Tecnología PCBA - Análisis de las causas de la mala soldadura de PCB en el tratamiento de superficie de OSP

Análisis de las causas de la mala soldadura de PCB en el tratamiento de superficie de OSP y contramedidas de mejora

OSP es un proceso de tratamiento de superficie de láminas de cobre de placas de circuito impreso que cumple con los requisitos de la Directiva rohs.

1. introducción los PCB son materiales indispensables para los productos electrónicos modernos. Con el rápido desarrollo de la tecnología de montaje de superficie (smt) y la tecnología de circuitos integrados (ic), los PCB deben cumplir con los requisitos de desarrollo de alta densidad, alta planitud, alta fiabilidad, poros más pequeños y almohadillas más pequeñas, y los requisitos para el tratamiento de superficie y el entorno de fabricación de los PCB son cada vez más altos. El tratamiento de superficie OSP es una tecnología de tratamiento de superficie de PCB comúnmente utilizada en la actualidad. Se trata de una película orgánica de 0,2 a 0,5 um que crece en una superficie limpia de cobre desnudo por métodos químicos. La película es antioxidante, resistente al choque térmico y a la humedad a temperatura ambiente, y protege la superficie del cobre de la oxidación o sulfuración. En la posterior soldadura a alta temperatura, la película protectora debe ser eliminada fácilmente y rápidamente por el flujo para exponer una superficie limpia de cobre y unirse a la soldadura fundida para formar una soldadura sólida en muy poco tiempo.

En comparación con otros tratamientos de superficie, el tratamiento de superficie OSP tiene las siguientes ventajas y desventajas: a.osp tiene una superficie plana y uniforme, con un espesor de película de 0,2 a 0,5 um, adecuado para PCB de componentes densos smt; B. la película OSP tiene una buena resistencia al choque térmico, es adecuada para el proceso sin plomo y el procesamiento de placas individuales y dobles, y es compatible con cualquier soldadura; C. en la operación de solubilidad en agua, la temperatura se puede controlar por debajo de 80 grados celsius, lo que no causará problemas de flexión y deformación del sustrato; D. buen entorno de operación, poca contaminación y fácil automatización de la línea de producción; E. el proceso es relativamente simple, el rendimiento es alto y el costo es bajo; F. la desventaja es que la película protectora formada es muy delgada y la película OSP es fácil de rayar (o rayar); G. después de muchas soldadura a alta temperatura del pcb, la película OSP (refiriéndose a la película OSP en la almohadilla sin soldadura) cambiará de color, agrietará, adelgazará y oxidará, afectando la soldabilidad y fiabilidad; H. hay una gran variedad de pociones, diferentes propiedades, calidad desigual, etc.

2. descripción del problema en el proceso de producción real, la placa de PCB OSP es propensa a problemas como decoloración de la superficie, espesor desigual de la película, exceso de diferencia (demasiado grueso o demasiado delgado); En la etapa posterior de la producción de pcb, si el PCB formado se almacena y utiliza incorrectamente, es propenso a problemas de soldadura como la oxidación de la almohadilla, el estaño en la almohadilla no es bueno, la incapacidad de formar puntos de soldadura sólidos, la soldadura virtual y la soldadura insuficiente; Al soldar la segunda superficie de la placa de doble cara y el horno de estaño en la producción de smt, es propenso a problemas como soldadura de retorno deficiente, fuga de cobre en los puntos de soldadura, apariencia que no cumple con el estándar ipc3 y alta tasa de defectos de soldadura del horno de Estaño.

3. análisis de casos: cuando los productos de PCB tratados en la superficie de OSP de una empresa se producen en la primera cara de smt, el estaño en la almohadilla del componente es bueno, cuando se produce la segunda cara, el estaño después de que el conector pasa por el horno y la almohadilla del componente en algunas posiciones son malos, y la Soldadura tiene algunos problemas de resistencia a la humedad en la almohadilla, como se muestra en la figura 1. En este caso, el PCB es el método de tratamiento de superficie osp, y el proceso SMT es el proceso sin plomo. Según el análisis de los principios básicos de la soldadura y la experiencia práctica de ingeniería, la ocurrencia de soldadura de drenaje y protección contra la humedad está directamente relacionada con la soldabilidad de la almohadilla de superficie de pcb. Por lo tanto, la idea de análisis de este caso es identificar las causas de la mala soldabilidad de OSP a través de inspecciones de apariencia, limpiar la almohadilla rota con alcohol isopropílico (ipa) y ácido clorhídrico, y luego utilizar EDS en laboratorios de terceros para el análisis de composición, y dar las contramedidas de mejora correspondientes.

