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在電路測試階段使用無鉛PCB表面處理工藝的研究

作者: 時間:2012-05-07 來源:網絡 收藏

引言的出現對在(ICT)提出了新的問題,本文描述了現有的工藝,并分析了這些工藝對ICT的影響,指出影響ICT的關鍵是探針與測試點間的接觸可靠性,并介紹了為滿足ICT的要求在構建過程中需要做出的特定改變。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/193926.htm

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圖1:用戶采用了一套推薦的OSP規(guī)則集,但是依然發(fā)現對一次通過的良率有12%的影響。

一直以來,測試工程師主要關注的是確保他有一個有效的測試程序,該程序能在生產中很好地執(zhí)行。“在(ICT)”依然是一種檢測制造缺陷的非常有效的 方法。更先進的ICT系統(tǒng)還能在測試時,通過提供對Flash存儲器、PLD、FPGA和EEPROM編程的方法,在測試功能配置中增加實際價值。安捷倫 3070系統(tǒng)在ICT方面是市場的領導者。

現在ICT依然在印刷電路板組裝(PCA)的制造和測試過程中發(fā)揮重要的作用,但是人們對PCB的追求將對ICT階段有怎樣的影響呢?

焊接技術的推動導致了對PCB技術的大量研究。這些研究主要基于在PCB構建過程中的技術性能。不同的PCB技術對測試階段的影響大 部分被忽略掉,或者僅僅關注于接觸阻力。本報告將介紹在ICT中觀察到的影響的細節(jié),以及對這些變化做出響應和理解的需要。

本文的目的是分享PCB表面處理經驗,以及針對為實現ICT PCB生產工藝要求的改變對工程師進行培訓。本文將講述在無鉛PCB表面處理問題,特別是在的制造過程中的ICT階段,并揭示對無鉛表面處理的成功測試也依賴于PCB構建工藝的有益貢獻。

成功的ICT測試總是與針床夾具的測試探針和PCB上測試焊盤的接觸點的物理特性上。當很尖的探針接觸到一個已焊接的測試點時,焊料將凹陷,因為探針的接觸 壓力遠遠高于焊料的屈服強度。隨著焊料的凹陷,探針穿過測試焊盤表面的任何雜質。下面未受污染的焊料現在接觸到探針,以實現對測試點的良好接觸。探針插入 的深度是目標材料的屈服強度成直接的函數關系。探針穿透的越深,接觸越好。

8盎司(oz)的探針可以施加26,000至160,000psi(磅/平方英寸)的接觸壓強,具體壓力大小取決于表面直徑。因為焊料的屈服強度大約為5,000psi,對于這種相對較軟的焊料,探針的接觸更好。

PCB表面處理工藝選擇

在我們了解前因后果之前,描述已有的PCB表面處理工藝的類型以及這些類型能提供什么非常重要。所有的印刷電路板(PCB)在板上都有銅層,如果銅層未受保護將氧化和損壞。有多種不同的保護層可以使用,最普遍的是熱風焊料平整(HASL)、有機焊料防護(OSP)、無電鍍鎳金沉浸(ENIG)、銀沉浸以及錫沉浸。

熱風焊料平整(HASL)

HASL是工業(yè)中用到的主要的有鉛表面處理工藝。工藝由將電路板沉浸到鉛錫合金中形成,過多的焊料被“風刀”去除,所謂的風刀就是在板子表面吹的熱風。對于PCA 工藝,HASL具有很多的優(yōu)勢:它是最便宜的PCB,而且通過多次回流焊、清洗和存儲后表面層還可以焊接。對于ICT而言,HASL也提供了焊料自動覆蓋 測試焊盤和過孔的工藝。然而,與現有的替代方法相比,HASL表面的平整性或者同面性很差?,F在出現了一些無鉛的HASL替代工藝,由于具有HASL的自 然而然的替代的特性而越來越普及。多年來HASL應用的效果不錯,但是隨著“環(huán)保”綠色工藝要求的出現,這種工藝存在的日子屈指可數。除了無鉛的問題,越 來越高的板子復雜性和更精細的間距已經使HASL工藝暴露出很多的局限性。

優(yōu)勢:最低成本PCB表面工藝,在整個制造過程中保持可焊接性,對ICT無負面的影響。

劣勢:通常使用含鉛工藝,含鉛工藝現在受到限制,最終將在2007年前消除。對于精細引腳間距(0.64mm)的情況,可能導致焊料的橋接和厚度問題。表面不平整會導致在組裝工藝中的同面性問題。

有機焊料防護劑

有機焊料防護劑(OSP)用來在PCB的銅表面上產生薄的、均勻一致的保護層。這種覆層在存儲和組裝操作中保護電路不被氧化。這種工藝已經存在很久了,但是直到最近隨著尋求無鉛技術和精細間距解決方案才獲得普及。

就同面性和可焊接性而言,OSP相對于HASL在PCA組裝上具有更好的性能,但是要求對焊劑的類型和熱循環(huán)的次數進行重大的工藝改變。因為其酸性特征會降低OSP性能,使銅容易氧化,因此需要仔細處理。裝配者更喜歡處理更具柔韌性和能承受更多熱循環(huán)周期的金屬表面。

采用OSP表面處理,如果測試點沒有被焊接處理,將導致在ICT出現針床夾具的接觸問題。僅僅改以采用更鋒利的探針類型來穿過OSP層將只會導致損壞并戳穿 PCA測試過孔或者測試焊盤。研究表明改用更高的探測作用力或者改變探針類型對良率影響很小。未處理的銅具有比有鉛焊接高一個數量級的屈服強度,唯一的結 果是將損壞裸露的銅測試焊盤。所有的可測試性指導方針都強烈建議不直接對裸露的銅進行探測。當使用OSP時,需要對ICT階段定義一套OSP規(guī)則。最重要 的規(guī)則要求在PCB工藝的開始打開版膜(Stencil),以允許焊膏能加到ICT需要接觸的那些測試焊盤和過孔上。

優(yōu)點:在單位成本上與HASL具有可比性、好的共面性、無鉛工藝、改善的可焊性。

缺點:組裝工藝需要進行大的改變,如果探測未加工的銅表面會不利于ICT,過尖的ICT探針可能損壞PCB,需要手動的防范處理,限制ICT測試和減少了測試的可重復性。

無電鍍鎳金沉浸

無電鍍鎳金沉浸(ENIG)這種敷層在很多的電路板上得到成功應用,盡管它具有較高的單位成本,但它具有平整的表面和出色的可焊接性。主要的缺點是無電鍍鎳層很脆弱,已經發(fā)現在機械壓力下破裂的情況。這在工業(yè)上稱為“黑塊”或者“泥裂”,這導致了ENIG的一些負面報道。

優(yōu)點:良好的可焊接性,平整的表面、長的儲存壽命、可以承受多次的回流焊。

缺點:高成本(大約為HASL的5倍)、“黑塊”問題、制造工藝使用了氰化物和其他一些有害的化學物質。


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