Công nghệ PCBA - OSP Xử lý bề mặt Phân tích nguyên nhân xấu của hàn PCB

OSP Xử lý bề mặt PCB Hàn nguyên nhân xấu Phân tích và cải thiện các biện pháp đối phó

OSP là một quá trình xử lý bề mặt của lá đồng cho bảng mạch in, đáp ứng các yêu cầu của chỉ thị RoHS.

1. Giới thiệu ngắn gọn PCB là vật liệu không thể hoặc thiếu cho các sản phẩm điện tử hiện đại. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ gắn kết bề mặt (SMT) và công nghệ mạch tích hợp (IC), PCB cần phải đáp ứng các yêu cầu phát triển của mật độ cao, độ phẳng cao, độ tin cậy cao, khẩu độ nhỏ hơn và miếng đệm nhỏ hơn, yêu cầu xử lý bề mặt PCB và môi trường sản xuất ngày càng cao. Xử lý bề mặt OSP là công nghệ xử lý bề mặt PCB phổ biến hiện nay. Nó là một lớp màng hữu cơ 0,2~0,5 um được trồng bằng phương pháp hóa học trên bề mặt đồng sạch. Bộ phim có khả năng chống oxy hóa, sốc nhiệt và độ ẩm ở nhiệt độ phòng và có thể bảo vệ bề mặt đồng khỏi bị oxy hóa hoặc lưu hóa. Trong quá trình hàn nhiệt độ cao tiếp theo, màng bảo vệ phải được loại bỏ dễ dàng và nhanh chóng bằng thông lượng để lộ bề mặt đồng sạch và kết hợp với chất hàn nóng chảy để tạo ra các mối hàn mạnh mẽ trong một thời gian rất ngắn.

So với các phương pháp xử lý bề mặt khác, xử lý bề mặt OSP có những ưu điểm và nhược điểm sau: A. Bề mặt OSP phẳng và đồng nhất, độ dày màng là 0,2~0,5um, thích hợp cho PCB của các thành phần dày đặc SMT; b. Màng OSP có khả năng chống sốc nhiệt tốt, thích hợp cho quá trình không chì và xử lý một mặt, hai mặt và tương thích với bất kỳ loại hàn nào; c. Trong hoạt động hòa tan trong nước, nhiệt độ có thể được kiểm soát dưới 80 độ C, sẽ không gây ra vấn đề biến dạng uốn của chất nền; d. Môi trường hoạt động tốt, ít ô nhiễm, dây chuyền sản xuất dễ dàng tự động hóa; e. Quy trình tương đối đơn giản, năng suất cao và chi phí thấp; f. Nhược điểm là màng bảo vệ hình thành rất mỏng, màng OSP dễ bị trầy xước (hoặc trầy xước); g. Sau nhiều lần hàn nhiệt độ cao, màng OSP (đề cập đến màng OSP trên đĩa không hàn) sẽ thay đổi màu sắc, nứt, mỏng và oxy hóa, ảnh hưởng đến khả năng hàn và độ tin cậy; h. Nước thuốc có nhiều chủng loại, tính chất khác nhau, chất lượng cao thấp không đồng đều, v. v.

2. Mô tả vấn đề Trong quá trình sản xuất thực tế, bảng mạch OSP PCB dễ bị đổi màu bề mặt, độ dày màng không đồng đều, siêu kém (quá dày hoặc quá mỏng) và các vấn đề khác; Trong giai đoạn sau của sản xuất PCB, nếu PCB đúc được lưu trữ và sử dụng không đúng cách, nó dễ bị oxy hóa pad, thiếc không tốt trên pad, không thể hình thành các mối hàn mạnh, hàn giả, không đủ hàn và các vấn đề hàn khác; SMT sản xuất mặt thứ hai của bảng điều khiển kép và khi hàn lò hàn, nó rất dễ xảy ra các vấn đề như hàn trở lại kém, rò rỉ đồng tại các điểm hàn, sự xuất hiện không thể đáp ứng tiêu chuẩn ipc3, tỷ lệ khuyết tật hàn lò hàn.

