Technologie PCBA - OSP traitement de surface PCB soudure mauvaise analyse des causes

OSP traitement de surface PCB mauvaise soudure analyse des causes et amélioration des contre - mesures

OSP est un procédé de traitement de surface de feuilles de cuivre de circuits imprimés qui répond aux exigences de la Directive RoHS.

1. Introduction PCB est un matériau indispensable pour les produits électroniques modernes. Avec le développement rapide de la technologie de montage en surface (SMT) et de la technologie des circuits intégrés (IC), les PCB doivent répondre aux exigences de développement de haute densité, de planéité élevée, de fiabilité élevée, de plus petites ouvertures et de plus petits Plots, et les exigences en matière de traitement de surface et de fabrication de PCB sont de plus en plus élevées. Le traitement de surface OSP est la technologie de traitement de surface de PCB couramment utilisée à l'heure actuelle. Il s'agit d'un film organique de 0,2 à 0,5 µm cultivé par voie chimique sur une surface de cuivre propre et nue. Le film est résistant à l'oxydation, aux chocs thermiques et à l'humidité à température ambiante et peut protéger la surface du cuivre contre l'oxydation ou la vulcanisation. Lors du soudage ultérieur à haute température, le film protecteur doit être facilement et rapidement retiré par le flux pour exposer une surface de cuivre propre et combiné avec la soudure fondue pour former des points de soudure solides en très peu de temps.

Le traitement de surface OSP a les avantages et les inconvénients suivants par rapport à d'autres traitements de surface: A. la surface OSP est plate et uniforme, l'épaisseur du film est de 0,2 ~ 0,5 um, convient aux PCB pour les éléments denses SMT; B. Le film OSP a une bonne résistance aux chocs thermiques, convient au processus sans plomb et à l'usinage de panneaux simples et doubles et est compatible avec toute soudure; C. dans le fonctionnement soluble dans l'eau, la température peut être contrôlée en dessous de 80 degrés Celsius et ne causera pas de problèmes de déformation en flexion du substrat; D. bon environnement d'exploitation, moins de pollution, ligne de production facile à automatiser; E. processus relativement simple, rendement élevé et faible coût; F. L'inconvénient est que le film protecteur formé est mince et que le film OSP est facilement rayé (ou rayé); G.pcb après de nombreuses soudures à haute température, le film OSP (se référant au film OSP sur les Plots non soudés) va changer de couleur, se fissurer, s'amincir, s'oxyder, affecter la soudabilité et la fiabilité; H. les potions sont variées, de nature diverse, de qualité variable, etc.

2. Description du problème dans le processus de production réel, la carte PCB OSP est sujette à des problèmes tels que la décoloration de la surface, l'épaisseur inégale du film, l'ultra - mauvaise (trop épaisse ou trop mince); Plus tard dans la production de PCB, si le PCB formé est stocké et utilisé de manière incorrecte, il est facile de rencontrer des problèmes de soudage tels que l'oxydation des plots, l'étain sur les Plots n'est pas bon, ne peut pas former de points de soudure solides, le soudage par pointillés, le soudage insuffisant; SMT produit la deuxième face du panneau double face et le soudage du four à étain, il est facile d'avoir une mauvaise soudure à reflux, une fuite de cuivre au point de soudure, l'apparence ne peut pas répondre à la norme ipc3, le taux de défaut de soudage du four à étain est un problème élevé.

3, analyse de cas: une certaine société OSP surface traitée PCB produits dans SMT première face de la production, l'étain sur les Plots d'éléments est bon, dans la production de la deuxième face, connecteur après le four de l'étain et certains endroits des plots d'éléments sont mauvais, la soudure sur les Plots a quelques Problèmes de soudure anti - humidité, comme le montre la figure 1 ci - dessous. Le PCB dans ce cas est la méthode de traitement de surface OSP et le processus SMT est le processus sans plomb. Selon l'analyse des principes de base du soudage et de l'expérience pratique en ingénierie, l'apparition du soudage par rangée et de l'anti - humidité est directement liée à la soudabilité des plots de surface de PCB. L'idée analytique de ce cas est donc de passer par un examen d'apparence, de nettoyer les mauvais Plots avec de l'alcool isopropylique (IPA) et de l'acide chlorhydrique, puis d'effectuer une analyse de composition à l'aide d'EDS dans un laboratoire tiers pour déterminer la cause de la mauvaise soudabilité de l'OSP et de donner des contre - mesures améliorées en conséquence.

1 mauvaise étamage

3.1 Processus d'analyse a, l'observation des produits défectueux avec un microscope, a constaté qu'il y a beaucoup de mauvais mouillage sur le PCBA, les Plots mal mouillés sont un réseau irrégulier sphérique, les plots de PCB présentent une morphologie non soudable claire, comme le montre la figure 1 ci - dessus.

