Технология PCBA - Анализ причин плохой сварки PCB при обработке поверхности OSP

Анализ причин плохой сварки PCB при обработке поверхности OSP и меры по улучшению

OSP - это процесс обработки поверхности медной фольги печатных плат в соответствии с требованиями директивы RoHS.

PCB является незаменимым материалом для современной электроники. С быстрым развитием технологии поверхностного монтажа (SMT) и технологии интегральных схем (IC), PCB должен соответствовать требованиям разработки высокой плотности, высокой ровности, высокой надежности, меньшей апертуры и меньших сварных дисков, а требования к обработке поверхности PCB и производственной среде становятся все выше и выше. Обработка поверхности OSP является широко используемой технологией обработки поверхности PCB. Это органическая мембрана 0,2 - 0,5um, выращенная химическим путем на поверхности чистой голой меди. Эта мембрана является антиоксидантной, термосферной и влагонепроницаемой при комнатной температуре и защищает поверхность меди от окисления или вулканизации. При последующей высокотемпературной сварке защитная пленка должна быть легко и быстро удалена флюсом, чтобы выявить чистую медную поверхность и соединиться с расплавленным припоем, чтобы сформировать прочную точку сварки в течение короткого периода времени.

По сравнению с другими поверхностными обработками, обработка поверхности OSP имеет следующие преимущества и недостатки: A. OSP поверхность плоская и однородная, толщина мембраны 0,2 ~ 0,5um, для PCB плотного компонента SMT; b. мембрана OSP обладает хорошей термостойкостью, подходит для неэтилированного процесса и односторонней, двухсторонней обработки пластин и совместима с любыми припоями; c. при работе с растворимостью в воде температура может контролироваться ниже 80 градусов Цельсия без проблем с изгибом и деформацией фундамента; d. хорошая операционная среда, меньше загрязнения, производственные линии легко автоматизировать; е. Относительно простой процесс, высокая производительность, низкая себестоимость; f. Недостатком является то, что образуется тонкая защитная пленка, а пленка OSP легко царапается (или царапается); g.PCB После многократной высокотемпературной сварки пленка OSP (относится к пленке OSP на несварном диске) обесцвечивается, трескается, тонет, окисляется, влияет на свариваемость и надежность; h. Широкий ассортимент зелья, разнородная природа, неравномерное качество и т.д.

2. Описание проблемы В процессе фактического производства пластины OSP PCB подвержены таким проблемам, как обесцвечивание поверхности, неравномерная толщина мембраны, суперплохой (слишком толстый или слишком тонкий); В конце производства PCB, если формование PCB не хранится и не используется должным образом, склонны к окислению сварного диска, плохому олову на сварном диске, не могут сформировать прочную точку сварки, ложную сварку, нехватку припоя и другие проблемы сварки; SMT производит вторую сторону двухсторонней пластины и сварку в оловянной печи, подвержены плохой обратной сварке, утечке меди в точке сварки, внешний вид не может соответствовать стандарту ipc3, высокая скорость дефектов сварки в оловянной печи.

3. Тематический анализ: при производстве на первой стороне SMT продукта PCB, обработанного поверхностью OSP компании, олово на сварном диске элемента хорошее, при производстве второй стороны, олово после того, как соединитель прошел через печь, и сварочный диск элемента в некоторых местах плохой, сварочный материал на сварном диске имеет некоторые проблемы с влагозащитой от сварки, как показано на рисунке 1 ниже. В этом случае ПХБ является методом обработки поверхности OSP, а SMT - неэтилированным процессом. Согласно основным принципам сварки и анализу практического инженерного опыта, возникновение дренажной сварки и влагонепроницаемости напрямую связано с свариваемостью поверхностного сварного диска PCB. Таким образом, аналитическая идея в этом случае заключается в том, чтобы очистить сломанный сварочный диск изопропиловым спиртом (IPA) и соляной кислотой с помощью внешнего осмотра, а затем использовать EDS для анализа состава в сторонних лабораториях, чтобы выяснить причину плохой свариваемости OSP и дать соответствующие меры по улучшению.

