CC BY
89Компоненты и технологии, № 1'2005
Органическое защитное покрытие
как альтернатива процесса горячего лужения печатных плат
Органические защитные покрытия обеспечивают наибольшую прочность паяного соединения и являются наиболее экономичными и экологически безопасными финишными покрытиями.
■у
Технологии
Лилия Григорьева, Валентин Терешкин, к. т. н., Жанетта Фантгоф, к. т. н.
info@elmaru.com
Большинство российских изготовителей печатных плат (ПП) в качестве защитного финишного покрытия использует сплав олова и свинца, наносимый методом горячего лужения на ИЛЬ-установках. Это оправдано тем, что такое покрытие — хороший способ защиты медной поверхности ПП, обеспечения ее паяемости и сохранения способности к пайке во времени.
Процесс горячего лужения состоит из предварительной подготовки поверхности, нанесения флюса, самого процесса нанесения припоя «олово-свинец» с выравниванием его горячим воздухом и последующей отмывки плат.
В процессе горячего облуживания важное значение имеет правильный выбор флюса.
Флюс должен выполнять две основные функции:
• обеспечивать получение соединяемых поверхностей меди и олова-свинца без окисных пленок, поддерживая это состояние в течение всего процесса лужения;
• обеспечивать хорошую смачиваемость медной поверхности, чтобы припой мог равномерно растекаться по поверхности меди.
При этом флюс должен хорошо отмываться и не вызывать снижения сопротивления изоляции печатных плат.
Всем этим требованиям отвечает новый отечественный флюс для процесса горячего лужения — ФПГЛ-01.
Флюс ФПГЛ-01 обеспечивает великолепную смачиваемость медной поверхности элементов ПП, в том числе планарных выводов под поверхностный монтаж, находящихся в углублениях защитной маски большой толщины, например, при использовании сухой защитной маски, толщина которой достигает 100 мкм.
Флюс имеет высокую стабильность в работе, позволяет снизить до минимума образование продуктов разложения и накопление меди в ванне с оловянносвинцовым припоем.
После горячего лужения флюс легко смывается водой. Так как ФПГЛ-01 не содержит органических растворителей, он не взрывоопасен и не горюч.
162
Коэффициент растекаемости флюса ФПГЛ-01 не менее 1,45 (рис. 1).
Флюс ФПГЛ-01 используется на многих российских предприятиях, среди них: ОАО «Трансвит», Великий Новгород; ИКЦ «Рой», Санкт-Петербург и др.
С развитием миниатюризации компонентов и печатного рисунка все больше возрастают требования к точности монтажа. Новые технологии, такие как монтаж чипов на планарные выводы и применение шариковых микровыводов, требуют от поверхности платы свойств, которые уже не могут быть достигнуты при лужении ПП, в частности, необходимой становится компланарность поверхности контактных площадок.
Для удовлетворения этой потребности разработан ряд альтернативных финишных покрытий. Среди них — органическое защитное покрытие (ОЗП).
Органическое защитное покрытие — это химическое соединение меди с органической молекулой, способное предохранить поверхность меди от окисления до того, как будет произведена пайка.
Основой органических защитных покрытий являются химические соединения бензотриазолов или имидозолов. При этом оба класса веществ взаимодействуют исключительно с медью и не адсорбируются на защитной паяльной маске или диэлектрике.
Бензотриазолы образуют с медью мономолекуляр-ный слой, не выдерживающий высокотемпературных воздействий, и потому в основном применяются как покрытия, временно защищающие медь от окисления. Они могут использоваться в процессе изготовления печатных плат для защиты меди от окисления, например, после операции химического меднения перед нанесением рисунка. Продукт «Анокс» производства СПбЦ «ЭЛМА» как раз и выполняет функцию временной технологической защиты медной поверхности ПП от окисления.
Имидазолы же образуют с медью более толстые покрытия, обладающие высокой теплостойкостью и выдерживающие 2-3-кратное воздействие температуры 230-260 °С [1, 2].
-------www.finestreet.ru-------------------------
Компоненты и технологии, № 1'2005
Технологии
IV
(MPa)
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1
1 — Имерсионное золото
2 — Имерсионное серебро З-ОЗП
Рис. 2
В процессе пайки со слабоактивным флюсом (пастой) происходит полное разрушение медноорганического соединения, и пайка осуществляется по поверхности чистой меди.