B. Nettoyez les pastilles avec de l'alcool isopropylique (IPA) et immergez - les dans un bain d'étain de 255 oc pendant 5 secondes. But de la vérification: l'étain peut être humidifié après un lavage IPA dans le cas où la contamination par un corps étranger l'empêche de mouiller. Conclusion: le nettoyage de l'IPA n'est pas favorable à l'étain sur les Plots, indiquant que la défaillance de l'étain sur les Plots n'est pas causée par un recouvrement de corps étrangers [3], comme le montre la figure 2.

2 Comparaison de l'étain sur le tapis avant et après le lavage IPA

C. Nettoyez les Plots mal mouillés avec de l'acide chlorhydrique et immergez - les dans un bain d'étain de 255 oc pendant 5 secondes. But de la vérification: l'étain peut être humidifié après un nettoyage à l'acide chlorhydrique lorsque l'oxydation des plots entraîne une non - humidification de l'étain. Conclusion: après lavage à l'acide chlorhydrique, la soudure est bien mouillée, ce qui indique la présence d'oxydes métalliques à la surface des plots non mouillés, rendant la soudure impossible à mouiller pendant le soudage [3].

3 Comparaison de l'étain sur le rembourrage avant et après lavage à l'acide chlorhydrique

D. l'analyse EDS doit être effectuée pour l'emplacement du refus de soudage. Objectif de la vérification: analyser la composition élémentaire des mauvais emplacements de la surface des plots pour déterminer la cause sous - jacente d'une mauvaise application de l'étain. Conclusion: la zone sans plots de cuivre prédomine absolument, indiquant qu'elle n'est pas recouverte de soudure, pas d'autres contaminations métalliques; Comme le montre la figure 4, des éléments tels que le carbone, l'oxygène, etc., sont présents dans les zones de bordure de soudure des zones mal soudées en raison du processus de soudage et de l'influence de la composition dans l'air [3].

4 Analyse EDS des mauvaises positions

E. essai de soudabilité de PCB. Selon la méthode utilisée pour l'essai A1 dans la CIB J - STD - 003b, l'essai de soudabilité doit être effectué après avoir simulé une soudure à reflux de la plaque optique PCB et de la plaque optique dans le même cycle. Objectif de la vérification: comparer la soudabilité des PCB entre une plaque de glissement optique et un four de reflux primaire simulé. Conclusion: le PAD de la plaque de lampe PCB de la même période est bien étamé et l'apparence est conforme aux exigences de l'IPC, comme le montre la figure 5; Après un reflux, le film OSP s'amincit, la soudabilité du PCB devient mauvaise et certains Plots sont mal mouillés, comme le montre la figure 6.

4.1 Mesures d'amélioration 4.1 sélection des agents OSP appropriés. Il existe trois types de matériaux OSP: colophane, résine active et Azole. Actuellement, le plus largement utilisé est oxazole OSP. OXAZOLE OSP a été amélioré pendant environ 6 générations et maintenant la température de décomposition peut aller jusqu'à 354,9 degrés Celsius [4,5] pour les procédés sans plomb et le soudage à reflux multiple. Avant de produire des PCB, le médicament liquide approprié doit être choisi en fonction du processus de fabrication du produit.

4.2 L'épaisseur et l'uniformité du film OSP doivent être strictement contrôlées pendant la production de PCB. La clé du processus OSP est le contrôle de l'épaisseur du film protecteur. L'épaisseur du film est trop mince et la résistance aux chocs thermiques est mauvaise. Lors du soudage à reflux, le film ne peut pas résister à des températures élevées, à la fissuration et à l'amincissement, ce qui entraîne facilement l'oxydation des plots, ce qui affecte la soudabilité; Si le film est trop épais, il ne se dissout pas bien et est éliminé par le flux pendant le soudage, ce qui peut également entraîner une mauvaise soudure.

4.2.1 processus de production des plaques OSP: drainage des plaques – déshuilage – lavage à l’eau – microcorrosion – lavage à l’eau – préimprégné – lavage à l’eau di – séchage – film protecteur supérieur (OSP) – séchage – lavage à l’eau di – séchage – séchage – séchage – enlèvement des plaques

4.2.2 principaux facteurs influant sur l'épaisseur du film OSP A. déshuilage. L'effet dégraissant affecte directement la qualité filmogène. Si le dégraissage n'est pas bon, l'épaisseur du film n'est pas uniforme. D'une part, il est possible de contrôler la concentration dans les limites du procédé en analysant la solution. D'autre part, vérifiez si le dégraissage fonctionne bien. Si le dégraissage ne fonctionne pas bien, le liquide de dégraissage doit être remplacé à temps.