1 mal estaño

3.1 analizar el proceso a, observar los productos defectuosos con un microscopio y encontrar que hay muchos lugares con mala humedad en el pcba. la almohadilla con mala humedad es una red esférica irregular. la almohadilla de PCB presenta una forma clara de no soldadura, como se muestra en la figura 1 anterior.

B. limpiar la almohadilla con propanol (ipa) y sumergirla en un baño de estaño de 255 ° C durante 5 segundos. Propósito de la verificación: el Estaño se puede humedecer después de la limpieza por IPA cuando el estaño no está húmedo debido a la contaminación de cuerpos extraños. Conclusión: la limpieza del estaño en la almohadilla por IPA no es propicia, lo que indica que el fallo del estaño en la almohadilla no es causado por la cobertura de cuerpos extraños [3], como se muestra en la figura 2.

2 Comparación de estaño en la almohadilla antes y después de la limpieza de IPA

C. limpie la almohadilla con poca humectabilidad con ácido clorhídrico y sumerja en un baño de estaño de 255 ° C durante 5 segundos. Propósito de la verificación: cuando la oxidación de la almohadilla hace que el estaño no esté húmedo, el Estaño se puede humedecer después de la limpieza con ácido clorhídrico. Conclusión: después de la limpieza con ácido clorhídrico, la soldadura se humedece bien, lo que indica la presencia de óxido metálico en la superficie de la almohadilla sin humedecer, lo que hace que la soldadura no pueda humedecer durante el proceso de soldadura [3].

3 Comparación del estaño en la almohadilla antes y después de la limpieza con ácido clorhídrico

D. se realizará un análisis EDS de la posición de rechazo a la soldadura. Propósito de la verificación: analizar la composición de los elementos de la mala posición de la superficie de la almohadilla para determinar la causa fundamental de la mala aplicación del Estaño. Conclusión: el cobre en la zona sin almohadilla tiene una ventaja absoluta, lo que indica que no está cubierto por soldadura y no hay otra contaminación metálica; Como se muestra en la figura 4, debido a la influencia del proceso de soldadura y la composición en el aire [3], hay elementos como carbono y oxígeno en la zona de borde de soldadura de la zona mala de soldadura.

Análisis de EDS de 4 posiciones malas

Prueba de soldabilidad de pcb. De acuerdo con el método de prueba A1 en el IPC J - STD - 003b, se debe realizar una prueba de soldabilidad después de simular una soldadura de retorno de la placa óptica de PCB y la placa óptica en el mismo ciclo. Propósito de la verificación: comparar la soldabilidad de los PCB entre el monopatín óptico y el horno de retorno primario simulado. Conclusión: la almohadilla de soldadura de la placa de luz de PCB del mismo ciclo está bien recubierta de estaño y su apariencia cumple con los requisitos del ipc, como se muestra en la figura 5; Después de un retorno, la película OSP se deteriora y se adelgaza, la soldabilidad de los PCB se deteriora y algunas almohadillas se humedecen mal, como se muestra en la figura 6.

4.1 Medidas de mejora 4.1 selección de medicamentos OSP adecuados. Hay tres tipos de materiales osp: rosina, resina activa y azol. En la actualidad, el más utilizado es el Oxazol osp. El oxazole OSP ha mejorado en unas seis generaciones y ahora la temperatura de descomposición puede alcanzar los 354,9 grados centígrados [4,5], adecuada para procesos sin plomo y para soldadura de retorno múltiple. antes de la producción de pcb, se debe seleccionar el medicamento líquido adecuado en función del proceso de producción del producto.

4.2 En el proceso de producción de pcb, el espesor y la uniformidad de la película OSP deben controlarse estrictamente. La clave del proceso OSP es controlar el espesor de la película protectora. El espesor de la película es demasiado delgado y la resistencia al choque térmico es pobre. En la soldadura de retorno, la película no puede soportar altas temperaturas, grietas y adelgazamiento, lo que puede conducir fácilmente a la oxidación de la almohadilla y afectar la soldabilidad; Si el espesor de la película es demasiado grueso, no se puede disolver bien y eliminar por el flujo durante el proceso de soldadura, también puede causar una mala soldadura.

4.2.1 proceso de producción de placas osp: drenaje - Eliminación de aceite - lavado de agua - microcorrupción - lavado de agua - preimpregnado - lavado de agua di - secado - película protectora superior (osp) - secado - lavado de agua di - secado - secado - recogida de placas

4.2.2 factores principales que afectan el espesor de la película OSP A. eliminación de aceite. El efecto de desengrasamiento afecta directamente la calidad de la película. Si la eliminación de aceite no es buena, el espesor de la película formada es desigual. Por un lado, la concentración se puede controlar dentro del rango del proceso mediante una solución analítica. Por otro lado, compruebe si el efecto de desengrasamiento es bueno. Si el efecto de desengrasamiento no es bueno, el desengrasante debe cambiarse a tiempo.

