Анализ дефектов пайки

29 мая 2024 года

Введениеzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz

Изготовитель печатных плат ПП) получил возврат нескольких плат от одного из сборщиков модулей. Проблема, обнаруженная сборщиками, связана с несмачиванием, а в некоторых случаях, с несмачиванием площадок поверхностного монтажа. Кроме этого, часть компонентов не имела прочного соединения с площадкой, приводя к серьёзному дефекту. Поскольку это случается часто, то склонны винить чёрные площадки. Вопрос требует серьёзного изучения для решения проблемы.

Описание проблемыzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz

Во-первых, любой мажет столкнуться с проблемой или дефектом, см. рисунок 1 и 2.

Рис. 1 Места неполного смачивания

Рис. 2 Места несмачивания

Любая незначительная проблема, связанная с конструктивом платы, температурой оплавления и печатью пасты, может сказываться на приведённых рисунках. Здесь в качестве финишного покрытия использовалось химическое никелирование — погружное золото (ENIG). Из-за частого появления, первое, о чём думается при любом несмачивании или дефектной сборке, предположение о том, что причиной является чёрная площадка в ENIG. Иногда это — справедливо. Однако, необходим дальнейший анализ для аккуратного умозаключения.

Предполагалось, что будет проведён анализ по микрошлифам для рассмотрения границы паяного соединения с площадкой, в областях частичного или неполного смачивания (рисунок 3).

Рис. 3 После сборки-монтажа

Обращает внимание очень неоднородное химическое никелирование. Кроме этого, просматриваются всплески коррозии при погружении в раствор золочения на никелевом покрытии. Отсюда возникают несколько критических вопросов, необходимых в поиске причин и нахождении ответов:

1. Какова толщина осаждённого золота по никелю?

2. Каково содержание фосфора в осаждённом никеле?

3. Какова продолжительность процесса золочения?

После проведения дополнительного анализа появились ответы на часть вопросов (рисунок 4)

Рис. 4 Нормальная структура никеля на тест-купоне (слеа). Справа — на купоне от изготовителя плат.

Пристальный взгляд на шлифы рисунка 4 свидетельствует о вспышках коррозии никеля после погружения в золочение. Чем объясняется столь резкий контраст? Купоны с одинаковым рисунком. Единственное различие в том, что купоны представленной платы слева обрабатывались на линии ENIG техническим специалистом. В этом случае, специалист строго придерживался времени выдержки, рабочих температур в каждой ванне и контролировал каждый шаг процесса для уверенности, что все основные добавки и концентрации находятся в пределах технологического диапазона.

С полученной информацией найдено, что, из-за просьбы заказчика по более толстому золочению (0.100−0.125 мкм по стандарту IPC 4552), изготовитель плат передержал их в золочении (19 минут вместо рекомендуемых 10 минут). Как видно по результату, он — нежелателен. Продолжительная выдержка, определённо, может привести к сильной коррозии никеля, влияющего на паяемость. Ясно, что покрытие ENIG не рассчитано на осаждение толстых покрытий. Здесь должно быть химическое золочение, а не погружное. Доказано, что паяемости достаточно 0.025−0.050 мкм золота. Пайка проволокой — другая история, требующая более толстого золочения.

Анализ содержания фосфора в никелевом покрытии (до погружного золота) дополнительно углублён в проблему. Содержание фосфора (4−6%) было ниже предусмотренного в процессе металлизации ENIG. При низком содержании фосфора в никеле покрытие больше подвержено коррозии. Эта ситуация ведёт к большему покрытию золотом и способствует гиперкоррозии. Предполагается, что для хорошей паяемости, снижения или устранения сильной коррозии в процессе никелирования должно быть от среднего до высокого (8−10.5%) содержание фосфора.

Заключениеzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz

В данном случае, плохая паяемость никеля вызвана сильной коррозией покрытия. Однако, причина коррозии — двояка. Во-первых, изготовитель плат вышел из технологических рамок для ENIG. Особенно, это спровоцировано выдержкой при погружном золочении. Во-вторых, это — использование при никелировании низкого содержания фосфора. Низкое содержание имеет тенденцию покрытия к большей коррозии, чем при среднем или высоком содержании фосфора в никелировании.

************************

Компания «БалтМедиа Партнёр», работая индивидуально с заказчиком, помогает правильному выбору необходимого оборудования и рекомендует как эффективно выстроить производственный процесс, сопровождая его поставками расходных и базовых материалов.

При заинтересованности в сопутствующей информации производству печатных плат и сборки-монтажа электроники используется следующий контакт:

Санкт-Петербург, Таллинское шоссе, 206

Тел. +7 (921) 994−95−02

Электронная почта: office@bmptek.ru

Управляющий проекта — Алексей Леонов

Подпишитесь на рассылку