Tecnologia PCBA - Analisi della causa della scarsa saldatura del PCB trattato con superficie OSP

Analisi delle cause e miglioramento Contromisure di scarsa saldatura di OSP surface-treated PCB

L'OSP è un processo per il trattamento superficiale della lamina di rame del circuito stampato, che soddisfa i requisiti della direttiva RoHS.

1. Introduzione Il PCB è un materiale indispensabile per i moderni prodotti elettronici. Con il rapido sviluppo della tecnologia Surface Mount Technology (SMT) e della tecnologia dei circuiti integrati (IC), PCB deve soddisfare i requisiti di sviluppo di alta densità, elevata planarità, alta affidabilità, più piccola apertura, e più piccoli pad e i requisiti per la superficie del PCB trattamento e ambiente di produzione stanno diventando sempre più elevati. OSP Il trattamento superficiale è attualmente una tecnologia comune di trattamento superficiale PCB. È far crescere uno strato di pellicola organica di 0,2 ~ 0,5 um sulla superficie di rame nudo pulito con un metodo chimico. Questo film ha resistenza all'ossidazione, resistenza agli shock termici, resistenza all'umidità a temperatura ambiente, e può proteggere la superficie del rame dall'ossidazione o dalla vulcanizzazione. Nella successiva saldatura ad alta temperatura, il film protettivo deve essere facilmente e rapidamente rimosso dal flusso per esporre la superficie pulita del rame e unire con la lega fusa per formare un solido giunto di saldatura in brevissimo tempo.

Rispetto ad altri trattamenti superficiali, il trattamento superficiale OSP presenta i seguenti vantaggi e svantaggi: A. La superficie OSP è piatta e uniforme e lo spessore del film è 0,2 ~ 0,5 um, adatto per PCB di componenti SMT ravvicinati; B. Il film OSP ha una buona resistenza agli shock termici, è adatto per il processo senza piombo e per la lavorazione di schede mono e bifacciali, ed è compatibile con qualsiasi saldatura; C. Nel funzionamento idrosolubile, la temperatura può essere controllata al di sotto di 80 „ƒ, il che non causerà il problema della flessione e della deformazione del supporto; D. Buon ambiente operativo, minore inquinamento, facile automatizzare la linea di produzione; e. Il processo è relativamente semplice, con alta resa e basso costo; F. Lo svantaggio è che il film protettivo formato è molto sottile, e il film OSP è facile da graffiare (o graffiare); G. Dopo la saldatura multipla ad alta temperatura del PCB, la pellicola OSP (riferita alla pellicola OSP su piazzola non saldata) cambierà colore, crepa, si assottiglia e si ossida, che influiscono sulla saldabilità e sull'affidabilità; h. Ci sono molti tipi di pozioni, diverse proprietà, qualità irregolare, e così via.

2. Descrizione del problema nel processo di produzione effettivo, la scheda PCB OSP è soggetta a scolorimento superficiale, spessore del film irregolare, fuori tolleranza (troppo spesso o troppo sottile) e altri problemi; Nella fase successiva della produzione del PCB, se il PCB formato viene immagazzinato e utilizzato in modo improprio, è soggetto a problemi di saldatura come ossidazione della piazzola, stagno povero sulla piazzola, incapacità di formare saldature solide, false saldature, e saldatura insufficiente; Quando SMT produce il secondo lato della piastra a doppia faccia e la saldatura del forno a stagno, è facile avere problemi come la scarsa saldatura a riflusso, perdita di rame ai giunti di saldatura, L'aspetto non può soddisfare lo standard ipc3, e alto tasso di forno a stagno difetti di saldatura.

