PCB 블로그 - 무연 PCB 보드 표면 처리 기술의 연구 및 제안

무연 PCB 보드의 출현은 회로 내 테스트(ICT)에 새로운 문제를 가져왔다.본고는 기존의 PCB 표면처리 공정을 소개하고 이러한 공정이 ICT에 미치는 영향을 분석했다.정보통신 기술에 영향을 미치는 관건은 프로브와 정보통신 기술이라고 지적했다.점 간 접촉 신뢰성을 테스트하고 ICT 요구 사항을 충족하기 위해 PCB 시공 과정에서 필요한 구체적인 변경을 설명합니다.역사적으로 볼 때, 테스트 엔지니어의 주요 관심사는 그가 생산에서 좋은 성과를 낼 수 있는 효과적인 테스트 프로그램을 가지고 있는지 확인하는 것이었다.온라인 테스트(ICT)는 여전히 제조 결함을 감지하는 매우 효과적인 방법입니다.더 진보된 ICT 시스템은 또한 테스트 시 플래시, PLD, FPGA 및 EEPROM을 프로그래밍하는 방법을 제공함으로써 테스트 기능 구성에 현실 세계의 가치를 더할 수 있다.안젤란 3070 시스템은 정보통신기술 분야에서 시장이 있다.ICT는 인쇄회로기판 부품(PCA)의 제조와 테스트 과정에서 여전히 중요한 역할을 하고 있지만, 무연 PCB에 대한 추구는 ICT 단계에 어떻게 영향을 미칠까?무연 용접 기술의 추진은 PCB 보드 표면 처리 기술에 대한 많은 연구를 초래했다.이러한 연구는 주로 PCB 시공 과정에서의 기술적 성능을 바탕으로 한다.서로 다른 PCB 표면 처리 기술이 테스트 단계에 미치는 영향은 대부분 무시되거나 접촉 저항에만 초점을 맞춘다.이 책에서는 정보 및 통신 기술에서 관찰 된 영향과 이러한 변화에 대한 대응 및 이해의 필요성에 대해 자세히 설명합니다.

이 문서의 목적은 PCB 보드 표면 처리 경험을 공유하고 ICT PCB 생산 공정 요구 사항의 변경을 구현하기 위해 엔지니어를 교육하는 것입니다.이 문서에서는 특히 제조 과정의 ICT 단계에서 무연 PCB의 표면 제조 문제를 논의하고 무연 표면의 성공적인 테스트도 PCB 구축 과정의 유익한 기여에 의존하고 있음을 밝혀냅니다.성공적인 ICT 테스트는 항상 침상 클램프의 테스트 프로브와 PCB의 테스트 패드 사이의 접점의 물리적 특성에 달려 있습니다.매우 날카로운 프로브가 용접의 테스트 지점에 닿으면 용접 재료의 접촉 압력이 용접 재료의 굴복 강도보다 훨씬 높기 때문에 용접 재료가 가라앉습니다.용접물이 움푹 들어간 경우 프로브는 테스트 용접판 표면의 불순물을 통과합니다.아래의 오염되지 않은 용접재는 현재 탐침에 접촉하여 시험점과 좋은 접촉을 형성한다.프로브 삽입 깊이는 대상 재료의 굴복 강도의 직접 함수입니다.탐침이 깊게 관통할수록 접촉이 좋다.8온스(oz) 프로브는 표면 지름에 따라 26000~16000파운드/제곱인치의 접촉 압력을 가할 수 있다.용접재의 굴복 강도는 약 5000psi이기 때문에 프로브 접촉은 상대적으로 부드러운 용접재에 더 좋다.

