PCB Tecnico - L'impatto del trattamento superficiale PCB senza piombo sulle TIC

Abstract: L'emergere di PCB senza piombo pone nuovi problemi per i test in-circuit (ICT). Questo articolo descrive i processi di trattamento superficiale PCB esistenti e analizza l'impatto di questi processi sulle TIC. Si sottolinea che la chiave delle TIC è *** * Affidabilità del contatto con i punti di prova e introduce le modifiche specifiche che devono essere apportate durante il processo di costruzione dei PCB per soddisfare i requisiti ICT.

Le TIC svolgono ancora un ruolo importante nel processo di produzione e collaudo dell'assemblaggio dei circuiti stampati (PCA), ma in che modo la ricerca della gente di PCB senza piombo influenzerà la fase ICT?

Questo articolo parlerà del trattamento superficiale del PCB senza piombo, specialmente nella fase ICT del processo di produzione, e rivelerà che il test di successo del trattamento superficiale senza piombo dipende anche dal contributo benefico del processo di costruzione del PCB.

Selezione del processo di trattamento superficiale PCB

Prima di comprendere la causa e l'effetto, è molto importante descrivere i tipi di processi di trattamento delle superfici PCB disponibili e ciò che questi tipi possono fornire. Tutti i circuiti stampati (PCB) hanno uno strato di rame sulla scheda. Se lo strato di rame non è protetto, sarà ossidato e danneggiato. Ci sono molti diversi strati protettivi disponibili, i più comuni sono il livellamento della saldatura ad aria calda (HASL), la protezione della saldatura organica (OSP), l'immersione elettroless nichel-oro (ENIG), l'immersione in argento e l'immersione in stagno.

Livellaggio della saldatura ad aria calda (HASL)

HASL è il principale processo di trattamento superficiale al piombo utilizzato nel settore. Il processo si forma immergendo il circuito stampato in una lega di piombo-stagno e la saldatura in eccesso viene rimossa da un "coltello ad aria". Il cosiddetto coltello ad aria è aria calda che soffia sulla superficie della tavola. Per il processo PCA, HASL ha molti vantaggi: è il PCB più economico e lo strato superficiale può essere saldato dopo saldatura a riflusso multipla, pulizia e stoccaggio. Per le TIC, HASL fornisce anche un processo per coprire automaticamente pad di prova e vias con saldatura. Tuttavia, rispetto ai metodi alternativi esistenti, la planarità o la complanarità della superficie HASL è scarsa. Ora ci sono alcuni processi alternativi HASL senza piombo, che stanno diventando sempre più popolari a causa delle caratteristiche naturali di sostituzione di HASL. Per molti anni, HASL è stato applicato con buoni risultati, ma con l'emergere di requisiti di processo verde "protezione ambientale", l'esistenza di questo processo è numerata. Oltre al problema senza piombo, la crescente complessità della scheda e il passo più fine hanno esposto molte limitazioni del processo HASL.

Vantaggio: La tecnologia di superficie PCB a basso costo, mantiene saldabilità durante tutto il processo di produzione e non ha alcun impatto negativo sulle TIC.

Svantaggi: Di solito vengono utilizzati processi contenenti piombo. I processi contenenti piombo sono ora limitati e saranno eliminati entro il 2007. Per passo fine del perno (<0,64 mm), può causare problemi di saldatura e spessore. La superficie irregolare può causare problemi di complanarità nel processo di assemblaggio.

Protettore di saldatura organico

Organic Solder Protector (OSP) viene utilizzato per produrre uno strato protettivo sottile e uniforme sulla superficie di rame del PCB. Questo rivestimento protegge il circuito dall'ossidazione durante le operazioni di stoccaggio e assemblaggio. Questo processo esiste da molto tempo, ma solo recentemente ha guadagnato popolarità in quanto si cercano tecnologie senza piombo e soluzioni a passo fine.

Utilizzando il trattamento superficiale OSP, se il punto di prova non è saldato, causerà il problema di contatto del dispositivo del letto dell'ago nell'ICT. Il semplice passaggio a un tipo **** più nitido per passare attraverso lo strato OSP causerà solo danni e forature ai vias o ai pad di prova PCA. Gli studi hanno dimostrato che passare ad una forza di rilevamento più elevata o cambiare il tipo **** ha poco effetto sulla resa. Il rame non trattato ha una resistenza di rendimento superiore di ordine di grandezza rispetto alla saldatura al piombo e l'unico risultato è che danneggerà il pad di prova in rame esposto. Tutte le linee guida sulla testabilità raccomandano vivamente di non sondare direttamente il rame esposto. Quando si utilizza OSP, è necessario definire un insieme di regole OSP per la fase ICT. La regola più importante prevede che lo Stencil sia aperto all'inizio del processo PCB per consentire l'applicazione della pasta di saldatura ai pad di prova e ai vias che devono essere contattati dall'ICT.