3. Analisi del caso: quando un OSP Il prodotto PCB trattato in superficie di un'azienda è prodotto sul primo lato di SMT, lo stagno sul pad componente è buono, quando si produce il secondo lato, lo stagno sul connettore dopo il passaggio attraverso il forno e il componente pad in alcune posizioni è povero, e il solder ha alcuni problemi di antiwetting e solder waste sul pad, come mostrato nella figura 1. Il PCB in questo caso è un OSP Metodo di trattamento superficiale, e l'SMT il processo è un processo senza piombo. Secondo l'analisi dei principi di base della saldatura e dell'esperienza pratica ingegneristica, il verificarsi di rigetto della saldatura e anti-bagnatura è direttamente alla saldabilità della superficie delle piastre PCB. Pertanto, l'idea dell'analisi di questo caso è di scoprire le cause della scarsa saldabilità di OSP e fornire contromisure di miglioramento, corrispondente alla pulizia mediante ispezione dell'aspetto, e poi pulire i cuscinetti con alcol isopropilico (IPA) e acido cloridrico EDs per utilizzare l'analisi dei componenti in un laboratorio di terze parti.

1 Scarso rivestimento di stagno

3.1 processo di analisi a. osservando al microscopio i prodotti difettosi, si scopre che c'è molta scarsa bagnabilità sul PCBA, il tampone bagnante scadente è una rete sferica e irregolare e il tampone PCB presenta una chiara morfologia non saldabile, come mostrato nella Figura 1 sopra.

B. Pulire la saldatura con alcool isopropilico (IPA) e immergerlo in un bagno di latta a 255°C per 5 secondi. Scopo della verifica: in caso di non bagnatura causata da inquinamento da corpi estranei, Lo stagno può essere bagnato dopo la pulizia IPA. Conclusione: la pulizia IPA non è favorevole allo stagno sul pad, indicando che il cedimento dello stagno sul pad non è causato dalla copertura di corpi estranei [3], come mostrato in Figura 2.

2 Confronto dello stagno sul pad prima e dopo la pulizia IPA

C. Pulisci il pad di saldatura con una scarsa bagnatura con acido cloridrico e immergilo in un bagno di stagno a 255°C per 5 secondi. Scopo della verifica: in caso di non bagnamento causato dall'ossidazione del tampone, lo stagno può essere bagnato dopo la pulizia dell'acido cloridrico. Conclusione: la saldatura è ben bagnata dopo la pulizia con acido cloridrico, che indica che ci sono ossidi metallici sulla superficie del pad non bagnato, il che rende la saldatura incapace di essere bagnata durante il processo di saldatura [3].

3 Confronto dello stagno sul pad prima e dopo la pulizia con acido cloridrico

D. L'analisi EDS deve essere effettuata per la posizione di rifiuto della saldatura. Scopo della verifica: analizzare la composizione elementare della cattiva posizione sulla superficie del solder pad per la causa principale di scarsa applicazione dello stagno. Conclusione: Il rame nella zona senza piazzola di saldatura è assolutamente dominante, indicando che non è ricoperto da saldature e non vi è altro inquinamento metallico; Ci sono carbonio, ossigeno e altri elementi nell'area del bordo di saldatura dell'area di saldatura rifiutata, che è causata dall'influenza del processo di saldatura e dalla composizione nell'aria [3], come mostrato nella Figura 4.

4 Analisi EDS della posizione negativa

e. Test di saldabilità PCB. Secondo il metodo di prova A1 in IPC j-std-003b, il test di saldabilità deve essere effettuato dopo aver simulato una saldatura a rifusione della scheda ottica PCB e del bordo ottico nello stesso ciclo. Scopo di verifica: la saldabilità del PCB tra la piastra liscia e il forno di riflusso simulato primario. Conclusione: lo stagno sulla saldatura pad dello stesso ciclo PCB light plate è buono, e l'aspetto soddisfa i requisiti IPC, come mostrato in Figura 5; Dopo un reflow, il film OSP si è deteriorato e assottigliato, la scarsa saldabilità del PCB è diventata, e alcuni pad sono stati scarsamente bagnati, come mostrato in Figura 6.