1. PCB 표면 처리 공정의 선택

원인과 영향을 이해하기 전에 사용 가능한 PCB 표면 처리의 유형과 그들이 제공할 수 있는 것을 설명하는 것이 중요합니다.모든 인쇄회로기판 (PCB) 에는 구리 층이 있으며 보호하지 않으면 구리 층이 산화되어 손상됩니다.다양한 보호층을 사용할 수 있으며 흔히 볼 수 있는 것은 열공기용접재 정평(HASL), 유기용접재 보호(OSP), 화학니켈도금 금침전(ENIG), 은침전과 주석침전이다.

2. 핫 에어 용접 평면(HASL)

HASL은 산업에서 사용되는 주요 납 함유 표면 처리 공정입니다.이 공정은 회로 기판을 납 주석 합금에 담그어 형성되며 여분의 용접 재료는"에어 나이프"를 통해 제거됩니다. 즉, 회로 기판 표면에 부는 뜨거운 공기입니다.PCA 프로세스의 경우 HASL은 표면 레이어를 반복적으로 환류, 청소 및 저장 한 후 용접 할 수있는 PCB 보드입니다.ICT의 경우 HASL은 또한 테스트 용접 디스크와 구멍을 통과하는 자동 용접 덮개를 제공합니다.그러나 HASL 표면은 기존 대체 방법에 비해 평면도 또는 동일성이 낮습니다.일부 무연 HASL 대체 공정은 HASL의 자연 대체 특성으로 인해 점점 더 유행하고 있습니다.여러 해 동안 HASL의 사용은 좋은 효과를 거두었지만,"친환경"녹색 공예 요구가 출현함에 따라 이런 공예의 날은 손에 꼽을 정도이다.무연 문제 외에도 증가하는 회로 기판의 복잡성과 더 가는 간격은 HASL 프로세스의 많은 한계를 드러냅니다.장점: 저렴한 PCB 표면 기술로 제조 과정 전반에 걸쳐 용접성을 유지해 ICT에 부정적인 영향을 미치지 않는다.단점: 납 기반 공법을 자주 사용하는데 이런 공예는 현재 제한을 받아 최종적으로 2007년에 도태될 것이다.가는 핀 간격(<0.64mm)의 경우 용접 브릿지와 두께 문제가 발생할 수 있습니다.어셈블하는 동안 표면이 고르지 않으면 균일성 문제가 발생할 수 있습니다.

3. 유기용접재 보호제

유기용접재 방부제(OSPs)는 PCB 플레이트의 구리 표면에 얇고 균일한 보호층을 형성하는 데 사용된다.이 코팅은 저장 및 조립 작업 중에 회로가 산화되지 않도록 보호합니다.이런 공예는 이미 오랫동안 존재해 왔지만, 최근에야 무연 기술과 정교한 아스팔트 솔루션의 탐색과 함께 유행하기 시작했다.OSP는 PCA 어셈블리에서 HASL보다 공통성 및 용접성 면에서 더 나은 성능을 제공하지만 용접 유형 및 열 순환 횟수에 대한 상당한 공정 변경이 필요합니다.산성은 OSP의 성능을 저하시키고 구리를 쉽게 산화시키기 때문에 조심스럽게 처리해야합니다.조립자들은 더 유연하고 더 많은 열 순환을 견딜 수 있는 금속 표면을 더 좋아한다.OSP 표면 처리를 통해 테스트 포인트에 용접이 없으면 ICT에 있는 침상 클램프와의 접촉 문제가 발생할 수 있다.OSP 레이어를 통과하는 더 날카로운 프로브 유형으로 간단히 바꾸면 PCA 테스트 구멍이나 테스트 용접 디스크만 손상되고 뚫릴 수 있습니다.연구에 따르면 더 높은 탐지력으로 전환하거나 탐지 유형을 변경하는 것은 생산량에 거의 영향을 미치지 않습니다.처리되지 않은 구리의 굴복 강도는 납이 함유된 용접재보다 한 단계 높기 때문에 노출된 구리 테스트 용접판을 손상시킬 수 있다.모든 테스트 가능한 지침은 노출된 구리를 직접 탐지하지 말 것을 강력히 권장합니다.OSP를 사용할 때는 ICT 단계에 대한 OSP 규칙 세트를 정의해야 합니다.중요한 규칙은 PCB 프로세스가 시작될 때 ICT가 접촉해야 하는 테스트 용접판 및 오버홀에 용접고를 적용하기 위해 템플릿을 열어야 합니다.장점: 단위 원가는 HASL과 비슷하고 공면성이 좋으며 공예에 납이 없고 용접성이 향상된다.단점: 조립 과정은 중대한 변경이 필요하며, 생동 표면을 탐지하면 ICT에 유해할 것이며, 지나치게 뾰족한 ICT 탐지기는 PCB를 손상시킬 수 있으므로 수동 예방 조치가 필요하며, ICT 테스트를 제한하고 테스트 중복성을 낮출 수 있다.

