Data PCB - Penyelidikan dan cadangan teknologi rawatan permukaan papan PCB bebas lead

Kemunculan yang bebas memimpin Papan PCB has raised new problems for in-circuit testing (ICT). Kertas ini menggambarkan proses rawatan permukaan PCB yang ada dan menganalisis kesan proses ini pada ICT. Ditunjukkan bahawa kunci untuk mempengaruhi ICT adalah sonda dan ICT. Contact reliability between points is tested and specific changes that need to be made during PCB construction to meet ICT requirements are described. Sejarah, kebimbangan utama jurutera ujian adalah memastikan bahawa dia mempunyai program ujian yang berkesan yang berkesan dalam produksi. "In-Circuit Test (ICT)" remains a very effective method of detecting manufacturing defects. Sistem ICT yang lebih maju juga boleh menambah nilai dunia-nyata ke konfigurasi fungsi ujian dengan menyediakan cara untuk program memori Flash, PLD, FPGA, dan EEPROM pada masa ujian. Sistem Agilent 3070 boleh dijual dalam ICT. ICT still plays an important role in the manufacturing and testing process of the printed circuit board assembly (PCA), tetapi bagaimana mengejar PCB bebas lead akan mempengaruhi tahap ICT? Teknologi prajurit bebas memimpin telah membawa kepada banyak kajian teknologi rawatan permukaan untuk Papan PCBs. kajian ini berdasarkan prestasi teknikal semasa proses pembinaan PCB. Kesan teknik rawatan permukaan PCB berbeza pada tahap ujian kebanyakan diabaikan, atau hanya fokus pada perlawanan kenalan. Buku ini akan memperkenalkan perincian dampak yang dilihat dalam ICT dan keperluan untuk menjawab dan memahami perubahan ini.

Tujuan artikel ini adalah untuk berkongsi pengalaman dalam Papan PCB rawatan permukaan dan melatih jurutera untuk melaksanakan perubahan dalam peraturan proses produksi PCB ICT. Artikel ini akan mengatasi isu persiapan permukaan pada PCB bebas lead, terutama pada tahap ICT proses penghasilan, dan mengungkapkan bahawa ujian sukses permukaan bebas lead juga bergantung pada kontribusi yang berguna dari proses pembinaan PCB. Ujian ICT berjaya sentiasa pada ciri-ciri fizikal titik kenalan diantara sond ujian tempat tidur pemasangan jarum dan pads ujian pada PCB. Apabila sond yang sangat tajam menyentuh titik ujian tentera, Tentera akan tenggelam kerana tekanan kontak sonda jauh lebih tinggi daripada kekuatan hasil tentera. Seperti tentera terhenti, sonda melewati apa-apa kemudahan di permukaan pad ujian. Prajurit tidak terkontaminasi di bawah sekarang menyentuh sonda untuk membuat kenalan yang baik dengan titik ujian. Kedalaman penyisipan sonda adalah fungsi langsung kekuatan hasil bahan sasaran. Semakin dalam penyelidikan menembus, semakin baik kenalan. An 8-ounce (oz) probe can apply contact pressures ranging from 26,000 hingga 160,000 psi (pounds per square inch), bergantung pada diameter permukaan. Kerana kekuatan hasil askar adalah kira-kira 5,000 psi, kontak sonda lebih baik untuk tentera yang relatif lembut ini.

1. Pemilihan proses rawatan permukaan PCB

Sebelum kita memahami penyebab dan kesan, penting untuk menggambarkan jenis rawatan permukaan PCB yang ada dan apa yang mereka boleh tawarkan. Semua papan sirkuit cetak (PCB) mempunyai lapisan tembaga di papan yang akan oksidasi dan rosak jika ditinggalkan tidak dilindungi. Terdapat pelbagai lapisan perlindungan yang berbeza yang boleh digunakan, yang biasa adalah Aras Solder Udara Panas (HASL), perlindungan Solder Organic (OSP), Electroless Nickel Gold Immersion (ENIG), Silver Immersion, dan Tin Immersion.