3, phân tích trường hợp: một công ty OSP xử lý bề mặt PCB sản phẩm trong sản xuất mặt đầu tiên của SMT, thiếc trên các linh kiện pad là tốt, trong sản xuất mặt thứ hai, thiếc sau khi kết nối qua lò và một số vị trí của các linh kiện pad là xấu, hàn trên pad có một số vấn đề chống ẩm, chẳng hạn như hình ảnh dưới đây 1 cho thấy. PCB trong trường hợp này là phương pháp xử lý bề mặt OSP và quy trình SMT là quy trình không chì. Theo phân tích các nguyên tắc cơ bản của hàn và kinh nghiệm kỹ thuật thực tế, sự xuất hiện của hàn xả và chống ẩm có liên quan trực tiếp đến khả năng hàn bề mặt PCB. Do đó, ý tưởng phân tích trong trường hợp này là thông qua kiểm tra ngoại hình, rửa các miếng đệm bị hỏng bằng cồn isopropyl (IPA) và axit clohiđric, sau đó sử dụng ED trong phòng thí nghiệm của bên thứ ba để phân tích thành phần, tìm ra nguyên nhân của khả năng hàn kém OSP và đưa ra các biện pháp đối phó để cải thiện tương ứng.

1 Tin mạ xấu

3.1 Quá trình phân tích a, sử dụng kính hiển vi để quan sát các sản phẩm bị lỗi, phát hiện ra rằng có rất nhiều vị trí ẩm ướt kém trên PCBA, tấm làm ướt kém là một mạng lưới bất thường hình cầu, tấm PCB thể hiện một hình dạng không thể hàn rõ ràng, như trong hình 1 ở trên.

b. Làm sạch miếng đệm bằng cồn isopropyl (IPA) và ngâm nó trong bồn thiếc 255oc trong 5 giây. Mục đích xác minh: Trong trường hợp ô nhiễm nước ngoài khiến thiếc không bị ướt, thiếc có thể được làm ướt sau khi làm sạch IPA. Kết luận: Việc làm sạch IPA không có lợi cho thiếc trên đĩa, cho thấy rằng sự thất bại của thiếc trên đĩa không phải do lớp phủ của một vật thể lạ [3], như thể hiện trong Hình 2.

2 So sánh thiếc trên miếng đệm trước và sau khi giặt IPA

c. Rửa miếng đệm ướt kém bằng axit clohydric và ngâm nó trong bồn tắm thiếc 255oc trong 5 giây. Mục đích xác minh: thiếc có thể được làm ướt sau khi làm sạch axit clohydric khi quá trình oxy hóa đĩa làm cho nó không bị ướt. Kết luận: Sau khi rửa bằng axit clohiđric, hàn được làm ướt tốt, cho thấy sự hiện diện của oxit kim loại trên bề mặt của miếng đệm không được làm ướt, làm cho nó không thể làm ướt trong quá trình hàn [3].

3 So sánh thiếc trên đệm trước và sau khi làm sạch axit clohydric

d. Phân tích EDS nên được thực hiện ở vị trí từ chối hàn. Mục đích xác minh: Phân tích thành phần của các yếu tố ở vị trí xấu trên bề mặt của miếng đệm để xác định nguyên nhân gốc rễ của ứng dụng thiếc kém. Kết luận: Khu vực không có miếng đồng chiếm ưu thế tuyệt đối, chỉ ra rằng nó không được bao phủ bởi hàn và không bị ô nhiễm bởi các kim loại khác; Như thể hiện trong Hình 4, các nguyên tố như carbon, oxy và các yếu tố khác tồn tại trong khu vực cạnh hàn của khu vực hàn kém do ảnh hưởng của quá trình hàn và các thành phần trong không khí [3].

4 Phân tích EDS cho các vị thế xấu

e. Kiểm tra khả năng hàn PCB. Theo phương pháp kiểm tra A1 trong IPC j-std-003b, kiểm tra khả năng hàn phải được thực hiện sau khi hàn lại một lần giữa tấm quang PCB mô phỏng và tấm quang trong cùng một chu kỳ. Mục đích xác minh: So sánh khả năng hàn của PCB giữa ván trượt quang học và mô phỏng lò reflow chính. Kết luận: Đồng chu kỳ PCB bảng điều khiển ánh sáng pad thiếc là tốt, sự xuất hiện phù hợp với yêu cầu IPC, như thể hiện trong hình 5; Sau một dòng chảy ngược, màng OSP trở nên mỏng hơn, khả năng hàn của PCB trở nên kém hơn và một số pad bị ướt kém như trong Hình 6.

