PCBニュース - PCB校正のための鉛フリーPCB表面処理プロセスの研究と提案

PCB校正は常に, テストエンジニアの主な懸念は、彼が効果的なテストプログラムを, プログラムは生産においてよく実行できる. "In-Circuit Test (ICT)" is still a very effective method of detecting manufacturing defects. より高度なICTシステムは、フラッシュメモリをプログラムするための方法を提供することによって、テスト機能構成に実際の値を加えることもできます, PLD, テスト中のFPGAとEEPROM. アジレント3070システムはICTの市場リーダーである.
今ではICTは依然として重要な役割を果たしている PCB製造 のテストプロセス プリント回路基板(（PCA）), しかし、鉛フリーPCBの人々の追求がICTステージに与える影響?

鉛フリーはんだ付け技術の進歩により、PCB表面処理技術の研究が盛んになった. これらの研究は主にPCB建設プロセスにおける技術的性能に基づいている. 種々のPCB表面処理技術の試験段階への影響はほとんど無視される, or only focus on contact resistance. 本報告書では、ICTにおける効果の詳細と、これらの変化に対応し、理解する必要性を紹介する.
PCB校正表面処理の経験, ICT実現のための訓練技術者 PCB生産 プロセス変更. 本稿は鉛フリーPCBの表面処理について述べる, 特に製造工程のICT段階, そして、鉛フリー表面処理の成功した試験もPCB建設プロセスの有益な貢献に依存することを明らかにする.
成功したICTテストは、常に針床固定具のテストプローブとPCB上のテストパッドとの間の接点の物理的特性に関連している. 非常に鋭いプローブがはんだ付けされたテストポイントに触れるとき, はんだの降伏圧力よりもプローブの接触圧力が非常に高いので、はんだは凹む. 半田凹, プローブは試験パッドの表面上の不純物を貫通する. 下の汚染されていないハンダは、現在テストポイントとの良好な接触を達成するためにプローブと接触している. プローブ挿入の深さは、ターゲット材料の降伏強度の直接的な機能である. プローブが深く浸透する, より良い接触.
An 8-ounce (oz) probe can apply a contact pressure of 26,000から160,000 psi (pounds per square inch), 表面径に応じて. はんだの降伏強度は約5であるので,000 psi, プローブの接触は、この比較的柔らかいはんだ.
PCB proofing surface treatment process selection
Before we understand the cause and effect, 利用可能なPCB表面処理プロセスの種類を記述することは非常に重要である. All printed circuit boards (PCBs) have a copper layer on the board. 銅層が保護されていない場合, それは酸化されダメージを受ける. 利用可能な多くの保護層があります, the most common ones are hot air solder leveling (HASL), organic solder protection (OSP), electroless nickel-gold immersion (ENIG), 銀浸漬, 錫浸漬.
Hot air solder leveling (HASL)
PCB proofing HASL is the main リードed surface treatment process used in the industry. プロセスは、回路基板をリードすず合金に浸すことによって、形成される, そして、余分のハンダは、「空気ナイフ」によって取られます. いわゆる空気ナイフは、ボードの表面に吹きつける熱い空気です. PCAプロセスのために, HASLには多くの利点があります：それは最も安いPCBです, そして、複数のリフローはんだ付け後、表面層をはんだ付けすることができる, 洗浄と貯蔵. ICT用, HASLはまた、はんだ付けでテストパッドとビアを自動的に覆うプロセスを提供する. しかし, 既存の代替法に比べて, HASL面の平坦性または平面性は貧しい. 現在、いくつかの鉛フリーHSL代替プロセスがあります, HASLの自然な置換特性のためにますます人気が高まっている. 長い間, HASLは良い結果を与えられた, but with the emergence of "environmentally friendly" green process requirements, the existence of this process is numbered. In addition to the lead-free problem, ボードの複雑さと細かいピッチの増加は、HASLプロセスの多くの制限を公開している.