4.1 Misura di miglioramento 4.1 selezionare appropriato OSP pozione. Ci sono tre tipi di materiali OSP: colofonia, resina attiva e azole. Attualmente il più utilizzato è l'ossazolo OSP. Ossazolo OSP è stato migliorato per circa 6 generazioni, E ora la temperatura di decomposizione può essere fino a 354.9 „ƒ [4,5], che è adatto per il processo senza piombo e la saldatura a rifusione multipla. Prima della produzione di PCB, il medicinale liquido appropriato deve essere selezionato in base al processo di produzione del prodotto.

4.2 durante la produzione di PCB, lo spessore e l'uniformità del film OSP devono essere rigorosamente controllati. La chiave del processo OSP è controllare lo spessore della pellicola protettiva. Lo spessore del film è troppo sottile e la resistenza agli urti termici è scarsa. Durante la saldatura a riflusso, il film non può resistere ad alta temperatura, crepe e assottigliamento, che è facile causare l'ossidazione del pad e la saldabilità; Se lo spessore del film è troppo spesso, non può essere ben sciolto e rimosso dal flusso durante la saldatura, che porterà anche a una cattiva saldatura.

4.2.1 flusso di processo produttivo di OSP board: plate scarico †’ rimozione dell'olio †’ lavaggio con acqua †’ microcorrosione con acqua †’ lavaggio †’ lavaggio con prepreg†’ DI water washing †’ asciugatura†' film protettivo superiore (OSP) †' asciugatura †' lavaggio con acqua DI †' asciugatura †' asciugatura †' asciugatura †' asciugatura †' ricezione lastre

4.2.2 fattori principali che influenzano lo spessore del film OSP A. rimozione dell'olio. L'effetto sgrassante influisce direttamente sulla qualità della pellicola. Se la rimozione dell'olio è scarsa, lo spessore della pellicola è irregolare. Da un lato, la concentrazione può essere controllata all'interno dell'intervallo di processo analizzando la soluzione. D'altra parte, controlla se l'effetto sgrassante è buono. Se l'effetto sgrassante non è buono, sostituisce il liquido sgrassante in tempo.

B. Micro erosione. Lo scopo del microincisione è quello di formare una superficie di rame ruvida per la formazione del film. Lo spessore della micro incisione influisce direttamente sul tasso di filmformatura. Per formare uno spessore del film stabile, è necessario mantenere la stabilità dello spessore di micro incisione. Generalmente, è opportuno controllare lo spessore di micro incisione a 1.0 ~ 1.5um. Prima di ogni turno di produzione, è necessario misurare la velocità di micro incisione e il tempo di micro incisione secondo la velocità di micro incisione.

C. Preimpregnato Il prepreg può impedire agli ioni dannosi come gli ioni cloruro di danneggiare la soluzione OSP cilindro. La funzione principale dell'OSP Il cilindro prepreg è quello di creare la formazione dello spessore del film OSP e affrontare l'influenza di altri ioni nocivi sul cilindro OSP. C'è una quantità adeguata di ione rame nella soluzione di prepreg, che può promuovere la formazione del film protettivo complesso e accorciare il tempo di dip-coating. Si ritiene generalmente che l'alchilbenzimidazolo sia stato complessato con lo ione rame in una certa misura in una soluzione di preflusso a causa dell'esistenza dello ione rame. Quando il complesso con un certo grado di aggregazione si deposita sulla superficie del rame per formare un film complesso, può formare in breve tempo uno strato protettivo più spesso, quindi svolge il ruolo del complesso acceleratore. Se il contenuto di alchilbenzimidazolo o componenti simili (imidazolo) nel prepreg è molto piccolo, quando lo ione di rame è eccessivo, la soluzione di prepreg invecchierà prematuramente e dovrà essere sostituita. Pertanto, è necessario concentrarsi sul controllo della concentrazione e del tempo del prepreg.