2. Aras Solder Udara Panas (HASL)

HASL adalah proses pembawaan permukaan yang berkuasa digunakan dalam industri. Proses ini dibentuk dengan menyelam papan sirkuit dalam legasi lead-tin, dan solder yang berlebihan dibuang oleh "pisau udara", iaitu udara panas yang meletup di permukaan papan. Untuk proses PCA, HASL mempunyai banyak keuntungan: ia adalah papan PCB, dan lapisan permukaan boleh ditetapkan selepas pengulangan, pembersihan, dan penyimpanan. Untuk ICT, HASL juga menyediakan penutupan tentera automatik pads ujian dan vias. Namun, permukaan HASL adalah lemah dalam keseluruhan atau koplanariti dibandingkan dengan kaedah alternatif yang ada. Terdapat beberapa proses penggantian HASL bebas lead, yang semakin populer kerana ciri penggantian alami HASL. HASL telah digunakan dengan keputusan yang baik selama bertahun-tahun, tetapi dengan kemunculan peraturan proses hijau "ramai dengan persekitaran", hari proses ini dihitung. Selain masalah bebas lead, peningkatan kompleksiti papan dan lapangan yang lebih baik telah mengekspos banyak keterangan proses HASL. Keuntungan: Teknologi permukaan PCB biaya, mengekalkan kemudahan tentera sepanjang proses penghasilan, dan tidak mempunyai kesan negatif pada ICT. Kegagalan: Proses berdasarkan pemimpin sering digunakan, yang kini terbatas dan akhirnya akan dihapuskan hingga 2007. Untuk kes pitch pin halus (<0.64 mm), pergerakan tentera, dan masalah tebal mungkin akan menghasilkan. Kesegangan permukaan boleh menyebabkan masalah homogeneiti dalam proses pengumpulan.

3. Organic Solder Protective Agent

Penjaga Solder Organik (OSP) digunakan untuk mencipta lapisan perlindungan tipis dan seragam pada permukaan tembaga papan PCB. Penutup ini melindungi sirkuit dari oksidasi semasa penyimpanan dan pengumpulan operasi. Proses ini telah berada di sekitar untuk masa yang lama, tetapi baru-baru ini mendapat popularitas dengan mencari teknologi bebas lead dan penyelesaian pitch yang baik. OSP mempunyai prestasi yang lebih baik pada kumpulan PCA daripada HASL dalam terma koplanariti dan keterbatasan tentera tetapi memerlukan perubahan proses yang signifikan kepada jenis aliran dan bilangan siklus panas. Pengendalian berhati-hati diperlukan kerana aksara asasnya menghancurkan prestasi OSP dan menjadikan tembaga susah untuk oksidasi. Pemasang lebih suka bekerja dengan permukaan logam yang lebih fleksibel dan boleh menahan lebih banyak siklus basikal panas. Dengan rawatan permukaan OSP, jika titik ujian tidak ditetapkan, ia akan menyebabkan masalah kenalan dengan katil perangkat jarum di ICT. Hanya mengubah kepada jenis sond yang lebih tajam untuk melalui lapisan OSP hanya akan menyebabkan kerosakan dan menekan vial ujian PCA atau pads ujian. Studi telah menunjukkan bahawa bergerak ke kuasa penyiasatan yang lebih tinggi atau mengubah jenis penyiasatan mempunyai sedikit kesan pada hasil. Tembaga yang tidak dirawat mempunyai perintah besar kekuatan hasil yang lebih tinggi daripada tentera leaded, dan sebagai hasilnya, akan merusak pads ujian tembaga yang terkena. Semua panduan kebenaran memberi nasihat yang kuat terhadap penyelidikan tembaga yang terkena secara langsung. Apabila menggunakan OSP, set peraturan OSP perlu ditakrif untuk fase ICT. Peraturan penting memerlukan stensil dibuka pada permulaan proses PCB untuk membenarkan paste solder untuk dilaksanakan pada pads ujian dan vias yang ICT perlu menghubungi. Keuntungan: Dibandingkan dengan HASL dalam biaya unit, koplanariti yang baik, proses bebas lead, kemudahan tentera yang lebih baik. Kegagalan: Proses pemasangan memerlukan perubahan utama, penyelidikan permukaan tembaga mentah akan merugikan ICT, penyelidikan ICT tertinggi mungkin merugikan PCB, memerlukan tindakan pencegahan manual, hadapi ujian ICT dan mengurangi pengulangan ujian.