4.1 Các biện pháp cải tiến 4.1 Chọn tác nhân OSP thích hợp. Có ba loại vật liệu OSP: nhựa thông, nhựa hoạt tính và azole. Hiện nay, được sử dụng rộng rãi nhất là oxazole OSP. Oxazole OSP đã được cải thiện trong khoảng 6 thế hệ và bây giờ nhiệt độ phân hủy có thể lên tới 354,9 độ C [4,5] phù hợp cho quá trình không chì và hàn nhiều lần. Trước khi sản xuất PCB, thuốc lỏng phù hợp nên được chọn theo quy trình sản xuất của sản phẩm.

4.2 Trong quá trình sản xuất PCB, độ dày và tính đồng nhất của màng OSP nên được kiểm soát chặt chẽ. Chìa khóa cho quá trình OSP là kiểm soát độ dày của màng bảo vệ. Độ dày của màng mỏng quá mỏng và khả năng chống sốc nhiệt kém. Khi hàn trở lại, bộ phim không thể chịu được nhiệt độ cao, nứt và mỏng, dễ dẫn đến quá trình oxy hóa đĩa, ảnh hưởng đến khả năng hàn; Nếu độ dày của bộ phim quá dày, nó không thể hòa tan tốt và loại bỏ bằng thông lượng trong quá trình hàn, nó cũng có thể dẫn đến hàn kém.

4.2.1 Quy trình công nghệ sản xuất tấm OSP: Xả tấm - Loại bỏ dầu - Rửa nước - Microcorrosion - Rửa nước - Pre-Pre-Pre-Pre-Pre-Pre-Pre-Pre-DI rửa - sấy - màng bảo vệ trên (OSP) - sấy - DI rửa - sấy khô - sấy khô - sấy khô - thu gom tấm

4.2.2 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ dày màng OSP A. Loại bỏ dầu. Hiệu quả tẩy mỡ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hình thành màng. Nếu loại bỏ dầu không tốt, độ dày của màng không đồng đều. Một mặt, nồng độ có thể được kiểm soát trong phạm vi quá trình bằng cách phân tích dung dịch. Mặt khác, kiểm tra xem tẩy nhờn có hoạt động tốt không. Nếu hiệu quả tẩy mỡ không tốt, nên kịp thời thay thế dịch tẩy mỡ.

b. Vi xói mòn. Mục đích của microetch là tạo ra một bề mặt đồng thô để tạo màng. Độ dày của microetch ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ hình thành màng. Để tạo ra độ dày màng ổn định, cần duy trì sự ổn định của độ dày microetch. Nói chung, kiểm soát độ dày microetch ở mức 1,0~1,5um là phù hợp. Trước mỗi ca sản xuất, tỷ lệ microetch được đo và thời gian microetch được xác định dựa trên tỷ lệ microetch.

c. Vật liệu pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre - pre. Pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre Chức năng chính của trống OSP Pre-Immersion là tăng tốc độ hình thành độ dày màng OSP và xử lý ảnh hưởng của các ion độc hại khác trên trống OSP. Một lượng thích hợp các ion đồng có sẵn trong dung dịch pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre Người ta thường tin rằng alkybenzoimidazole trải qua một mức độ phức tạp với các ion đồng trong dung dịch pre-tan chảy do sự hiện diện của chúng. Khi một phức hợp có độ kết tụ nhất định được lắng đọng trên bề mặt đồng để tạo thành một màng composite, nó có thể tạo thành một lớp bảo vệ dày hơn trong một thời gian ngắn, vì vậy nó hoạt động như một máy gia tốc composite. Nếu nồng độ alkybenzoimidazole hoặc các thành phần tương tự (imidazole) trong prepre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-lão hóa sớm và cần phải được thay thế. Do đó, cần tập trung vào việc kiểm soát nồng độ và thời gian của phôi pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-nhúng.

d. Nồng độ của các thành phần chính của OSP. Alkylbenzoimidazole hoặc các thành phần tương tự (imidazole) là thành phần chính trong dung dịch OSP và nồng độ là chìa khóa để xác định độ dày của màng OSP. Trong quá trình sản xuất, nồng độ của giải pháp OSP cần được theo dõi.