D. Concentrazione dei componenti principali di OSP. L'alchilbenzimidazolo o componenti simili (imidazolo) sono i componenti principali nella soluzione di OSP e la concentrazione è la chiave per determinare lo spessore del film di OSP. Durante il processo produttivo, è necessario monitorare la concentrazione della soluzione OSP.

e. valore PH della soluzione. La stabilità del valore del pH ha un grande impatto sulla velocità di formazione del film. Al fine di mantenere la stabilità del valore di pH, una certa quantità di tampone viene aggiunta al serbatoio della soluzione. Generalmente, se il valore del pH è controllato a 2,9 ~

3.1, si può ottenere un film OSP denso, uniforme con uno spessore moderatoafflitto. Quando il valore del pH è elevato e il pH > 5, la solubilità dell'alchilbenzimidazolo diminuisce e l'olio precipita; Quando il valore del pH è basso e il pH < 2, la membrana formata sarà parzialmente disciolta. Pertanto, è necessario concentrarsi sul monitoraggio del valore del pH.

F. Temperatura della soluzione. Il cambiamento di temperatura ha anche un grande impatto sulla velocità di formazione del film. Più alta è la temperatura, più veloce è la velocità di formazione del film. Pertanto, è necessario controllare la temperatura del serbatoio OSP.

G. Tempo di formazione del film (tempo di rivestimento per immersione). Sotto la composizione del liquido del serbatoio OSP determinato, la temperatura e il valore di pH, più lungo è il tempo di formazione del film, più spesso è il tempo di formazione del film. Pertanto, è necessario controllare il tempo di formazione del film.

4.2.3 rilevamento dello spessore del film OSP attualmente, la maggior parte delle fabbriche di PCB utilizzare lo spettrometro UV per il film OSP. Il principio è principalmente quello di utilizzare le forti caratteristiche di assorbimento dei composti di imidazolo nel film OSP ultravioletta e quindi calcolare lo spessore del film OSP misurando l'assorbimento al massimo. Questo metodo è semplice e facile, ma l'errore di prova è grande. Un metodo consiste nell'utilizzare la tecnologia FIB per misurare lo spessore effettivo della pellicola OSP [6]. I produttori di PCB devono utilizzare metodi appropriati per rilevare e controllare lo spessore della pellicola OSP durante la produzione per garantire che lo spessore della pellicola OSP soddisfarei i requisiti standard.

4.3 Requisiti di imballaggio e conservazione del cartone OSP a causa del film OSP estremamente sottile, se esposto a lungo a temperature e umidità elevate, la superficie del PCB sarà ossidata e la saldabilità diventerà povera. Dopo il processo di saldatura a rifusione, anche l'OSP sulla superficie del PCB sarà incrinato e assottigliato, il che porta facilmente all'ossidazione della lamina di rame del PCB e alla scarsa saldabilità.

4.3.1 Requisiti di imballaggio del bordo OSP: i materiali in entrata del bordo OSP devono essere confezionati sottovuoto e attaccati con una scheda di visualizzazione dell'essiccante e dell'umidità. La carta di isolamento deve essere utilizzata tra schede PCB per evitare graffi o danni da attrito alla pellicola OSP.

4.3.2 l'OSP Il bordo non deve essere esposto direttamente alla luce solare. Deve essere conservato in un ambiente con un'umidità relativa del 30 ~ 70% e una temperatura di 15 ~ 30 „ƒ per meno di 6 mesi. Si consiglia di utilizzare uno speciale armadio a prova di umidità per la conservazione. Se il PCB è umido o scaduto e non può essere cotto, può essere restituito solo alla PCB Factory per la rielaborazione OSP.

4.4. Uso e precauzioni della scheda OSP nella sezione A SMT prima di aprire il PCB, controllare se il pacchetto PCB è danneggiato e se la scheda di visualizzazione dell'umidità è scolorita. Se è danneggiato o scolorito, non può essere utilizzato. La produzione online è richiesta entro 8 ore dopo l'apertura. Si raccomanda di usare quanto non sigillato. PCB che non è finito o mantissa dovrebbe essere confezionato sottovuoto in tempo.