4. 화학 니켈 도금 침전

화학 니켈 도금 도금 (ENIG) 은 단위 비용이 많이 들지만 평평한 표면과 우수한 용접성을 갖춘 많은 회로 기판에 성공적으로 적용되는 코팅입니다.주요 단점은 화학 니켈 도금층이 취약하고 기계적 응력에서 파열될 수 있다는 것이다.이것은 업계에서"검은 블록"또는"진흙 균열"로 알려져 있으며 이로 인해 ENIG의 일부 부정적인 보도가 발생했습니다.장점: 용접성이 좋고 표면이 평평하며 유통기한이 길고 여러 차례의 환류 용접을 견딜 수 있다.단점: 높은 비용 (HASL의 약 5 배), "블랙 블록"문제, 제조 과정에서 시안화 물질 및 기타 일부 유해 화학 물질을 사용합니다.

5. 은을 담그다

침은은 PCB 판 표면 처리의 추가 방법이다.주로 아시아에서 사용되며 현재 북미와 유럽에서 보급되고 있다.용접 과정에서 은층은 용접점에 용해되고 구리층에 주석/납/은합금을 남겨 BGA 패키지에 매우 신뢰할 수 있는 용접점을 제공한다.비교 색상은 검사하기 쉽고 용접 처리에서 HASL의 자연스러운 대안입니다.침은은 매우 유망한 스택 용접 공정이지만 모든 새로운 스택 용접 기술과 마찬가지로 최종 사용자는 매우 보수적입니다. 많은 제조업체는 이 공정을 "연구 중" 공정이라고 부르지만 무연 표면 공정의 선호 사항일 가능성이 높습니다.장점: 용접성이 좋고 표면이 매끄러워 HASL 침포를 자연스럽게 대체할 수 있습니다.단점: 엔드 유저의 보수적인 태도는 업계에 관련 정보가 부족하다는 것을 의미합니다.

6. 침석

이것은 비교적 새로운 표면처리공예로서 은침착공예와 비슷한 성능을 많이 가지고 있다.그러나 PCB 제조 과정에서 주석 침전 과정에서 티오 요소 (발암물질일 수 있음) 를 사용하는 예방 조치로 인해 중대한 건강 및 안전 문제를 고려해야 한다.또한 마이그레이션 ("주석 가시"효과) 은 마이그레이션 방지 화학 방법이 문제를 통제하는 데 약간의 성공을 거둘 수 있음에도 불구하고 우려됩니다.장점: 용접성이 좋고 표면이 매끄럽고 원가가 상대적으로 낮다.단점: 건강 및 안전 문제, 열 순환 횟수가 제한되어 있습니다.