Microerosión. El objetivo del micro - grabado es formar una superficie de cobre áspero para la formación de películas. El espesor del micro - grabado afecta directamente la tasa de formación de película. Para formar un espesor de película estable, es necesario mantener la estabilidad del espesor de micro - grabado. En términos generales, es apropiado controlar el espesor del micro - grabado en 1,0 a 1,5 um. Antes de cada turno de producción, se mide la velocidad de micro - grabado y se determina el tiempo de micro - grabado de acuerdo con la velocidad de micro - grabado.

Prepreg. El prepreg puede evitar que iones nocivos como los iones de cloro destruyan la solución del cilindro osp. La función principal del tambor preimpregnado OSP es acelerar la formación del espesor de la película OSP y tratar la influencia de otros iones nocivos en el tambor osp. La solución preimpregnada contiene una cantidad adecuada de iones de cobre, lo que puede promover la formación de películas protectoras compuestas y acortar el tiempo de inmersión. En general, se cree que el alquilbenzidazol se complementó con los iones de cobre en cierta medida debido a la presencia de iones de cobre en la solución de preflujo. Cuando los complejos con cierto grado de aglomeración se depositan en la superficie del cobre para formar una película compuesta, puede formar una capa protectora más gruesa en poco tiempo, por lo que actúa como promotor compuesto. Si el contenido de alquilbenzidazol o componente similar (mizol) en el prepreg es pequeño, cuando los iones de cobre son excesivos, la solución prepreg envejecerá prematuramente y necesita ser reemplazada. Por lo tanto, es necesario centrarse en el control de la concentración y el tiempo de los billetes preimpregnados.

Concentración de los principales componentes de la osp. El alquilbenzidazol o un componente similar (mizol) es el componente principal de la solución osp, y la concentración es la clave para determinar el espesor de la película osp. Durante el proceso de producción, es necesario monitorear la concentración de la solución osp.

E. valor de pH de la solución. La estabilidad del pH tiene un gran impacto en la tasa de formación de película. Para mantener la estabilidad del ph, se añade una cierta cantidad de tampón al tanque de solución. En general, si el pH se controla en 2,9 ~.

3.1, se puede obtener una película OSP densa y uniforme con espesor medio. Cuando el pH es alto y el pH es superior a 5, la solubilidad del alquilbenzidazol disminuye y el aceite se precipita; Cuando el pH es bajo y el pH es inferior a 2, la membrana formada se disolverá parcialmente. Por lo tanto, es necesario centrarse en el monitoreo del Ph.

F. temperatura de la solución. Los cambios de temperatura también tienen un gran impacto en la tasa de formación de película. Cuanto mayor sea la temperatura, más rápida será la tasa de formación de película. Por lo tanto, es necesario controlar la temperatura del tanque osp.

Tiempo de formación de película (tiempo de inmersión). Bajo la composición determinada del líquido del tanque osp, la temperatura y el ph, cuanto más largo sea el tiempo de formación de la película, más grueso será el tiempo de formación de la película. Por lo tanto, es necesario controlar el tiempo de formación de la película.

4.2.3 en la actualidad, la mayoría de las fábricas de PCB utilizan espectrómetros ultravioleta para medir el espesor de las películas osp. Su principio es utilizar principalmente las características de fuerte absorción del compuesto de mizol en la región ultravioleta de la película osp, y luego calcular el espesor de la película OSP midiendo la absorción máxima. Este método es simple y fácil, pero el error de prueba es grande. otro método es utilizar la tecnología FIB para medir el espesor real de la película OSP [6]. Los fabricantes de PCB deben utilizar métodos adecuados para detectar y controlar el espesor de la película OSP durante la producción para garantizar que el espesor de la película OSP cumpla con los requisitos estándar.

4.3 los requisitos de embalaje y almacenamiento de las placas OSP se deben a que la película OSP es muy delgada, si se expone a un ambiente de alta temperatura y alta humedad durante mucho tiempo, la superficie del PCB se oxidará y la soldabilidad empeorará. Después del proceso de soldadura de retorno, el OSP en la superficie del PCB también se agrietará y adelgazará, lo que puede conducir fácilmente a la oxidación de la lámina de cobre del PCB y la mala soldabilidad.