B. micro - érosion. Le but de la microgravure est de former une surface de cuivre rugueuse pour la filmification. L'épaisseur de la microgravure influence directement la vitesse de filmification. Pour former une épaisseur de film stable, il est nécessaire de maintenir la stabilité de l'épaisseur de la micro - gravure. En général, le contrôle de l'épaisseur de micro - gravure à 1,0 ~ 1,5 um est approprié. Avant chaque quart de production, la vitesse de microgravure est mesurée et le temps de microgravure est déterminé en fonction de la vitesse de microgravure.

C. préimprégné. Le préimprégné empêche les ions nocifs tels que les ions chlorure de détruire la solution de cylindre OSP. La fonction principale du tambour de préimprégné OSP est d'accélérer la formation de l'épaisseur du film OSP et de gérer l'influence d'autres ions nocifs sur le tambour OSP. La solution de préimprégné contient la bonne quantité d'ions cuivre, ce qui peut favoriser la formation d'un film protecteur composite et réduire le temps de trempage. Il est généralement admis que les alkylbenzimidazoles subissent une certaine Complexation avec les ions cuivre en solution préformée en raison de leur présence. Lorsqu'un complexe avec un certain degré d'agrégation est déposé à la surface du cuivre pour former un film composite, il peut former une couche de protection plus épaisse en peu de temps et joue donc le rôle d'un accélérateur de composite. Si la teneur en alkylbenzimidazole ou composant similaire (imidazole) dans le préimprégné est faible, lorsque les ions cuivre sont en excès, la solution préimprégnée vieillira prématurément et devra être remplacée. Il est donc nécessaire de se concentrer sur le contrôle de la concentration et du temps des billettes préimprégnées.

D. concentration des principaux composants de l'OSP. L'alkylbenzimidazole ou un composant similaire (imidazole) est le composant principal de la solution OSP et la concentration est essentielle pour déterminer l'épaisseur du film OSP. Pendant la production, il est nécessaire de surveiller la concentration de la solution OSP.

E. le pH de la solution. La stabilité du pH a une grande influence sur le taux de filmogenèse. Pour maintenir la stabilité du pH, une certaine quantité de tampon est ajoutée au réservoir de solution. En général, si le pH est contrôlé à 2,9 ~

3.1, il est possible d'obtenir un film OSP dense et uniforme d'épaisseur moyenne. Lorsque le pH est élevé et que le pH > 5, la solubilité de l'alkylbenzimidazole diminue et l'huile précipite; Lorsque le pH est bas et que le pH < 2, le film formé se dissout partiellement. Il est donc nécessaire de se concentrer sur la surveillance du pH.

F. température de la solution. Les variations de température ont également une grande influence sur le taux de filmogenèse. Plus la température est élevée, plus le taux de filmification est rapide. Il est donc nécessaire de contrôler la température du réservoir OSP.

G. temps de formation du film (temps de trempage). Plus le temps de formation du film est long, plus le temps de formation du film est épais à la composition, à la température et au pH déterminés du liquide du réservoir OSP. Il est donc nécessaire de contrôler le temps de filmification.

4.2.3 détection de l'épaisseur des membranes OSP À l'heure actuelle, la plupart des usines de circuits imprimés utilisent des spectromètres UV pour mesurer l'épaisseur des membranes OSP. Le principe consiste principalement à exploiter les fortes propriétés d'absorption des composés Imidazoles dans la zone ultraviolette du film OSP, puis à calculer l'épaisseur du film OSP en mesurant l'Absorbance maximale. Cette méthode est simple et facile, mais les erreurs de test sont importantes. Une autre méthode consiste à mesurer l'épaisseur réelle du film OSP en utilisant la technologie FIB [6]. Les fabricants de PCB doivent utiliser des méthodes appropriées pour détecter et contrôler l'épaisseur du film OSP pendant la production afin de s'assurer que l'épaisseur du film OSP est conforme aux exigences de la norme.

4.3 exigences d'emballage et de stockage pour les panneaux OSP en raison de la très mince Membrane OSP, la surface du PCB sera oxydée et la soudabilité sera mauvaise si elle est exposée à des températures élevées et à un environnement humide pendant une longue période. Après le processus de soudage à reflux, l'OSP de la surface du PCB se fissurera également et s'amincira, ce qui entraînera facilement l'oxydation de la Feuille de cuivre du PCB et une mauvaise soudabilité.

4.3.1 exigences relatives à l'emballage des panneaux OSP: les matériaux entrants des panneaux OSP doivent être emballés sous vide et accompagnés d'une carte d'affichage du dessicant et de l'humidité. Un papier isolant doit être utilisé entre les cartes PCB pour éviter les rayures ou les frottements qui endommagent le film OSP.