7.PCB 표면 처리 요약

고정장치와 공정의 일부 문제를 고려할 때, 사용자들은 이러한 문제가 해결되면 80~90% 의 합격률을 얻을 수 있다고 생각한다.이상은 PCB판 무연 가공의 주요 방법이다.HASL은 여전히 널리 사용되는 PCB 보드 가공 공정이 될 것이며, 이 경우 테스트 엔지니어는 변하지 않을 것입니다.일부 국가에서는 HASL이 법으로 금지되어 있으며 대안을 채택하고 있습니다.PCA 제조가 더 다양한 분야로 확장됨에 따라 점점 더 많은 무연 공정이 ICT 테스트에 등장할 것이다.OSP는 HASL의 천연 대체품이 아니지만 PCA 제조업체가 연구 중인 대체 치료 방안이 되었다.테스트 용접 디스크와 오버홀에 용접 페이스를 사용할 수 있도록 공정을 변경하지 않으면 실제 ICT가 발생합니다.

신뢰성 문제 테스트

결론은 PCB 표면 처리 공정이 완벽하지 않으며 모든 방법은 스스로 고려해야 할 문제가 있다는 것이다.이 중 일부는 다른 문제보다 더 심각하며, 이 모든 무연 PCB 표면 제조 공정은 ICT의 고정장치가 신뢰성 문제에 노출되지 않도록 공정 단계에서 수정해야 한다.ICT 단계의 HASL, OSP, 실버 스며들기 비교를 고려하여 이제 이러한 표면 처리 기술과 ICT의 성능에 어떻게 영향을 미치는지 주목하고 싶습니다.표면 처리는 ICT 테스트 대상에 이상적인 소프트 용접재인'아크'와 노출된 과공을 테스트 포인트에 남긴다.HASL은 OSP가 가지고 있지 않은 특성 중 하나는 흡인력입니다. HASL은 특히 부드러운 공정 SnPB입니다.이 소프트 타깃은 탐지기에 적응하고 에너지를 흡수하는 두 가지 이점이 있습니다.OSP PCB 보드에는 이러한 소프트 타겟이 없습니다.이에 비해 구리 표면은 매우 단단해 그렇게 많은 에너지를 흡수할 수 없기 때문에 탐침이 물어뜯을 수 있는 직접 접촉 면적이 줄었다.바깥쪽의 구리 도금층은 보통 10마이크로미터와 50마이크로미터 사이이다.OSP 패키지 레이어에 구리 도금을 결합하면 HASL 보드를 탐지하는 데 사용되는 프로브가 OSP 완료 보드에서 작동하지 않습니다.연구에 따르면 OSP는 역류와 ICT 사이의 긴 전송 시간 동안 테스트 목표에서 매우 단단한"셸"을 형성했습니다.정보 및 통신 기술의 제공 시간은 24 시간 미만이어야 합니다.테스트 엔지니어에 대한 OSP의 당혹감에 영향을 줄 수 있는 다른 많은 공정 요소도 있습니다. OSP 공급업체 유형, 환류로에서의 통과 횟수, 파문 제거 공정, 질소 환류 또는 공기 환류, ICT 시뮬레이션 테스트의 유형 등이 있습니다.구리 표면의 직접 탐지는 OSP 레이어를 관통하는 데 필요한 더 높은 탐지력과 결합하여 얇은 구리 레이어를 파괴하고 내부 합선을 초래하는 진정한 잠재적 위협을 발생시킵니다.따라서 노출된 구리 표면은 절대 탐지하지 말 것을 권장합니다.최근의 예는 5~10개의 클램프 격려 후에 판의 구멍이나 테스트 지점이 뚫릴 수 있다는 것을 보여준다.일부 PCA 제조업체의 경우 OSP가 ICT에 미치는 영향은 OSP를 완전히 포기할 정도로 매우 문제입니다.다른 제조업체는 아래에 나열된 OSP 규칙을 따르는 방법을 배우기 시작했습니다.ICT 테스트 클램프와 프로그램의'OSP 규칙': 직통차 생산량(FPY)에 큰 영향을 미친다.2N에서 3N까지 더 높은 힘을 얻기 위해 클램프 프로브를 교체해야 할 수도 있습니다.고정장치 프로브 유형을 교체하여 더 뾰족한 유형으로 변경해야 할 수 있습니다."더블 클릭" 그립의 인센티브 방법이 필요하거나 공기압, 로봇 손을 사용할 수 있습니다.시뮬레이션 테스트 프로그램 제약조건은 타협, 개방, 심지어 무시해야 할 수도 있다;연구에 따르면 이러한 별표 규칙은 생산량에 상대적으로 적은 영향을 미칠 수 있으며 신뢰할 수있는 테스트 접촉을 보장하는 방법은 테스트 용접 디스크가 용접되었는지 확인하는 것입니다.일부 제조업체는 OSP가 즉시 비용을 절감하고 무연 공정의 대안으로 간주 할 수 있다고 생각합니다.그러나 일부 회사들은 최근 상황을 완전히 반전시켜 생산 중단과 지연과 관련된 실제 비용을 고려할 때 전략을 재검토하고 있다.