4.3.1 requisitos de embalaje de la placa osp: los materiales entrantes de la placa OSP deben envasarse al vacío, con un Desecante y una tarjeta de visualización de humedad. Se debe utilizar papel de aislamiento entre las placas de PCB para evitar arañazos o fricciones que dañen la película osp.

4.3.2 Las placas OSP no deben estar expuestas directamente al sol. Se debe almacenar en un ambiente con una humedad relativa del 30 al 70% y una temperatura de 15 a 30 grados Celsius durante no más de 6 meses. Se recomienda usar un gabinete especial a prueba de humedad para almacenarlo. Si el PCB está húmedo o caducado y no se puede hornear, solo se puede devolver a la fábrica de PCB para el retrabajo osp.

4,4. Antes de abrir el pcb, verifique si el paquete del PCB está dañado y si la tarjeta de visualización de humedad está decolorada. No se puede usar si está dañado o decolorado. Es necesario producir en línea dentro de las 8 horas posteriores al desbloqueo. Se recomienda usar tanto como sea posible sin sellar. Los PCB inacabados o las colas deben empaquetarse al vacío a tiempo.

Es necesario controlar la temperatura y la humedad en el taller smt. Temperatura recomendada en el taller: 25 ± 3 grados centígrados, humedad: 50 ± 10%. Durante el proceso de producción, está prohibido tocar directamente la superficie de la almohadilla de PCB con las manos desnudas para evitar la contaminación por sudor, la oxidación y la mala soldadura.

C. los PCB impresos con pasta de soldadura deben pegarse lo antes posible y los componentes deben pasar por el horno. Trate de evitar el lavado de la versión debido a errores de impresión o problemas de instalación, porque el lavado de la versión puede dañar la película osp. Si realmente es necesario limpiar el plato, no se permite remojar o limpiar con un disolvente altamente volátil. Se recomienda limpiar la pasta de soldadura con un paño no tejido manchado con 75% de alcohol. El PCB limpiado debe completar la soldadura en un plazo de 2 horas.

Una vez finalizada la colocación unilateral de D. smt, el segundo componente SMT se instalará en un plazo de 24 horas, y la soldadura selectiva o la soldadura de pico del componente sumergido (enchufado) se completará en un máximo de 36 horas.

Debido a que la fluidez de los PCB tratados en la superficie OSP es peor que la de las pastas de placas de circuito impreso tratadas en otras superficies, las juntas de soldadura son propensas a exponer cobre. En el diseño se puede aumentar adecuadamente la apertura de la malla de acero. Se recomienda abrir el agujero de acuerdo con la almohadilla 1: 1.05 o 1: 1.1, pero preste atención al tratamiento de cuentas de estaño de los componentes del chip.

F. cuando la temperatura máxima y el tiempo de retorno del retorno de la placa OSP cumplan con la calidad de la soldadura, se recomienda desviarse lo más posible del límite inferior de la ventana del proceso, y la temperatura máxima y el tiempo de retorno de la soldadura deben ser lo más bajos posible; Al producir placas de doble cara, se recomienda reducir adecuadamente la temperatura en el primer lado (lado del applet) y establecer las temperaturas en ambos lados por separado para reducir el daño de las altas temperaturas a la película osp. Si es posible, se recomienda producir nitrógeno, lo que puede mejorar efectivamente la mala soldadura por oxidación de la almohadilla lateral segunda de la placa de PCB OSP de doble Cara.

5. las conclusiones tienen muchos factores que afectan la mala soldadura de los PCB tratados en la superficie de osp, como la composición y la calidad de la parte osp, el grosor y la uniformidad de la película osp, el embalaje y almacenamiento de la placa osp, el uso y el control del tiempo de la parte SMT y los parámetros del proceso durante La producción (como la apertura de la malla de acero, la temperatura del horno, etc.). Entre ellos, la calidad de la solución OSP y el grosor y uniformidad de la película OSP son los requisitos previos para garantizar la calidad de la soldadura. Los defectos de soldadura causados por estos problemas de fabricación de PCB son difíciles o incluso imposibles de resolver por métodos de proceso en el proceso de producción de smt. Por lo tanto, para mejorar y garantizar una buena calidad de soldadura, las fábricas de PCB deben controlar estrictamente los parámetros clave del proceso de fabricación de PCB para garantizar la calidad de la película OSP y la calidad de producción de pcb; Los PCB producidos deben empaquetarse y almacenarse estrictamente de acuerdo con los requisitos de la placa osp; El SMT debe controlarse estrictamente de acuerdo con el tiempo de uso; Controlar y optimizar los parámetros del proceso, como la apertura de la red de alambre de acero y la temperatura del horno, y formular un proceso de producción perfecto de placas de PCB osp.