B. È necessario controllare la temperatura e l'umidità del laboratorio SMT. Si raccomanda che la temperatura dell'officina: sia 25 ± 3 „ƒ, umidità: essere 50 ± 10%. Durante il processo di produzione, è vietato contattare direttamente la superficie del pad PCB a mani nude per prevenire l'inquinamento del sudore, l'ossidazione e la scarsa saldatura.

C. Il PCB stampato con pasta di saldatura deve essere incollato il prima possibile e i componenti devono passare attraverso il forno. Cercate di evitare il lavaggio della piastra causato da errori di stampa o piastra di montaggio, perché il lavaggio della piastra danneggerà la pellicola OSP. Se è davvero necessario lavare il piatto, non è permesso immergerlo o pulirlo con un solvente ad alto contenuto volatile. Si consiglia di pulire la pasta di saldatura con tessuto non tessuto macchiato con alcol al 75%. Il PCB pulito deve essere saldato entro 2 ore.

D. Dopo che la patch SMT su un lato è stata completata, i componenti SMT sul secondo lato devono essere installati entro 24 ore e la saldatura selettiva o la saldatura ad onda dei componenti a immersione (plug-in) deve essere completata entro 36 ore al massimo.

e. Poiché la fluidità del PCB conTrattamento superficiale OSP è peggiore di quella della pasta PCB con altri trattamenti superficiali, il giunto di saldatura è facile per esporre il rame. L'apertura della rete d'acciaio può essere opportunamente aumentata nel progetto. Si consiglia di aprire il foro secondo la pastiglia 1:1.05 o 1:1.1, ma prestare attenzione al trattamento antistagnatura dei componenti del truciolo.

F. Quando la temperatura di picco e il tempo di riflusso di OSP board reflow soddisfa la qualità della saldatura, Si raccomanda di deviare il più possibile dal limite inferiore della finestra di processo, e la temperatura di picco e il tempo di reflow devono essere i più bassi possibile; Quando si produce una scheda a doppia faccia, si consiglia di abbassare opportunamente la temperatura del primo lato (lato del componente piccolo) e di impostare la temperatura di entrambi i lati separatamente per ridurre il danno delle alte temperature alla pellicola OSP. Se possibile, si raccomanda la produzione di azoto, che può migliorare la scarsa ossidazione del secondo lato pad della scheda PCB OSP double-sided.

5. Conclusione ci sono molti fattori che influenzano la scarsa saldatura di PCB trattato in superficie OSP, come la composizione e la qualità della pozione OSP, lo spessore e l'uniformità del film OSP, l'imballaggio e la conservazione del cartone OSP, l'uso e sezione il controllo del tempo di SMT, e i parametri di processo nel processo produttivo (come apertura rete metallica, temperatura del forno, ecc.). Tra loro, la qualità della soluzione OSP e lo spessore e l'uniformità della pellicola OSP sono i presupposti per garantire la qualità della saldatura. I difetti di saldatura causa da questi problemi di PCB sono difficili o addirittura impossibili da risolvere attraverso metodi di processo nel processo di produzione SMT. Pertanto, per migliorare e garantire una buona qualità di saldatura, La fabbrica di PCB deve controllare rigorosamente i parametri di processo chiave della produzione di PCB, Garantire la qualità del film OSP e la qualità di produzione del PCB; Il PCB dopo la produzione deve essere imballato e immagazzinato in stretta conformità con i requisiti della scheda OSP; SMT deve essere controllato in stretta conformità con il tempo di utilizzo; Controllare e ottimizzare i parametri di processo come l'apertura della rete d'acciaio e la temperatura del forno e formulare una perfetta scheda PCB OSP processo produttivo.