Исследованиями [1] показано, что ОЗП обеспечивает наибольшую прочность паяного соединения и является наиболее экономичным и экологически безопасным финишным покрытием.
Прочность паяных соединений исследовалась для трех различных финишных покрытий — иммерсионного золота, иммерсионного серебра и ОЗП, и оценивалась по прочности на сдвиг при растяжении. После нанесения припойной пасты на медную пластину с финишным покрытием она соединялась с другой медной пластиной путем нагрева при 250 °С, после чего следовали 500 циклов изменения температуры в интервале от -65 до +125 °С.
Результаты хорошо проиллюстрированы графиком, представленным на рис. 2:
Основные технологические параметры процесса нанесения органического защитного покрытия на ПП при использовании отечест-
венного продукта ОЗП производства СПбЦ «ЭЛМА» представлены ниже.
Физические свойства раствора:
1. внешний вид — прозрачный раствор бледно-голубого цвета.
2. рН (при 20 °С) 2,7-3,0;
3. удельный вес (при 20 °С) — 1,0;
4. запах — слабый запах уксусной кислоты;
5. раствор поставляется в готовом к работе состоянии.
Технологический процесс нанесения ОЗП состоит из операций, указанных в таблице.
Толщина покрытия должна быть в пределах 0,2-0,3 мкм и обеспечивается соблюдением параметров процесса: временем осаждения, концентрацией основного вещества в растворе, величиной рН, температурой.
Рекомендуемое оборудование для процесса:
• конвейерные линии горизонтальной обработки с модулем погружного типа для раствора ОЗП;
• линии вертикальной обработки;
• ванны с терморегулятором температуры в пределах 40±3 °С.
Достоинства органического защитного покрытия:
1. Высокая теплостойкость — покрытие устойчиво при температуре 260 °С.
2. Высокая влагостойкость, позволяющая предохранять медь от окисления в течение нескольких месяцев.
3. Совместимость с традиционными флюсами для пайки и паяльными пастами, позволяющая обеспечивать хорошую паяемость в сквозных металлизированных отверстиях, а также хорошую наносимость паяльных паст на контактные площадки для планарного монтажа.
4. Отсутствие каких-либо соединений с диэлектриком, защитной паяльной маской, графитовой пастой.
5. Химически и термически умеренный процесс, не вызывающий повреждений защитной маски, расслоения диэлектрика и др. дефектов, как в процессах горячего лужения и нанесения иммерсионного №-Ли.
6. Высокая прочность паяного соединения, особенно по сравнению с иммерсионным покрытием №-Ли.
7. Экономичность — ОЗП является самым дешевым покрытием по сравнению с другими финишными покрытиями.
Таблица
№ Операция процесса Температура, °С Время, мин
1. Обезжиривание 30-40 2-3
2. Подтравливание 18-25 2-3
Декапирование 18-25 1-2
4. ОЗП 40±3 0,7-1
Отдельно следует отметить, что органическое защитное покрытие может использоваться при смешанной технологии монтажа: пайке паяльными пастами с использованием ИК-нагрева и пайке волной припоя.
К недостаткам ОЗП следует отнести функциональное ограничение: из-за ограниченной механической прочности оно не может использоваться для покрытия переключателей и концевых печатных контактов [3].
С учетом всего перечисленного можно сказать, что финишное покрытие ОЗП является не просто альтернативой припоя, наносимого горячим способом, но и имеет перед ним несомненные преимущества.
Актуальность применения органического защитного покрытия обоснована также требованиями «Директивы Европейского Союза (ЕС) по ограничению использования вредных веществ», которая ограничивает использование свинца в радиоэлектронной аппаратуре. Органическое защитное покрытие в полной мере отвечает данному требованию. Благодаря этому ОЗП получило широкое распространение в Японии, странах Юго-Восточной Азии и США. Для российских предприятий ОЗП является новым покрытием. И поскольку любое финишное покрытие является составной частью конечного продукта — печатной платы, а последнее слово выбора стоит за конструктором, то задача конструктора и технолога — показать неоспоримые достоинства ОЗП и тем самым обеспечить его широкое использование в отечественной промышленности. ИМЯ
Литература
1. Технические материалы фирмы Shikoku. Япония.
2. Технические материалы фирмы Alfachimici. Италия.
3. Дж. Милэд, Дж. О'Брайан. Обзор технологий, альтернативных лужению, и характеристик получаемых покрытий. Сборник трудов конференции IPC. 2002.
www.finestreet.ru
163
-Q-