4. Electroless Nickel Gold Immersion

Electroless Nickel Gold Immersion (ENIG), jubah yang berjaya digunakan pada banyak papan sirkuit, mempunyai permukaan rata dan kemudahan tentera yang baik walaupun biaya unit tinggi. Kegagalan utama adalah bahawa lapisan nikel tanpa elektron adalah rapuh dan telah ditemui untuk retak di bawah tekanan mekanik. Ini dikenali dalam industri sebagai "lumps hitam" atau "retak lumpur", yang telah membawa kepada beberapa tekanan negatif dari ENIG. Keuntungan: kemudahan tentera yang baik, permukaan rata, kehidupan rak panjang, dan boleh menahan banyak tentera reflow. Kegagalan: Kost tinggi (kira-kira 5 kali HASL), "blok hitam" masalah, proses penghasilan menggunakan cianid, dan beberapa bahan kimia berbahaya lain.

5. Silver Immersion

Penyelam perak adalah kaedah penambahan persiapan permukaan untuk papan PCB. Kebanyakan digunakan di Asia, ia dipromosikan di Amerika Utara dan Eropah. Semasa proses tentera, lapisan perak mencair ke dalam kumpulan tentera, meninggalkan tin/lead/sidang perak pada lapisan tembaga yang menyediakan kumpulan tentera yang sangat dipercayai untuk pakej BGA. Warna bertentangan membuatnya mudah untuk diperiksa, dan ia juga alternatif semulajadi untuk HASL untuk penyelut rawatan. Penyelam perak adalah proses yang sangat berjanji, tetapi seperti dengan semua teknologi yang baru, pengguna akhir sangat konservatif mengenainya. Banyak pembuat merujuk kepada proses ini sebagai proses "dalam penyelidikan", tetapi ia mungkin menjadi proses permukaan bebas lead pilihan. Keuntungan: Keselamatan yang baik, permukaan licin, alternatif alami untuk penyelamatan HASL. Kons: Sifat konservatif pengguna akhir bermakna kekurangan maklumat berkaitan dalam industri.

6. Tin Immersion

Ini adalah proses pembawaan permukaan yang lebih baru dengan banyak ciri-ciri yang sama dengan proses penyelamatan perak. Namun, terdapat masalah kesehatan dan keselamatan yang signifikan yang perlu dipertimbangkan disebabkan tindakan pencegahan terhadap thiourea (kemungkinan karcinogen) yang digunakan dalam proses penyemburan tin semasa penghasilan PCB. Selain itu, migrasi (kesan "tin burr") adalah bimbang, walaupun kimia anti-migrasi boleh mencapai sukses dalam mengawal masalah ini. Keuntungan: kesesuaian yang baik, permukaan licin, biaya relatif rendah. Kons: Kecemasan kesehatan dan keselamatan, bilangan terbatas siklus basikal panas.