8. 침은

은 스며드는 것은 구리 층 상단의 0.4~0.8 마이크로미터의 금속 층이며, 테스트 탐침이 물 수있는"고기"를 제공합니다.실버 스며드는 HASL 또는 OSP처럼 널리 사용되지는 않지만 초기 연구에 따르면 제조 공정으로서 HASL의 자연 대체품입니다.ICT의 신뢰성에 대한 일부 초기 연구에 따르면 식각 시간 (표면 거친도/광결도) 과 표면 두께는 반복 가능성의 중요한 고려 요소입니다.ICT 단계에서는 은 표면 처리된 클램프의 접촉 신뢰성에 문제가 없으므로 테스트 클램프를 조정할 필요는 없지만 프로브나 테스트 소프트웨어를 조정해야 한다.식각 속도는 ICT 테스트에 매우 중요합니다. 왜냐하면 은 장식면이 광택이 있는지 없는지를 결정하기 때문입니다.은 퇴적 단계에서 은은 구리 표면의 윤곽에 퇴적하므로 표면의 거칠음이 증가하여 면적이 증가하면 둔한 표면으로 나타나고 거칠음이 있는 표면은 밝은 표면으로 나타난다.이런 퇴적 용접 공정에 대한 산업 연구는 매우 제한적이지만 기술과 상업적으로 모두 전망이 있는 것 같다.최근 경험에 따르면 이런 표면처리는 ICT에 아무런 문제가 없다.PCB 보드 제조업체는 이제 HASL 제품과 동일한 가격으로 은장식 패널을 제공합니다.

9. 본문 요약

일부 회사의 경우 추세는 OSP가 HASL의 자연스러운 대안으로 간주되는 것 같습니다.이 옵션은 단위 비용 절감에 대한 인식에서 비롯될 수 있습니다.ICT 엔지니어들은 이 추세에 주의해야 한다. 테스트 용접판에 용접재가 덮여 있지 않는 한 OSP 코팅된 PCB는 다른 무연 표면 처리를 대체하는 것처럼 역할을 할 수 없다.공정 프로세스가 변경되지 않으면 초기 비용의 잠재적 절감액은 고정장치 프로브 교체, 고정장치 유지 관리, 테스트 소프트웨어 수정 및 회로 기판을 손상시키는 폐기물의 비용으로 상쇄될 수 있습니다.우리는 OSP의 선택에서 많은 상반된 상황을 보았다.아직 납 함유 HASL 공정을 포기하지 않은 고객은 가능한 모든 무연 PCB 대체 공정의 장단점을 고려하여 테스트를 포함한 모든 제조 단계가 시험에 포함되도록 하는 것이 좋습니다. 실버 PCB 보드의 경우 표면처리 공정이 ICT에 미치는 영향에 대한 결론적인 결과물은 전혀 없습니다.우리는 이미 은색 액세서리를 사용하는 고객과 토론을 진행했는데, 그들은 이 액세서리를 사용하는 어떤 집게도 접촉 문제를 주의하지 않았다.