1 Плохое лужение

3.1 Анализируя процесс a, наблюдая дефектный продукт с помощью микроскопа, мы обнаружили, что на PCBA есть много мест с плохой смачиваемостью, плохо увлажненный сварочный диск представляет собой сферическую нерегулярную сеть, сварочный диск PCB показывает четкую форму, не подлежащую сварке, как показано на рисунке 1 выше.

b. Очистить сварочный диск изопропиловым спиртом (ИПА) и погрузить его в оловянную ванну 255oc в течение 5 секунд. Цель проверки: В случае, если олово не смочивается из - за загрязнения инородными веществами, олово может быть смочено после очистки IPA. Вывод: промывка IPA не благоприятствует олову на сварном диске, что указывает на то, что отказ олова на сварном диске не вызван инородным покрытием [3], как показано на рисунке 2.

2 Сравнение олова на коврике до и после очистки IPA

c. Очистить плохо увлажняющий диск соляной кислотой и погрузить его в оловянную ванну 255oc в течение 5 секунд. Цель проверки: Когда окисление диска приводит к тому, что олово не смачивается, олово может быть смачивается после очистки соляной кислотой. Вывод: После очистки соляной кислотой сварочный материал хорошо увлажняется, что указывает на наличие оксида металла на поверхности недувлажненного сварного диска, так что сварочный материал не может быть увлажнен во время сварки [3].

3 Сравнение олова на прокладке до и после очистки соляной кислотой

d. Следует провести анализ EDS места отказа от сварки. Цель проверки: анализ состава элементов в плохом положении поверхности сварного диска для определения основной причины плохого применения олова. Вывод: в зоне без сварного диска преобладает медь, что указывает на то, что она не покрыта припоем и не загрязнена другими металлами; Как показано на рисунке 4, из - за влияния процесса сварки и компонентов в воздухе [3], в области сварки в плохой зоне сварки присутствуют углерод, кислород и другие элементы.

Анализ EDS на плохие позиции

e.PCB Испытание на свариваемость. В соответствии с методом испытания A1 в IPC j - std - 003b, испытание на свариваемость должно быть проведено после одной обратной сварки аналоговой оптической пластины PCB и оптической пластины в одном цикле. Цель проверки: сравнить свариваемость PCB между оптическими скейтбордами и аналоговой печью первичного тока. Вывод: сварочный диск ламповой панели PCB с тем же циклом хорошо лужен, внешний вид соответствует требованиям IPC, как показано на рисунке 5; После одного возврата пленка OSP ухудшается и тонет, свариваемость PCB ухудшается, а некоторые сварочные диски плохо увлажняются, как показано на рисунке 6.

4.1 Улучшение 4.1 Выбор подходящего препарата OSP. Существует три типа материалов OSP: канифоль, активная смола и зол. В настоящее время наиболее широко используется злозол OSP. Oxazole OSP был улучшен примерно в 6 поколениях, и в настоящее время температура разложения может достигать 354,9 градусов по Цельсию [4,5], что подходит для неэтилированного процесса и многократной обратной сварки. Прежде чем производить ПХБ, следует выбрать подходящий жидкий препарат в соответствии с производственным процессом продукта.

4.2 При производстве ПХД толщина и однородность пленки OSP должны строго контролироваться. Ключом к процессу OSP является контроль толщины защитной пленки. Толщина пленки слишком тонкая, и она плохо устойчива к тепловому землетрясению. При обратной сварке пленка не выдерживает высокой температуры, растрескивания и истончения, легко приводит к окислению сварного диска, влияет на свариваемость; Если толщина пленки слишком толстая, она не может быть хорошо растворена и удалена флюсом во время сварки, что также может привести к плохой сварке.

4.2.1 Технологический процесс производства панелей OSP: дренажные пластины - обезжиривание - промывка водой - микрокоррозия - промывка водой - предварительно пропитанный материал - промывка водой - сушка - верхняя защитная пленка (OSP) - сушка - очистка водой - сушка - сушка - сушка - сушка - сушка - сушка - уборка

4.2.2 Основной фактор, влияющий на толщину мембраны OSP, а именно обезжиривание. Эффект обезжиривания напрямую влияет на качество мембраны. Если обезжиривание плохо, толщина пленки неравномерна. С одной стороны, концентрация может контролироваться в технологическом диапазоне путем анализа раствора. С другой стороны, проверьте, хороший ли эффект обезжиривания. Если обезжиривание не работает хорошо, следует своевременно заменить обезжиривание.