7. Summary of PCB surface treatment

Mempertimbangkan beberapa masalah dengan pemasangan dan proses, pengguna percaya bahawa apabila masalah ini ditangani, hasil laluan yang mereka dapat ialah antara 80~90%. Atas adalah kaedah utama pemprosesan bebas lead papan PCB. HASL akan kekal proses pemprosesan papan PCB yang digunakan secara luas, dalam kes ini, tiada apa yang akan berubah untuk jurutera ujian. Dalam beberapa negara, HASL telah dilarang oleh undang-undang dan alternatif telah diadopsi. Semasa penghasilan PCA berkembang ke kawasan yang lebih berbeza, semakin banyak proses bebas lead akan dilihat dalam ujian ICT. Walaupun OSP bukanlah pengganti biasa bagi HASL, ia telah menjadi pilihan rawatan alternatif yang diperiksa oleh penghasil PCA. Apabila tiada perubahan proses dibuat untuk membenarkan melekat solder pada pads ujian dan vias, ini akan menghasilkan ICT sebenar

Uji masalah kepercayaan

Kesimpulan ialah proses rawatan permukaan PCB tidak sempurna, dan setiap kaedah mempunyai masalah sendiri yang perlu dipertimbangkan. Beberapa masalah ini lebih serius daripada yang lain, dan semua proses penyediaan permukaan PCB bebas lead memerlukan pengubahsuaian dalam langkah proses untuk mencegah masalah kepercayaan kenalan fixture pada ICT. Pertimbangan Comparative of HASL, OSP, and Silver Immersion in the ICT Phase Now I would like to focus on these surface finishing techniques and how they affect performance of ICT. Selesai meninggalkan solder lembut "arcs" dan vias terkena pada titik ujian, yang ideal untuk objek ujian ICT. Ciri-ciri yang HASL mempunyai OSP yang tidak mempunyai adalah penyorban kuasa, HASL adalah SnPB eutektik, yang sangat lembut. Sasaran lembut ini mempunyai dua keuntungan: menyesuaikan kepada sonda dan menyerap tenaga. Tiada sasaran lembut untuk OSP Papan PCBs. Sebaliknya, permukaan tembaga sangat keras dan tidak dapat menyerap sebanyak tenaga, jadi kawasan kenalan langsung yang sonda boleh "gigit ke" dikurangkan. Plating tembaga pada lapisan luar biasanya antara 10 dan 50 mikron. Kombinkan penapis tembaga dengan penapis OSP dan anda akan melihat bahawa sond yang digunakan untuk mengesan papan HASL tidak akan bekerja pada papan selesai OSP. Studi telah menunjukkan bahawa OSP mencipta "shell" yang sangat sukar pada sasaran ujian semasa masa pemindahan yang lebih panjang antara reflow dan ICT. Masa penghantaran ke ICT sepatutnya kurang dari 24 jam. Terdapat banyak faktor proses lain yang boleh mempengaruhi darjah OSP yang membingungkan kepada jurutera ujian, sebahagian daripada mereka adalah: jenis penyedia OSP, bilangan laluan dalam oven reflow, sama ada proses gelombang dibuang, nitrogen reflow atau udara Reflow, dan jenis ujian mock pada ICT. Pengesahan langsung permukaan tembaga disambung dengan kekuatan sonda yang lebih tinggi yang diperlukan untuk menembus lapisan OSP mencipta ancaman potensi nyata untuk memecahkan lapisan tembaga tipis dan menyebabkan seluar pendek dalaman. Oleh itu, rekomendasi kita adalah untuk tidak pernah mengesan permukaan tembaga yang terkena. Contoh-contoh baru-baru ini menunjukkan bahawa butang papan atau titik ujian boleh ditekan selepas 5 hingga 10 kegembiraan. Bagi beberapa penghasil PCA, kesan OSP pada ICT begitu problematik sehingga mereka telah berpindah jauh dari OSP sama sekali. Pembuat lain mula belajar bagaimana mengikut "peraturan OSP" yang terdaftar di bawah. "Peraturan OSP" untuk Pengujian Kebetulan dan Prosedur ICT: Memiliki kesan yang tinggi pada Through Yield (FPY); mungkin memerlukan mengubah sond pemasangan untuk kekuatan yang lebih tinggi, cth. dari 2N ke 3N; mungkin memerlukan perubahan peralatan Jenis Probe, diubah kepada jenis yang lebih tertentu; mungkin memerlukan kaedah "double-click" penegak, atau menggunakan pneumatik, manipulator; peraturan program ujian simulasi mungkin perlu dikompromikan, dibuka, atau bahkan diabaikan; kajian menunjukkan peraturan bintang-bintang ini Dengan kemungkinan sedikit kesan pada hasil, cara untuk memastikan kenalan ujian yang boleh dipercayai adalah untuk memastikan pads ujian ditetapkan. Beberapa pembuat melihat simpanan biaya segera dari OSP dan melihatnya sebagai alternatif untuk proses bebas lead. Namun, beberapa syarikat baru-baru ini telah mengambil penukaran lengkap dan sedang memeriksa semula strategi mereka apabila mempertimbangkan biaya sebenar yang berkaitan dengan gangguan produksi dan lambat.

