Шкундина - Иммерсионное осаждение олова, страница 3

Это покрытие используетсяза рубежом и в России уже около восьми лет.В настоящее время ImmSn с подслоем органического металла внедрено на 14 российскихпредприятиях и успешно используется. На всерастворы, составляющие процесс осажденияиммерсионного олова с подслоем органического металла, написаны российские ТУ, а сампроцесс введен в действующий стандарт отрасли ОСТ  107.460092.028-96 «Печатныеплаты. Технические требования к технологииизготовления» [13].Были проведены сопоставительные испытания, подтвердившие возможность использования иммерсионного олова с подслоем органического металла наряду с другими известнымифинишными покрытиями.

Образцы для испытаний были профессионально изготовлены по стандартным процессам и требованиямк каждому типу финишного покрытия [14–16].Для сопоставительных испытаний быливыбраны:• Горячее лужение (HASL) припоем 63%Sn,37%Pb, 10–15 мкм.• Иммерсионное олово с барьерным подслоемиз органического металла (OM-ImmSn) —подслой из органического металла толщиной 0,08 мкм, иммерсионное покрытие оловом — 0,5–0,8 мкм.• Иммерсионное золото Ni/Au (ENIG),Ni — 3–5 мкм, Au — 0,1 мкм.• Традиционное иммерсионное олово(ImmSn), Sn — 0,8–1,0 мкм.• Иммерсионное серебрение (ImmAg),Ag — 0,2–0,4 мкм.Технологии в электронной промышленности, № 3’2010Рис.

10. Схема менискографаавбгдеРис. 9. Испытания на баланс смачиваемости (на менискографе):а — касание образца поверхности расплавленного припоя; б — вход образца в припой;в — смачивание образца припоем; г — выход из расплава образца, смоченного припоем;д — увлечение припоя образцом; е — образец полностью вышел из припояРис. 11. Количественные оценки качествапаяемости, получаемые менискографомРис.

12. Оценка качества смачиваемости на менискографе• Органическое защитное покрытие (OSP —organic solderability preservatives) на основесложных органических кислот. Толщинапокрытия — 0,2–0,5 мкм.Испытания проводились в  Trace Labs(США), Ormecon Chemie (Германия) и Teleand Radio Research Institute (Польша) [14–16].Все финишные покрытия были подвергнутывоздействию следующих одинаковых условий:• Ускоренное (искусственное) старение в трехсредах:– атмосфера сухая при 155 °С/4 ч;– атмосфера пара/8 ч;– атмосфера влажная 85 °С/относительнаявлажность воздуха 85%/24 ч.• Определение паяемости:– пайка волной припоя;– баланс смачиваемости (рис. 9).Для тестирования применялась ванна с эвтектическим сплавом 63% олова и 37% свинцапри температуре 250 °C и слабоактивированным флюсом с низким содержанием сухогоостатка.

Были выбраны следующие флюсы:для покрытий ENIG — TZ-3/ITR (на основесложных органических эфиров дикарбоксилида, активированный дикарбоксилидом и органической солью), а для покрытий Sn-Pb HASL,ImmSn и OSP — TN//4A/ITR (на основе сложных органических эфиров дикарбоксилида,активированный смесью дикарбоксилидов).Для тестирования паяемости использовался соединенный с компьютером менискографтипа MK6A (рис. 10), который в ходе испытаний строил диаграмму, подобную показаннойна рис. 11, 12.Наличие интерметаллидов и окислов на финишном покрытии олова определялось с помощью электрохимического анализатора.Результаты испытаний показаны в таблицах1–3.Время смачивания tZ (c) — время от момента первого контакта образца с припоем до момента, когда угол контакта эквивалентен 90°.Максимальная сила смачивания Pmax (поверхностное натяжение) (мН/м) — измеряемаясила смачивания Fmax (мН) образца припоем,отнесенная к металлической поверхности образца.

Результаты тестирования паяемостипредставлены в таблице 3.Результаты тестирования паяемости показали, что:• Все покрытия обеспечили высокий уровеньпаяемости, поскольку Pmax >120 мН/м, tZ < 2 cи поверхности покрыты широким, гладким, непрерывным и ярким слоем припоякак в исходном состоянии, так и после ускоренного «старения».• Исключение составляет покрытие OSP.Оно неустойчиво при длительном высокотемпературном воздействии (155 °C, 4 часа).Таблица 1. Результаты испытаний пайкой волной припоя — степень заполнения отверстий припоем,%ВоздействиеHASLENIGImmSnOM-ImmSnImmAgOSPИсходное состояние1001008710095100Таблица 2.