E. Giá trị pH của dung dịch. Sự ổn định của pH có ảnh hưởng lớn đến tốc độ hình thành màng. Để duy trì độ pH ổn định, một lượng đệm nhất định được thêm vào bể dung dịch. Nói chung, nếu pH được kiểm soát ở mức 2,9~

3.1, có thể thu được màng OSP dày đặc, đồng nhất với độ dày trung bình. Khi pH cao và pH>5, độ hòa tan của alkybenzomidazole giảm và lượng mưa dầu; Khi pH thấp và pH<2, màng hình thành sẽ bị hòa tan một phần. Do đó, cần tập trung vào việc theo dõi độ pH.

F. Nhiệt độ của giải pháp. Sự thay đổi nhiệt độ cũng có ảnh hưởng lớn đến tốc độ hình thành màng. Nhiệt độ càng cao, tốc độ hình thành màng càng nhanh. Do đó, cần phải kiểm soát nhiệt độ của bể OSP.

thời hạn: permanant-never Lift ban (VĨNH VIỄN) ( Ở thành phần chất lỏng bể OSP đã xác định, nhiệt độ và độ pH, thời gian hình thành màng càng dài thì thời gian hình thành màng càng dày. Do đó, nó là cần thiết để kiểm soát thời gian hình thành màng.

4.2.3 Phát hiện độ dày màng OSP Hiện nay, hầu hết các nhà máy PCB sử dụng máy quang phổ UV để đo độ dày màng OSP. Nguyên tắc chủ yếu là sử dụng các đặc tính hấp thụ mạnh của hợp chất imidazole trong vùng tia cực tím của màng OSP, sau đó tính toán độ dày của màng OSP bằng cách đo độ hấp thụ tối đa. Phương pháp này đơn giản và dễ thực hiện, nhưng lỗi kiểm tra lớn hơn. Một phương pháp khác là sử dụng kỹ thuật FIB để đo độ dày thực tế của màng OSP [6]. Các nhà sản xuất PCB cần sử dụng các phương pháp thích hợp để phát hiện và kiểm soát độ dày của màng OSP trong quá trình sản xuất để đảm bảo độ dày của màng OSP đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn.

4.3 Yêu cầu đóng gói và lưu trữ của bảng OSP Vì màng OSP rất mỏng, nếu tiếp xúc lâu với môi trường nhiệt độ cao và độ ẩm cao, bề mặt PCB sẽ bị oxy hóa và khả năng hàn sẽ trở nên kém hơn. Sau quá trình hàn trở lại, OSP của bề mặt PCB cũng sẽ bị nứt và mỏng hơn, dễ dẫn đến oxy hóa lá đồng PCB, có thể hàn kém.

4.3.1 Yêu cầu đóng gói của OSP Board: Vật liệu đến của OSP Board phải được đóng gói bằng chân không với chất hút ẩm và thẻ hiển thị độ ẩm. Giấy cách ly nên được sử dụng giữa các bảng PCB để tránh trầy xước hoặc ma sát làm hỏng màng OSP.

4.3.2 Bảng OSP không được tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời. Nó nên được lưu trữ không quá 6 tháng trong môi trường có độ ẩm tương đối từ 30 đến 70% và nhiệt độ từ 15 đến 30 độ C. Đề nghị sử dụng tủ chống ẩm chuyên dụng để lưu trữ. Nếu PCB bị ẩm hoặc hết hạn và không thể nướng, nó chỉ có thể được trả lại cho nhà máy PCB để làm lại OSP.