8. Silver Immersion

Penyelam perak adalah lapisan logam 0.4 hingga 0.8 mikron di atas lapisan tembaga yang menyediakan "daging" yang boleh digigit oleh sond ujian. Penyelam perak tidak digunakan sebanyak HASL atau OSP, tetapi kajian awal menunjukkan bahawa ia adalah alternatif semulajadi untuk HASL sebagai proses penghasilan. Terdapat beberapa kajian awal kepercayaan ICT, yang telah menunjukkan bahawa masa etch (kasar/selesai permukaan) dan tebal permukaan adalah pertimbangan penting untuk boleh diulang. Tiada masalah dengan kepercayaan kenalan jig dengan rawatan permukaan perak dalam tahap ICT, jadi jig ujian tidak perlu disesuaikan, tetapi sond atau perisian ujian patut disesuaikan. Kadar etch penting untuk ujian ICT kerana ia menentukan sama ada penamat perak akan bersinar atau bosan. Semasa langkah depositi perak, perak ditempatkan pada kontur permukaan tembaga, jadi jika kasar permukaan meningkat, dan demikian permukaan, ia muncul sebagai permukaan yang membosankan, sementara permukaan dengan kasar muncul sebagai permukaan yang cerah. Penelitian industri dalam proses permukaan ini sangat terbatas tetapi kelihatan secara teknikal dan komersial berjanji. Pengalaman baru-baru ini menunjukkan bahawa rawatan permukaan ini tidak mengakibatkan masalah untuk ICT. Pembuat papan PCB sekarang menawarkan papan selesai perak dengan harga yang sama dengan produk HASL.

9. Summary of this article

Nampaknya perkembangan bagi beberapa syarikat adalah OSP dianggap sebagai pengganti alami bagi HASL. Pilihan ini mungkin berasal dari pengenalan simpanan biaya unit. jurutera ICT patut memperhatikan perkembangan ini: PCB-PCB yang dikelilingi OSP tidak akan berjalan serta selesai alternatif-bebas lead melainkan pads ujian ditutup dengan solder. Jika aliran proses tidak diubah, kemungkinan simpanan dalam kos awal mungkin disegerakan oleh kost perubahan sond pemasangan, persediaan perbekalan, mengubah perisian ujian, dan sampah yang merusak papan. Kami melihat banyak sebaliknya berlaku dalam pemilihan OSP. Nasihat kepada pelanggan yang tidak meninggalkan proses HASL yang dipimpin adalah untuk mempertimbangkan keuntungan dan kelemahan semua proses alternatif PCB bebas pemimpin yang mungkin, memastikan semua tahap penghasilan ditutup dalam ujian, termasuk ujian, untuk perak Papan PCB kita tidak mempunyai keputusan yang meyakinkan mengenai kesan proses rawatan permukaan pada ICT. Kami telah berbincang dengan pelanggan yang menggunakan selesai perak dan mereka tidak melihat apa-apa masalah kenalan gripper menggunakan selesai ini.