4.3.2 Les panneaux OSP ne doivent pas être exposés directement au soleil. Il ne doit pas être stocké plus de 6 mois dans un environnement avec une humidité relative de 30 à 70% et une température de 15 à 30 degrés Celsius. Il est recommandé d'utiliser une armoire spéciale résistant à l'humidité pour le stockage. Si le PCB est humide ou périmé et ne peut pas être cuit, il ne peut être retourné à l'usine de PCB que pour le retraitement OSP.

4.4. Utilisation et précautions de la carte OSP SMT zone a avant d'ouvrir le PCB, vérifiez que le boîtier du PCB n'est pas endommagé et que l'humidité de la carte ne change pas de couleur. Il ne peut pas être utilisé s'il est endommagé ou décoloré. La production en ligne est requise dans les 8 heures suivant le déballage. Il est recommandé d'utiliser autant de non scellés que possible. PCB inachevé ou queue doit être emballé sous vide à temps.

B. Il est nécessaire de contrôler la température et l'humidité de l'atelier SMT. Température d'atelier recommandée: 25 ± 3 degrés Celsius, humidité: 50 ± 10%. Au cours du processus de production, il est interdit de toucher directement la surface du tampon PCB à mains nues, ce qui empêche la contamination par la sueur, l'oxydation et le mauvais soudage.

C. les PCB imprimés avec de la pâte à souder doivent être collés dès que possible et les éléments doivent passer par le four. Essayez d'éviter les plaques de lavage en raison d'erreurs d'impression ou de problèmes d'installation, car les plaques de lavage peuvent endommager le film OSP. S'il est vraiment nécessaire de laver la vaisselle, il n'est pas permis de la tremper ou de la laver avec des solvants hautement volatils. Il est recommandé d'essuyer la pâte à souder avec un non - tissé imbibé de 75% d'alcool. Le PCB nettoyé devrait être soudé dans les 2 heures.

D. une fois le patch SMT simple face terminé, les éléments SMT de la deuxième face doivent être installés dans les 24 heures et le soudage sélectif ou le soudage à la vague des éléments trempés (enfichables) doit être terminé dans les 36 heures au plus.

E. en raison de la mauvaise fluidité des PCB traités par OSP surface que les pâtes de circuits imprimés traités par d'autres surfaces, les points de soudure exposent facilement le cuivre. L'ouverture de la maille d'acier peut être augmentée de manière appropriée dans la conception. Il est recommandé de faire des trous par pad 1: 1.05 ou 1: 1.1, mais faites attention au traitement anti - étain des perles des composants de la puce.

F. lorsque la température de pointe et le temps de reflux du reflux de la plaque OSP satisfont à la qualité de soudage, il est recommandé de s'écarter le plus possible de la limite inférieure de la fenêtre du processus, et la température de pointe et le temps de brasage doivent être aussi bas que possible; Lors de la production de panneaux double face, il est recommandé de réduire correctement la température du premier côté (côté Widget) et de régler séparément les températures des deux côtés afin de réduire les dommages causés au film OSP par les températures élevées. Si possible, il est recommandé de produire de l'azote, ce qui permet d'améliorer efficacement le mauvais soudage par oxydation du second Plot latéral de la carte PCB OSP double face.

5. Conclusion il y a beaucoup de facteurs qui affectent le mauvais soudage de PCB de traitement de surface OSP, tels que la composition et la qualité de la partie OSP, l'épaisseur et l'uniformité du film OSP, l'emballage et le stockage de la plaque OSP, l'utilisation et le contrôle du temps de la partie SMT et les paramètres de processus dans le processus de production (tels que l'ouverture du treillis métallique, la température du four, etc.). Parmi eux, la qualité de la solution OSP ainsi que l'épaisseur et l'homogénéité du film OSP sont des conditions préalables pour garantir la qualité de la soudure. Les défauts de soudure causés par ces problèmes de fabrication de PCB sont difficiles, voire impossibles à résoudre par des méthodes de processus lors de la production de SMT. Par conséquent, afin d'améliorer et d'assurer une bonne qualité de soudage, l'usine de PCB doit contrôler strictement les paramètres de processus clés de la fabrication de PCB, assurer la qualité du film OSP et la qualité de la production de PCB; PCB après la production doit être emballé et stocké strictement selon les exigences de la carte OSP; SMT devrait être strictement contrôlé selon le temps d'utilisation; Contrôle et optimisation de l'ouverture du treillis métallique, de la température du four et d'autres paramètres de processus, formulation d'un processus de production de carte PCB OSP parfait.