuesto en el punto de ensayo, que es ideal para los sujetos de ensayo de TIC. Hasl es una especie de snpb Eutéctico, especialmente suave. Este objetivo suave tiene dos ventajas: la adaptación de la sonda y la absorción de energía. El PCB OSP no tiene tal objetivo suave. Por el contrario, la superficie del cobre es muy dura y no absorbe tanta energía, por lo que la sonda puede "morder" la reducción del área de contacto directo. El recubrimiento de cobre en la capa exterior suele estar entre 10 y 50 micrones. Combine el recubrimiento de cobre con el recubrimiento OSP y verá que la sonda utilizada para detectar el tablero hasl no funciona en el tablero de acabado OSP. La investigación muestra que el OSP forma una "Carcasa" muy dura en el objetivo de prueba durante un largo período de tiempo entre reflow e ICT. El tiempo de entrega de la tecnología de la información y las comunicaciones debe ser inferior a 24 horas. Hay muchos otros factores de proceso que influyen en la confusión de OSP con el ingeniero de pruebas, algunos de los cuales incluyen el tipo de proveedor de OSP, el número de pases en el horno de reflow, la eliminación del proceso de onda, el reflujo de nitrógeno o aire, y el tipo de prueba de simulación de TIC. La detección directa de la superficie de cobre, junto con la mayor fuerza de detección necesaria para penetrar la capa OSP, plantea una amenaza real de destruir la capa fina de cobre y causar cortocircuitos internos. Por lo tanto, recomendamos no detectar superficies de cobre expuestas. Ejemplos recientes muestran que después de 5 a 10 accionamientos de abrazadera, el orificio de la placa o el punto de prueba se puede perforar. Para algunos fabricantes de PCA, el impacto de OSP en las TIC es tan grande que están completamente fuera de OSP. Otros fabricantes también están aprendiendo a seguir las "reglas OSP" que se enumeran a continuación. Las "reglas OSP" de los dispositivos y procedimientos de ensayo de las TIC tienen una gran influencia en la tasa de aprobación (fpy). Puede ser necesario cambiar la sonda de sujeción para obtener una mayor fuerza, por ejemplo, de 2n a 3n; Puede ser necesario cambiar el tipo de sonda de la abrazadera a un tipo más afilado; Es posible que necesite un método de "doble clic" para activar el Retenedor o utilizar un manipulador neumático; Las limitaciones del programa de pruebas de simulación pueden ser comprometidas, abiertas o incluso ignoradas. La investigación muestra que estas reglas de asterisco tienen un efecto relativamente pequeño en el rendimiento del producto, y el método para asegurar un contacto de prueba fiable es asegurar la soldadura de la almohadilla de prueba. Algunos fabricantes creen que OSP puede ahorrar costos inmediatos y considerarlos una alternativa al proceso sin plomo. Sin embargo, algunas empresas han experimentado recientemente un cambio radical y están revisando sus estrategias al considerar los costos reales asociados con las interrupciones y demoras de la producción.

8. Lixiviación de plata

La inmersión de plata es una capa metálica de 0,4 a 0,8 micras en la parte superior de la capa de cobre, proporcionando una "carne" en la que la sonda de prueba puede morder. La inmersión de plata no se utiliza ampliamente como hasl o OSP, pero los estudios preliminares muestran que es un sustituto natural del hasl. Algunos estudios preliminares sobre la fiabilidad de las TIC muestran que el tiempo de grabado (rugosidad / acabado de la superficie) y el espesor de la superficie son consideraciones importantes para la repetibilidad. La fiabilidad de contacto de los accesorios de tratamiento de superficie de plata en la fase de TIC no es un problem a, por lo que no es necesario ajustar los accesorios de ensayo, sino ajustar la sonda o el software de ensayo. La velocidad de grabado es importante para las pruebas de TIC, ya que determina si el recubrimiento de plata es brillante o tenue. En el paso de deposición de plata, la plata se deposita en el contorno de la superficie de cobre, por lo que si la rugosidad de la superficie aumenta y por lo tanto el área aumenta, la superficie aparece como una superficie oscura, mientras que la superficie con rugosidad aparece como una superficie brillante. La investigación industrial sobre este proceso de tratamiento de superficies es limitada, pero parece prometedora tanto técnica como comercialmente. La experiencia reciente ha demostrado que este tratamiento de superficie no plantea ningún problema para las TIC. Los fabricantes de PCB ahora ofrecen paneles de plata al mismo precio que los productos hasl.

9. Resumen del presente documento

La tendencia de algunas empresas parece ser que OSP se considera un sustituto natural del hasl. Esta elección puede derivarse de la comprensión del ahorro de costes unitarios. ICT engineers should pay attention to this trend: OSP-coated PCBs will not perform as well as other alternative Liderazgo-free finishes unless the test pads are covered with solder. Si el proceso no cambia, El posible ahorro de costes inicial puede compensarse con el coste de sustitución de la sonda de sujeción, Mantenimiento de accesorios, Modificar el software de prueba, Y desechos que dañan circuitos. Vemos muchas situaciones opuestas en la selección de OSP. Se recomienda a los clientes que aún no hayan abandonado el proceso hasl con plomo que tengan en cuenta todas las ventajas y desventajas de los posibles procesos alternativos de PCB sin plomo, Garantizar que el ensayo abarque todas las fases de fabricación, Incluir pruebas, Por la Plata PCB Board No tenemos resultados concluyentes sobre el efecto del tratamiento de superficie en las TIC.. Hemos discutido con los clientes que utilizan el acabado de plata, que no han notado ningún problema de contacto con la abrazadera que utiliza el acabado de plata.