利点：PCB校正表面技術, 製造プロセス全体ではんだ付け性を維持する, ICTにマイナスの影響はない.
欠点：通常、鉛含有プロセスを使用する. 鉛含有プロセスは、現在制限されて、結局2007年までに除去されます. For fine pin pitch (<0.64mm), それは、はんだ橋かけと厚さ問題を引き起こすかもしれません. The uneven surface can cause coplanarity problems in the assembly process.
PCB proofing organic solder protector
Organic Solder Protector (OSP) is used to produce a thin, PCBの銅表面上の均一な保護層. このコーティングは、記憶及び組立動作中に回路を酸化から保護する. この過程は長い間続いている, しかし最近では鉛フリーの技術として人気を博し、ファインピッチソリューションを求めている.
In terms of coplanarity and solderability, OSPはHASLよりもPCA組立の性能が良い, しかし、フラックスの種類と熱サイクルの数に重要なプロセスの変更が必要です. その酸性の特性のため、OSPパフォーマンスを減らして、銅を酸化させるのが簡単にします, したがって、注意深い取り扱いが必要です. アセンブラはより柔軟で、より多くの熱サイクルに耐えることができる金属表面を扱うのを好みます.
PCB校正のOSPの表面処理, テストポイントが溶接されていない場合, ICTにおける針床固定具の接触問題を引き起こす. OSP層を貫通する鋭いプローブ型に変更するだけで、PCAテストビアまたはテストパッドを破損し、パンクするだけです. 研究は、より高い検出力への切り替えまたはプローブ型を変えることが収量にほとんど影響を与えないことを示した. 未処理銅は鉛はんだよりも降伏強度が高い, そして、唯一の結果は、それが露出銅テストパッドを損傷することです. すべてのテスト容易性ガイドラインは、露出銅を直接探さないことを強く勧めます. OSPの使用, ICTフェーズのためにOSP規則のセットを定義する必要があります. 最も重要な規則は、ステンシルをPCBプロセスの開始時に開き、はんだペーストをテストパッドおよびIASによって連絡される必要のあるビアに適用できるようにすることを必要とする.
利点：単位コストでHASLと匹敵する, 良い共平面性, 無鉛プロセス, と改善されたはんだ付け性.
欠点：アセンブリプロセスは大きな変化を受ける必要がある. 未処理の銅表面が検出されるならば, それはICTに有害である. 先端のICTプローブはPCBを損傷するかもしれない, 手動予防措置を必要とする, ICT試験の制限と試験再現性の低下.
PCB proofing electroless nickel-gold immersion
Electroless nickel-gold immersion (ENIG) coating has been successfully applied on many circuit boards. 単価は高いが, 平らな表面と優れたはんだ付け性を持つ. 主な欠点は、無電解ニッケル層が非常に脆弱であり、機械的圧力下で破壊されることが判明したことである. これは、業界で“ブラックブロック”や“マッドクラック”と呼ばれる, EIGからの否定的なレポートにつながった.
利点：良いはんだ付け性, 平らな表面, 長期貯蔵寿命, 多重リフローはんだ付けに耐える.
Disadvantages: high cost (about 5 times of HASL), ブラックブロックの問題, シアン化合物等の製造工程.
PCB proofing silver immersion
Silver immersion is a newly added method of PCB surface treatment. それは主にアジアで使われて、北アメリカ　　とヨーロッパで進められています.
はんだ付け工程中, 銀層ははんだ接合部に溶ける, 錫を残す/lead/銅層上の銀合金. この合金は、BGAパッケージ用の非常に信頼性の高いはんだ接合を提供する. 対照的な色は検査されやすい, そして、それは溶接のHASL.
銀の浸漬は非常に有望な開発見通しを持つ表面処理技術である, しかし、すべての新しい表面処理技術のように, エンドユーザーは非常に保守的です. 多くのメーカーは、このプロセスを「調査中」と考えます, しかし、それは最高の鉛フリーの表面プロセスの選択になる可能性があります.