b. Микроэрозия. Целью микротравления является формирование грубой медной поверхности, используемой для мембранирования. Толщина микротравления напрямую влияет на скорость мембранного образования. Для формирования стабильной толщины мембраны необходимо поддерживать стабильность толщины микротравления. Как правило, целесообразно контролировать толщину микротравления на уровне 1,0 - 1,5um. Перед каждой сменой необходимо измерить скорость микротравления и определить время микротравления в соответствии со скоростью микротравления.

c. Предпропитанный материал. Предварительное погружение предотвращает разрушение цилиндрического раствора OSP вредными ионами, такими как ионы хлора. Основной функцией предварительно пропитанного барабана OSP является ускорение образования толщины пленки OSP и обработка воздействия других вредных ионов на барабан OSP. В предварительно пропитанном растворе содержится соответствующее количество ионов меди, которые могут способствовать формированию композитной защитной пленки и сократить время погружения. Считается, что алкилбензоимидазол в определенной степени связывается с ионами меди в растворе префлюса из - за присутствия ионов меди. Когда комбинированное вещество с определенной степенью агрегации осаждается на поверхности меди, образуя композитную пленку, оно может образовывать более толстый защитный слой в течение короткого периода времени, поэтому оно действует как композитный ускоритель. Если содержание алкилбензоимидазола или аналогичного компонента (имидазола) в предварительно пропитанном материале невелико, то при избытке ионов меди предварительно пропитанный раствор преждевременно стареет и нуждается в замене. Поэтому необходимо сосредоточиться на контроле концентрации и времени предварительно пропитанной заготовки.

d. Концентрация основных компонентов OSP. Алкилбензоимидазол или аналогичный компонент (имидазол) является основным ингредиентом в растворе OSP, и концентрация является ключом к определению толщины мембраны OSP. В процессе производства необходимо контролировать концентрацию раствора OSP.

e. pH раствора. Стабильность pH оказывает большое влияние на скорость образования мембран. Чтобы поддерживать стабильность pH, в резервуар для раствора добавляется определенное количество буфера. Как правило, если pH контролируется на уровне 2,9 ~

3.1 Можно получить плотную, однородную пленку OSP средней толщины. Когда pH выше и pH > 5, растворимость алкилбензоимидазола снижается, а масло осаждается; При низком pH и pH < 2 образовавшаяся мембрана частично растворяется. Поэтому необходимо сосредоточиться на мониторинге pH.

f. Температура раствора. Изменение температуры также оказывает большое влияние на скорость образования мембран. Чем выше температура, тем быстрее скорость образования мембраны. Поэтому необходимо контролировать температуру резервуара OSP.

g. Время образования пленки (время погружения). При определенном составе жидкости в резервуаре OSP, температуре и pH, чем дольше время образования пленки, тем толще время образования пленки. Поэтому необходимо контролировать время образования мембраны.

4.2.3 Определение толщины пленки OSP В настоящее время большинство заводов PCB используют ультрафиолетовые спектрометры для измерения толщины пленки OSP. Принцип состоит в том, чтобы использовать сильные абсорбционные свойства соединений имидазола в ультрафиолетовой области в мембране OSP, а затем рассчитать толщину мембраны OSP путем измерения максимальной абсорбции. Этот метод прост и прост в использовании, но имеет большую погрешность при тестировании. Другим методом является измерение фактической толщины пленки OSP с использованием технологии FIB [6]. Производители PCB должны использовать соответствующие методы для обнаружения и контроля толщины пленки OSP в процессе производства, чтобы убедиться, что толщина пленки OSP соответствует стандартным требованиям.

4.3 Требования к упаковке и хранению панелей OSP Из - за очень тонкой пленки OSP поверхность PCB окисляется, а свариваемость ухудшается, если она подвергается длительному воздействию высокотемпературной и влажной среды. После процесса обратной сварки OSP на поверхности PCB также трескается и тонет, что может легко привести к окислению медной фольги PCB и плохой свариваемости.

