Развеяние мифов об OSP
(перевод статьи из журнала «Printed Circuit Design & Fab», июль 2022, автор статьи — Michael Carano)
В новой редакции стандарта охвачено применение и характеристики органического защитного покрытия (ОЗП).
После многих лет начала, остановок и обсуждений Комитет по промышленности окончательно разработал стандарт органического защитного покрытия. Появившийся стандарт IPC-4555, спецификация характеристик для высокотемпературного, органического, паяемого покрытия печатных плат (ПП), шёл долго.
Стандарт важен для электронного производства, полностью погружённого в бессвинцовую пайку. Содержит более строгие требования по надёжности паяных соединений, стойкости к коррозии, а также — дополнительные требования, относящиеся к сложным конструктивам подложек.
Требования к паяемости схем, определяемые, как прочность спая, распределение пасты и заполнение отверстий, и высокие температуры пайки, сильно ограничили использование стандартного ОЗП (на основе бензимидазола). С разработкой третьего и четвёртого поколений ОЗП на основе нового соединения арилфенил имидазола оно вновь стало играть ведущую роль в финальных покрытиях, особенно, в Азии и Европе. Кроме этого, технологическое смещение к ПП с незащищённой медью и избирательным золочением, потребовало ОЗП, которое не осаждается на золото и не приводит к его потускнению.
Генезис стандарта IPC-4555
Разработчики определили:
- Экологичность ОЗП, обеспеченность компланарности поверхности и минимум для обслуживания оборудования. Создали горизонтальный, конвейерный процесс. Однако, и вертикальные, погружные системы, легко встроились в процесс производства ПП.
- Составы ОЗП третьего и четвёртого поколения устойчивы и обеспечивают превосходную защиту от окисления низлежащей меди при многих ИК -оплавлениях в сборках без свинца.
- По различным промышленным исследованиям и интервью с производителями ПП, начиная с 2020 года, более 55% (по площади изготовленных) ПП выпущены по технологии ОЗП. Быстрый уход ОЗП не ожидается. А с увеличением использования компонентов QFN, компоновок ИС, BGA
и т. д. , использование ОЗП продолжит находить дополнительное применение.
Мифы и правда об ОЗП
Миф № 1: ОЗП есть ОЗП. Они все одинаковые.
Это не только миф; это, категорически, — неправда. Бессвинцовая сборка отделена малоактивным процессом ОЗП от составов и разработок для оптимальных характеристик. Следует просто взглянуть на более поздние составы и молекулярные структуры в технологии ОЗП. Частично путаница возникает от названия органического соединения, основного ингредиента ОЗП — азола. Эти пять букв пристраиваются к различным составам и часто становятся идеальными для защиты при пайке для непосвящённых. Например, обычный процесс ОЗП на основе длинномерной структуры алкилимидазола и заменённый на соединения бензимидазола работает адекватно по защите оголённой меди. Они хорошо работали для свинцовых сборок при низких температурах. Однако, высокотемпературные, бессвинцовые сборки (включая продолжительное хранение), наряду с множеством бессвинцовых паст, демонстрировали многое от малоактивных азольных процессов. Оценка нового класса азольных молекул на основе продуктов комплексной реакции, известной как
Миф № 2: Любой всегда может улучшить паяемость ОЗП увеличивая толщину ОЗП на меди.
Снова, это — неправда. Критическая природа ОЗП заключается в создании максимально однородного покрытия на поверхности меди. Кроме этого, очень толстые плёнки ОЗП затрудняют очистку флюсами и паяльными пастами растворение покрытия во время сборки. Когда это происходит, распределение паяльной пасты при смачивании площадки поверхностного монтажа (SMT) осуществляется не полностью.
Следует обратиться к стандарту IPC-4555. Диапазон толщин не установлен, как в некоторых стандартах по финишным покрытиям металлом. Вместо этого, идёт возвращение к индивидуальному опыту поставщиков ОЗП для обеспечения оптимального диапазона толщин при пайке. Это, скорее, однородность ОЗП по базовой меди и способность плёночного ОЗП уменьшить проникновение кислорода к меди.
Миф № 3: Покрытие ОЗП не обладает достаточной смазываемостью для запрессовки.
Это тоже — миф. Технология ОЗП широко используется при запрессовке. В вышедшем стандарте запрессовка трактуется как:
Дополнительная информация
Основной вызов для ОЗП — обеспечение финишного покрытия ПП, поддерживающее паяемость и обеспечивающее высоконадёжный спай с бессвинцовыми припоями. На надёжности сказываются многочисленные, разнообразные бессвинцовые составы и взаимодействие с флюсами. Покрытие поверхности должно способствовать оптимальному смачиванию и формированию интерметаллического соединения при многочисленных изменениях температуры, быть стойким при высоких температурах бессвинцовых припоев. Как финишное покрытие будет реагировать на более высокую температуру и временные стрессы? Как скажутся на распределении паяльной пасты и заполнении отверстия тепловые воздействия? Это критично для финишного покрытия и его способности сохранять паяемость. Однозначно, что конечный пользователь часто задаёт финишное покрытие, исходя из собственных предпочтений, опыта, стоимости, надёжности, соответствия определённому конструктиву ПП,
По приведённым параметрам в стандарте, последнее поколение ОЗП стало отличным покрытием для сложных конструктивов, включая подложки СБИС (BGA) и совместимость со многими бессвинцовыми материалами и флюсами.
Основная функция ОЗП — создание финишного покрытия, обеспечивающего прочность категории Б по стандарту J-STD-003C (контроль паяемости ПП). Прочность покрытия этой категории способно выдержать многочисленную перепайку и/или другие процессы со свинцовыми и бессвинцовыми профилями сборки. Такое покрытие соотвествует всем применениям в поверхностном монтаже, гибридной сборке и монтажу в отверстия. Требование паяемости для всех SMT структур, покрытых ОЗП, — смачивать не менее 95% поверхности каждой. Отмечено, что при использовании статического контроля на расплавленном зеркале припоя, на результат пайки будет влиять: толщина платы, соотношение толщины к отверстию, количество внутренних слоёв питания
Хранение, обработка и срок службы ОЗП
Никакое обсуждение или стандарт не будут законченными без полного понимания хранения, обработки и срока службы ПП с ОЗП.
Считается, что срок службы ПП с ОЗП не может превышать имеющийся у ПП с металлопокрытием. В стандарте IPC-4555 указан срок службы «минимум шесть месяцев». При соответствующем хранении и обработке срок службы ОЗП доходит до 12 месяцев.
Для продукции с ОЗП, имеющей срок хранения более шести месяцев, рекомендуется проводить предварительный контроль паяемости погружением/на поверхности расплавленного припоя или печатью паяльной пасты и оплавлением в производственной линии сборки.
Хранение и обработка ПП с ОЗП
Перед упаковкой ПП с ОЗП они должны быть осушены, особенно при наличии малых отверстий. Осушенные платы упаковываются, используя непроницаемые перчатки, с удерживанием за кромки ПП. Это необходимо для предохранения от жиров и ионных загрязнений. Внешние упаковочные листы должны быть из материала не содержащего серы. Для герметизации упаковки следует использовать термоусадочную пленку. Герметизированную упаковку можно помещать в коробки для отправки с добавлением осушителя. Получатель должен хранить платы в герметичной упаковке до реальной сборки.
*************************
По возможному сотрудничеству в технологиях
Электронная почта: office@bmptek.ru
Тел. +7 (921) 895−1422, (921) 994−9502
Управляющий проекта — Алексей Леонов