Vantaggi: Confrontabile con HASL in costo unitario, buona complanarità, processo senza piombo e migliore saldabilità.

Immersione d'argento

L'immersione in argento è un metodo recentemente aggiunto di trattamento superficiale PCB. Viene utilizzato principalmente in Asia ed è promosso in Nord America ed Europa. Durante il processo di saldatura, lo strato d'argento si fonde nei giunti di saldatura, lasciando una lega di stagno/piombo/argento sullo strato di rame. Questa lega fornisce un giunto di saldatura molto affidabile per i pacchetti BGA. Il suo colore contrastante lo rende facile da ispezionare, ed è anche un'alternativa naturale all'HASL nella saldatura.

L'immersione in argento è una tecnologia di lavorazione delle superfici con ottime prospettive di sviluppo, ma come tutte le nuove tecnologie di lavorazione delle superfici, gli utenti finali sono molto conservatori. Molti produttori considerano questo processo come un processo "in fase di indagine", ma è probabile che diventi la migliore scelta di processo superficiale senza piombo.

Vantaggi: buona saldabilità, superficie liscia, sostituzione naturale dell'immersione HASL.

Svantaggi: l'atteggiamento conservatore degli utenti finali significa che vi è una mancanza di informazioni pertinenti nel settore.

immersione in stagno

Si tratta di un processo di trattamento superficiale relativamente nuovo, che ha molte caratteristiche simili al processo di immersione in argento. Tuttavia, a causa della necessità di prevenire la tiourea (che può essere un agente cancerogeno) utilizzata nel processo di immersione dello stagno nel processo di produzione del PCB, ci sono importanti problemi di salute e sicurezza che devono essere presi in considerazione. Inoltre, occorre prestare attenzione alla migrazione dello stagno ("effetto bava dello stagno"), anche se le sostanze chimiche anti-migrazione possono ottenere un certo effetto nel controllare questo problema.

Vantaggi: buona saldabilità, superficie liscia, costo relativamente basso.

Svantaggi: problemi di salute e sicurezza, numero limitato di cicli termici.

Quanto sopra è il metodo principale di elaborazione senza piombo PCB. HASL sarà ancora la tecnologia di elaborazione PCB più utilizzata. In questo caso, non ci sarà alcun cambiamento per gli ingegneri di prova. In alcuni paesi l'HASL è stato vietato dalla legge e sono state adottate alternative. Poiché la produzione di PCA si espande in regioni globali sempre più diverse, ci saranno sempre più processi di elaborazione privi di piombo che possono essere osservati nei test ICT. Sebbene l'OSP non sia un'alternativa naturale all'HASL, è diventata la soluzione di trattamento alternativa preferita studiata dai produttori di PCA. Quando il processo non viene modificato per consentire l'utilizzo della pasta di saldatura sui pad di prova e sui vias, ciò causerà problemi reali di affidabilità dei test ICT

La conclusione è che il processo di trattamento superficiale PCB non è perfetto e ogni metodo ha i suoi problemi che devono essere considerati. Alcuni di questi problemi sono più gravi di altri e tutti questi processi di trattamento delle superfici PCB senza piombo devono essere modificati nelle fasi del processo per prevenire problemi di affidabilità del contatto degli apparecchi nelle TIC.

Il rilevamento diretto della superficie di rame combinato con la maggiore forza necessaria per penetrare lo strato OSP crea la reale minaccia potenziale di danneggiare lo strato sottile di rame e causare un cortocircuito interno. Pertanto, la nostra raccomandazione è di non sondare mai superfici in rame esposte. Esempi recenti hanno dimostrato che dopo 5-10 eccitazioni del dispositivo, vias del bordo o punti di prova possono essere perforati.

Per alcuni produttori di PCA, l'impatto dell'OSP sulle TIC ha causato un problema così grave che non utilizzano più OSP. Altri produttori hanno iniziato a imparare a seguire le "regole OSP" elencate di seguito. "Regole OSP" per dispositivi e procedure di test ICT: Prestare attenzione alle più recenti raccomandazioni di testabilità del settore, come www.smta.org. -Aggiungere sempre pasta di saldatura al punto di connessione del test (pad di prova o via), e non sondare lo strato di rame esposto coperto dall'OSP.

Sembra che la tendenza di alcune società di PCB sia che OSP sia considerata un'alternativa naturale all'HASL. Questa scelta è probabilmente dovuta al riconoscimento dei risparmi sui costi unitari. Gli ingegneri ICT dovrebbero prestare attenzione a questa tendenza: i PCB placcati con OSP non raggiungeranno le prestazioni di altri processi opzionali di trattamento superficiale senza piombo, a meno che il pad di prova non sia coperto da saldatura.