4.3.1 Требования к упаковке панелей OSP: Материалы для панелей OSP должны быть упакованы в вакуум и снабжены осушителями и картами влажности. Между пластинами PCB должна использоваться изоляционная бумага, чтобы избежать царапин или трения, которые повреждают пленку OSP.

4.3.2 Платы OSP не должны подвергаться прямому воздействию солнечного света. Хранить не более 6 месяцев при относительной влажности 30 - 70% и температуре 15 - 30 градусов по Цельсию. Для хранения рекомендуется использовать специальные влагонепроницаемые шкафы. Если PCB сырой или просроченный и не может быть выпечен, он может быть возвращен только на завод PCB для переработки OSP.

4.4. Использование панелей OSP в зоне SMT A и примечания Перед открытием PCB проверьте, повреждена ли упаковка PCB и обесцвечена ли карта отображения влажности. При повреждении или обесцвечивании использовать его нельзя. В течение 8 часов после разблокирования требуется онлайн - производство. Рекомендуется использовать как можно больше негерметичных. Неоконченные ПХД или хвосты должны быть своевременно упакованы в вакуум.

b. Необходимость контроля температуры и влажности в цехах СМТ. Рекомендуемая температура в цехе: 25±3°C, влажность: 50±10%. В процессе производства запрещается прямой контакт с поверхностью сварочного диска PCB вручную, чтобы предотвратить загрязнение пота, окисление и плохую сварку.

c. PCB, напечатанный с помощью пасты, должен быть вставлен как можно скорее, а элементы должны проходить через печь. Старайтесь избегать стирки из - за ошибок печати или проблем с установкой, так как стирка может повредить пленку OSP. Если вам действительно нужно помыть тарелку, не разрешается замачивать или промывать ее растворителем высокой летучести. Рекомендуется протирать пасту нетканым материалом, содержащим 75% алкоголя. После очистки PCB должен быть сварен в течение 2 часов.

d.SMT После завершения одностороннего пластыря второй SMT - элемент должен быть установлен в течение 24 часов, а выборочная сварка или сварка волнового пика погруженного (вставного) элемента должна быть завершена не более чем за 36 часов.

e. Поскольку PCB, обработанный поверхностью OSP, менее подвижен, чем паста для печатных плат, обработанная другими поверхностями, точка сварки подвержена воздействию меди. При проектировании можно было бы надлежащим образом увеличить отверстие стальной сетки. Рекомендуется открыть отверстие по прокладке 1: 1.05 или 1: 1.1, но обратите внимание на антиоловянную обработку компонентов чипа.

f. когда пиковая температура и время обратного потока пластины OSP соответствуют качеству сварки, рекомендуется, насколько это возможно, отклоняться от нижнего предела технологического окна, а пиковая температура и время обратной сварки должны быть как можно ниже; При производстве двухсторонних пластин рекомендуется соответствующим образом снизить температуру на первой стороне (стороне виджета) и установить температуру с обеих сторон отдельно, чтобы уменьшить повреждение пленки OSP при высокой температуре. Если возможно, рекомендуется производить азот, что может эффективно улучшить плохую окислительную сварку на второй стороне двухсторонней пластины OSP PCB.

5. Выводы, касающиеся плохой сварки ПХБ при обработке поверхности OSP, включают в себя множество факторов, таких как состав и качество компонентов OSP, толщина и однородность пленки OSP, упаковка и хранение панелей OSP, использование и контроль времени компонентов SMT, а также технологические параметры в процессе производства (например, отверстие стальной проволочной сетки, температура печи и т.д.). Среди них качество раствора OSP, а также толщина и однородность пленки OSP являются предпосылками для обеспечения качества сварки. Дефекты сварки, вызванные этими проблемами с изготовлением ПХД, трудно или даже невозможно устранить технологическими методами в процессе производства SMT. Поэтому, чтобы улучшить и обеспечить хорошее качество сварки, завод PCB должен строго контролировать ключевые технологические параметры производства PCB, обеспечивая качество пленки OSP и качество производства PCB; После производства ПХБ должны упаковываться и храниться в строгом соответствии с требованиями OSP - панелей; Контроль SMT должен строго соответствовать времени использования; Контролируйте и оптимизируйте технологические параметры, такие как открытие проволочной сетки, температура печи и т. Д., Разработайте совершенную технологию производства пластины OSP PCB.