4.4. Việc sử dụng bảng OSP khu vực A SMT và các biện pháp phòng ngừa trước khi mở PCB, kiểm tra xem gói PCB có bị hỏng hay không và thẻ hiển thị độ ẩm có bị đổi màu hay không. Nó không thể được sử dụng nếu nó bị hư hỏng hoặc thay đổi màu sắc. Cần sản xuất trực tuyến trong vòng 8 giờ sau khi giải nén. Nên sử dụng càng nhiều càng tốt. PCB chưa hoàn thành hoặc số đuôi nên được đóng gói chân không kịp thời.

b. Cần kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm của xưởng SMT. Đề nghị nhiệt độ hội thảo: 25 ± 3 độ C, độ ẩm: 50 ± 10%. Trong quá trình sản xuất, không được tiếp xúc trực tiếp với bề mặt của miếng đệm PCB bằng tay không, ngăn ngừa ô nhiễm mồ hôi, oxy hóa và hàn kém.

c. PCB được in bằng dán hàn nên được dán càng sớm càng tốt và các yếu tố nên đi qua lò. Cố gắng tránh rửa tấm do lỗi in hoặc các vấn đề cài đặt, vì rửa tấm có thể làm hỏng màng OSP. Nếu thực sự cần phải làm sạch đĩa, ngâm hoặc rửa bằng dung môi dễ bay hơi cao không được phép. Nên lau kem hàn bằng vải không dệt có cồn 75%. Sau khi làm sạch PCB nên hoàn thành hàn trong vòng 2 giờ.

d. Sau khi hoàn thành bản vá một mặt SMT, phần tử SMT mặt thứ hai phải được cài đặt trong vòng 24 giờ và hàn chọn lọc hoặc hàn đỉnh của phần tử nhúng (plug) phải được hoàn thành trong vòng 36 giờ.

e. Do tính lưu động của PCB được xử lý bề mặt OSP kém hơn so với dán bảng mạch in được xử lý bề mặt khác, các điểm hàn dễ dàng để lộ đồng. Việc mở lưới thép có thể được tăng lên một cách thích hợp trong thiết kế. Nên mở theo pad 1: 1.05 hoặc 1: 1.1, nhưng chú ý đến việc xử lý hạt chống thiếc của các bộ phận chip.

f. Khi nhiệt độ đỉnh và thời gian hồi lưu của tấm OSP đáp ứng chất lượng hàn, nó được khuyến khích để đi chệch khỏi giới hạn dưới của cửa sổ quá trình càng nhiều càng tốt, nhiệt độ đỉnh và thời gian hàn trở lại nên càng thấp càng tốt; Khi sản xuất bảng điều khiển kép, nó được khuyến khích để giảm nhiệt độ thích hợp ở phía đầu tiên (bên của các thành phần nhỏ) và thiết lập nhiệt độ ở cả hai bên riêng biệt để giảm thiệt hại cho màng OSP do nhiệt độ cao. Nếu có thể, nên sản xuất nitơ, điều này có thể cải thiện hiệu quả quá trình hàn oxy hóa kém trên mặt thứ hai của bảng OSP PCB hai mặt.

5. Kết luận Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc xử lý bề mặt OSP hàn PCB kém, chẳng hạn như thành phần và chất lượng của phần OSP, độ dày và tính đồng nhất của màng OSP, đóng gói và lưu trữ bảng OSP, sử dụng và kiểm soát thời gian của phần SMT và các thông số công nghệ trong quá trình sản xuất (chẳng hạn như mở lưới thép, nhiệt độ lò, v.v.). Trong số đó, chất lượng của giải pháp OSP và độ dày và tính đồng nhất của màng OSP là tiền đề để đảm bảo chất lượng hàn. Các khuyết tật hàn gây ra bởi các vấn đề sản xuất PCB này rất khó hoặc thậm chí không thể giải quyết bằng các phương pháp xử lý trong quá trình sản xuất SMT. Do đó, để cải thiện và đảm bảo chất lượng hàn tốt, nhà máy PCB cần kiểm soát chặt chẽ các thông số quy trình chính của sản xuất PCB, đảm bảo chất lượng của màng OSP và chất lượng sản xuất PCB; PCB sau khi sản xuất phải được đóng gói và lưu trữ theo đúng yêu cầu của bảng OSP; SMT phải được kiểm soát chặt chẽ theo thời gian sử dụng; Kiểm soát và tối ưu hóa các thông số quy trình như độ mở lưới thép, nhiệt độ lò và các thông số khác để phát triển quy trình sản xuất bảng mạch PCB OSP hoàn hảo.