Образование интерметаллических соединений

Образование интерметаллических соединений CuXSnY может явиться причиной не только образования усов олова, но и ухудшения паяемости. В паяных соединениях интерметаллический слой играет роль механической связки. Но, так как толщина оловянного покрытия весьма невелика (до 1, 5 мкм), в процесс формирования интерметаллидов CuXSnY этот тонкий слой олова быстро поглощается, интерметаллиды подвергаются окислению, и покрытие утрачивает способность к пайке. Из-за данного эффекта такое покрытие может потерять паяемость за две недели [17]. Для борьбы с такими последствиями наносят различные барьерные подслои, например, металлоорганические, исчезающие при пайке, проводят осаждение крупнокристаллического олова и др. [17]

Еще одним достоинством покрытия на основе ImSn является то, что оно хорошо подходит для выполнения соединений разъемов с платой методом запрессовки по технологии Press-Fit.

Достоинства:

· Плоская поверхность, покрытие подходит для установки компонентов с малым шагом выводов;

· Не содержит никель

· Относительно дешевое покрытие

· Не влияет на размер металлизированных отверстий

· Можно использовать те же паяльные пасты, что и для плат с покрытием HASL

Недостатки:

· Не выдерживает многократный монтаж/демонтаж элементов

· Платы требуют осторожного обращения

Покрытия на основе иммерсионного серебра и олова уже получили широкое распространение в крупносерийном производстве, и продолжается процесс их дальнейшего исследования и усовершенствования.

Благодаря высокому контактному сопротивлению олово, тем не менее, не так хорошо подходит для операции электрического тестирования с помощью контактных пробников. Хотя пока не существует наилучшего покрытия для всех областей применения, исследователи обращают основное внимание на ImAg для использования при бессвинцовой пайке, как наиболее универсального из существующих альтернатив HASL [6].

OSP

В качестве альтернативного покрытия по отношению к металлическим применяются органические защитные покрытия (OSP – organic solderability preservative). Они состоят из органического слоя (на основе бензотриазола или имидазола), лежащего непосредственно на готовой к пайке медной поверхности и защищающего ее от окисления [5]. Процесс нанесения такого покрытия прост и легко химически контролируем, включает в себя две последовательно выполняемых операции очистки (отмывку и микротравление), а также операцию предварительного и основного нанесения покрытия с добавлением специальной добавки для предотвращения потускнения; достаточно гибок и может выполняться в горизонтальном и вертикальном варианте; при этом не повреждаются золотые немаскированные области, если они присутствуют на печатной плате. Перед нанесением OSP-покрытия отверждение паяльной маски должно быть полностью завершено. Покрытие довольно дешево, требует значительно меньших начальных инвестиций для своей реализации, чем HASL, и является более безопасным для окружающей среды. Толщина покрытия обычно составляет 0, 2 – 0, 6 мкм.

Измерение толщины органического покрытия производится посредством растворения покрытия на образце и последующего анализа раствора с помощью УФ-спектрометра. Вследствие этого, практически невозможно точно определить толщину покрытия на плате. Более того, так как покрытие является прозрачным, существуют трудности в обнаружении дефектов его нанесения, таких, как пропуски покрытия или небольшие частицы, оставшиеся на контактной площадке от предыдущих процессов. При наличии подобных дефектов, большинство из них проявляются в процессе пайки (непропаянные соединения, плохое смачивание припоем КП и пр.). Ранние покрытия OSP демонстрировали короткое время жизни и могли выдержать только 1-2 цикла пайки оплавлением, после чего начиналась деградация их свойств, однако процесс их совершенствования продолжался, и современные покрытия могут применяться для бессвинцовой пайки (выдерживают до 3-4 воздействий высоких температур при бессвинцовом оплавлении), обеспечивают паяемость более года, а также способны сохранять свои защитные свойства даже после многократных циклов пайки оплавлением с применением эвтектических припоев.

Так как OSP-покрытие по своей природе является неметаллическим и, следственно, непроводящим, для проведения внутрисхемного электрического тестирования крайне важно, чтобы тестовые пробники после пайки имели надежный контакт с тестовыми площадками, покрытыми OSP, в особенности для сборок, подвергающихся многократному оплавлению. В некоторых случаях может понадобиться применение более дорогостоящих многоточечных тестовых пробников, а также более частая очистка их контактов.

Не следует допускать непосредственного контакта поверхностей плат при их транспортировке, так как они могут подвергаться абразивному износу при трении друг о друга. Следует проложить между ними бумагу либо осуществлять транспортировку в специальной таре, исключающей соприкосновение плат.

Плоскостность поверхности, обеспечиваемая данным покрытием, крайне высока. Оно также прекрасно подходит для КП, расположенных с малым шагом.

Покрытие OSP совместимо с водосмываемыми (органическими) и RMA-флюсами, но может быть несовместимо с менее активными флюсами, такими, как канифольные флюсы, не требующие отмывки [5].

Платы, изготовленные с применением покрытия OSP, могут не подходить для применения в высокочастотных изделиях. Большинство плат для ВЧ-применений требуют припаивания металлического экрана, который механически контактирует с заземляющей шиной и обеспечивает тем самым необходимое экранирование. В случае органического покрытия достаточное экранирование может быть не обеспечено, так как не будет непосредственного контакта металлического экрана с металлом проводника, покрытым OSP [20].

Достоинства:

· Плоская поверхность контактных площадок

· Совместимость с бессвинцовыми техпроцессами

· Хорошая прочность паяных соединений (по некоторым данным лучше, чем для плат с покрытием HASL и иммерсионным золотом)

· Быстрый и относительно дешевый процесс

· Отсутствие влияния на размер отверстий

· Широкое окно процесса, хорошая контролируемость параметров

Недостатки:

· Деградация при высокой температуре, ограниченное количество циклов пайки

· Чувствительность к неправильному обращению, в частности, деградация покрытия под действием отпечатков пальцев

· Чувствительность к выбору флюсов

· Чувствительность к растворителям, которые применяются для удаления неправильно нанесенной паяльной пасты (спиртовые растворы удаляют до 75% покрытия, растворы на водной основе – около 15%) [20]

· При проведении электрического теста платы, тестовые пробники прокалывают покрытие, что может привести к появлению участков открытой меди

Ниже в таблице 1 приведены различные параметры рассмотренных покрытий, касающиеся конструкции ПП и техпроцесса ее изготовления, сборки электронного изделия на такой палате и возникающих при этом проблем. Таблица составлена по данным [24, 25].

Заключение

В данной статье рассмотрены покрытия, наиболее распространенные и хорошо зарекомендовавшие себя в настоящее время на операциях сборки электронных изделий. Процесс дальнейшего усовершенствования этих покрытий продолжается, также активно развиваются и пока менее распространенные их аналоги – различные покрытия на основе палладия, а также гальванически осаждаемые NiSn и SnAg и пр. За рамками рассмотрения данной статьи остались такие важные вопросы, как подробное рассмотрение ряда бессвинцовых покрытий, а также методы тестирования паяемости, измерения поверхностного сопротивления покрытия и прочности сдвига паяных соединений в соответствии с современными международными стандартами. Эти вопросы будут освещены в последующих статьях по данной тематике на нашем портале.