Требования к нормальной паяемостипечатных плат по ANSI/J-J-STD-003Водяной пар, 8 ч984391988979КритерийСухое тепло, 155 °С/4 ч95100781009511Время смачивания, с2Влага, 85 °С/85%1009654958888Максимальная сила смачивания, мН/м120Средние значения988578989270Угол смачиваемостименее 90°26www.teche.ruТребованиеПечатные платыТаблица 3. Результаты тестирования смачиваемости покрытий менискографом(баланс смачиваемости)ТиппокрытияCuSn-Pb HASLENIGOM-ImmSnImmSnОбразецпосле обработкиtZPmaxУголсмачиваемостиСразу после очистки0,6918460В исходном состоянии0,45244871 проход через ИК-систему0,522884 ч при 155 °С0,6116583Водяной пар0,7912184Влага0,6015288В исходном состоянии0,84184571 проход через ИК-систему0,861554 ч при 155 °С1,8612656Водяной пар0,94148101Влага1,0416865В исходном состоянии0,51251781 проход через ИК-систему0,542184 ч при 155 °С0,6913177Водяной пар0,9413471Влага0,7714874В исходном состоянии0,51251831 проход через ИК-систему0,542184 ч при 155 °С0,69131103Водяной пар0,9413484Влага0,7714889В исходном состоянии691 проход через ИК-системуImmAg4 ч при 155 °СНе смачиваетсяВодяной пар61ВлагаOSP72В исходном состоянии0,552661 проход через ИК-систему0,842464 ч при 155 °С–43860Не смачиваетсяВодяной пар0,8119547Влага0,5526550После этого воздействия платы, защищенные OSP, полностью потеряли паяемость (Pmax = –438 мН/м).• В исходном состоянии покрытия HASL (Sn-Pb), ImmSn и OSP продемонстрировали высокий уровень паяемости — выше, чем у покрытия Ni/Au и чистой поверхности меди.• Естественное и ускоренное старение снижает паяемость всех тестированных покрытий, однако в разной степени: для покрытий HASL,OM-ImmSn и OSP существует эффект снижения паяемости в зависимости от условий испытаний.• Решающим оказалось сухое старение для OSP и серебрения (почтиполное отсутствие поверхностного натяжения и угол смачиваемости>120°).• Покрытия HASL и OM-ImmSn показали достаточно низкий уголсмачиваемости для всех испытаний на старение.• Покрытие ENIG показало, что угол смачиваемости повышаетсядо 101° после старения в атмосфере пара.Полученные данные тестирования приводят к следующей иерархии — предпочтительной расстановке покрытий по их способностик пайке:1.Горячее лужение (HASL-процесс).2.Иммерсионное олово с барьерным подслоем из органического металла (OM-ImmSn).3.Иммерсионное золото с подслоем химического никеля (ENIG).4.Простое иммерсионное олово (ImmSn).5.Иммерсионное серебрение (ImmAg).6.Органическое защитное покрытие (OSP).При рассмотрении результатов испытаний OM-ImmSn становитсяочевидно, что новая разработка технологии нанесения иммерсионногоолова имеет значительные преимущества:• Качество пайки по этому покрытию аналогично HASL.• Оно дешевле, чем ENIG.www.teche.ru27• Плотная структура, наличие антидиффузионного барьера повышаеткачество покрытия по сравнению с традиционным иммерсионнымоловом.Наряду с испытаниями на паяемость было определено влияние технологий покрытий на сопротивление изоляции.

Для этого были проведены испытания по ANSI/J-J-STD-004, которые показали, что после96‑ и 168‑часовой выдержки образцов «гребенок» в камере влажностиповерхностное сопротивление изоляции для всех покрытий превышало1010 Ом, что на два порядка выше установленных норм.Прочность паяных соединений на различных финишных покрытиях отличается несущественно.

Испытания на сдвиг чип-резистора1206 после пайки и выдержки при температуре 145 °C в течение 200 ч показали разрушающие усилия в пределах 80–95 Н. Наибольшее разрушающее усилие сдвига было получено для ENIG, однако оно незначительнобольше, чем значения, полученные для покрытий HASL и OM-ImmSn.ЗаключениеВсе исследованные покрытия печатных плат продемонстрировалиприемлемый уровень паяемости, требуемый в электронной промышленности, за исключением покрытия OSP, неустойчивого к высокотемпературному воздействию.В исходном состоянии покрытия Sn-Pb HASL, ImmSn и OSP EnthoneEntek Plus имеют сравнимую паяемость, а ENIG характеризуется чутьменьшей паяемостью.Ускоренное старение снижает паяемость всех покрытий, но не нижетребуемого уровня.Все исследованные технологии покрытия не снижают поверхностного сопротивления печатных плат.Прочность на срез паяных соединений более-менее одинакова длявсех покрытий.Финишное покрытие иммерсионное олово с барьерным подслоем изорганического металла показало наилучшие результаты испытаний на паяемость.

Это позволяет рекомендовать его в качестве приоритетного финишного покрытия для современных конструкций электроники.Литература1.Олово — http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%BE2. Медведев А., Семенов П., Набатов Ю., Шкундина С. Иммерсионное золочение под пайку // Технологии в электронной промышленности. 2010. № 2.3.Смертина Т. Иммерсионное олово как финишное покрытие.Надежность — прежде всего! // Технологии в электронной промышленности.

2007. № 4.4.Plague T., Kostic A. D. Ph. D. Senior Consultant, Willcor — klabs.org5.Romm D. W., Abbott D. C., Grenney S., Khan M. Whisker Evaluationof Tin-Plated Logic Component Leads / Texas Instruments. ApplicationReport SZZA037A. February 2003 — focus.ti.com6.Smetana J. iNEMI Updates Tin Whisker Recommendations —www.globalsmt.net7.Медведев А. Монтажные флюсы.

Смывать или не смывать? //Компоненты и технологии. 2001. № 4.8.Рекомендации по технологии отмывки ПУ. ЗАО «Спринг Электроникс» — www.spring-e.ru9.Интерметаллиды — www.xumuk.ru10.Основные проблемы чистого олова — www.elinform.ru11.Химическая энциклопедия. Том 3. Металлы органические. М.: Большая российская энциклопедия, 2003.12.Шкундина С., Семенов П., Ващук Г. Отраслевым стандартом открытадорога к использованию новых химических процессов и высококачественных материалов // Производство электроники.

2010. № 1.13.ОСТ 107.460092.028-96 «Печатные платы. Технические требованияк технологии изготовления» (ОАО «Авангард»).14.Ефимов А., Моравска С. Финишные покрытия контактных площадокпечатных плат // Компоненты и технологии. 2003. № 1.15.Boyd B. Advanced coating technologies for lead-free solders. SpecialtyCoating Systems. Indianapolis, IN, USA — www.globalsmt.net16.J-KEM International. Финишные покрытия — www.jkem.se.