Electrónica. PCB. Los ensayos piloto del depósito de plata de inmersión utilizando un líquido iónico cloruro de colina - base

Martes, 22 de junio 2010 | Andrew P. Abbott, Robert C. Harris, Karl S. Ryder y Emma Smith L., Universidad de Leicester , Griffin y Jason O'Connor Cecil , Circuitos PW Ltd.

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Resumen

Aquí informamos sobre la optimización de los protocolos de la capa de inmersión de plata en cobre vía asambleas PCB usando una nueva clase de líquidos iónicos . El protocolo final de la comercialización de recubrimientos de plata por inmersión que son brillantes e incluso y dar soldabilidad que es tan bueno como el humor acuoso comerciales vigentes , el ácido nítrico proceso basado , sin electricidad . De importancia crítica para el proceso líquido iónico es que no hay una interfaz de máscara de soldadura grabado se observa . Esta es una ventaja muy importante sobre el proceso acuosa especialmente en lo que los tamaños de las características de componentes de la placa y los diseños se hacen más pequeñas . Los índices de depósito pueden ser manipulados y controlados por la temperatura o la concentración de plata de los tanques de galvanoplastia . Además las cuestiones que hemos abordado en relación con la toxicidad de glicol de etileno y han llevado a cabo ensayos con glicol de propileno como una alternativa. Los resultados sugieren que la PG puede ser un sustituto en la formulación del líquido de la plata de inmersión placas sin pérdida de funcionalidad o aplicación en la EG ya no puede ser utilizado. Un beneficio adicional del proceso de líquido iónico es que no parece ser la luz sensibles, en contraste con el proceso de plata esterlina.

1. Introducción

La inmersión comerciales y el depósito electrolítico de plata ha sido explotado con éxito por muchos años la utilización de la superficie de la reducción autocatalítica de nitrato de plata en ácido nítrico acuoso. capas de plata de inmersión son comúnmente utilizados por los fabricantes de PCB para prevenir la oxidación de las pistas de cobre expuesto durante el almacenamiento . Por lo general hasta seis meses pueden transcurrir entre la fabricación de tableros y el montaje final del producto terminado y así el recubrimiento de plata ha de preservar la superficie de cobre y mantener una buena soldabilidad . Aunque la plata es más susceptible a la oxidación aeróbica que el cobre , tanto el óxido de plata y el metal de plata son solubles soldaduras en el fundido utilizado para fijar los componentes. En consecuencia, la capas de plata de protección suelen ser muy delgados ( menos de 1 mm) con el fin de minimizar el impacto de los cambios en las propiedades mecánicas de la soldadura debido a la aleación , así como a reducir el coste total contribución. Mientras que la corriente de soluciones comerciales electrolítico de plata son ubicuos y éxito aún quedan algunos retos importante proceso . Por ejemplo, el uso de los resultados de grabado ácido nítrico en la competencia de las pistas de cobre es decir, la máscara de soldadura de ataque de la interfaz, que puede resultar en fallas de circuito abierto a menos que el proceso / tiempo de inmersión estricta y eficazmente gestionados . Este problema es especialmente relevante en las características y tamaños de la pista se hacen más pequeñas de tableros de alta densidad de múltiples capas . Otro inconveniente del proceso electrolítico acuosa es la exigencia de un catalizador de Pd coloidal para mantener el depósito de plata para el espesor requerido [1,2 ] .

Como parte de un marco de grandes proyectos de la UE VI integrado ( IONMET ) [3 ] hemos desarrollado un enfoque alternativo. Este nuevo método ha demostrado su eficacia en el logro de depósito de plata sostenida la utilización de una clase relativamente nueva de líquidos iónicos ( IL) , también conocido como disolventes profunda eutéctica (DES ) , a base de mezclas eutécticas de cloruro de colina ( CHCl ) con una especie donante de enlaces de hidrógeno [ 4-6] . Estos líquidos se han utilizado para la deposición electrolítica de galvanización y de una gama de metales , aleaciones y recubrimientos con materiales compuestos como Zn , Cr , Sn , Cu y Ag en la eficiencia de corriente de alta [ 7]. Los líquidos se han aplicado a gran escala (1.000 L) para el pulido electrolítico de aceros inoxidables [ 8, 9 ] y la transformación de metales utilizando líquidos iónicos es objeto de una serie de estudios recientes [ 10, 11 ] y un libro [12 ] .

Recientemente hemos demostrado que la deposición sostenido de recubrimientos metálicos de inmersión de plata se puede obtener de un IL sobre la base de CHCl y etilenglicol (EG ) ( Ethaline ) sin la necesidad de un catalizador de metal precioso o de preparación de superficies complejas. Una variedad de técnicas de análisis se utilizaron para investigar el mecanismo de deposición y la morfología de los yacimientos de plata . Hemos demostrado que la deposición se facilita sostenida y mantenida por la estructura nanoporoso del depósito [13, 14]. Es, sin embargo , es importante señalar que el proceso descrito aquí es un proceso de desplazamiento de inmersión. En consecuencia el cobre es grabada en la plata se deposita ( en una relación molar 1:1). La diferencia fundamental entre este proceso de desplazamiento y la competitividad de grabado con ácido nítrico es que el cobre es sólo desplazadas de las regiones donde la plata es plateado, mientras que el ácido de grabado es indiscriminado y no selectivo . El proceso de líquido iónico no utiliza ácidos fuertes y así para esta combinación de razones fallos de circuito abierto debe evitarse incluso en tablas complejas con características muy pequeñas o las cadenas. Seguimos tanto para investigar las ciencias que la superficie fundamental detrás de esta y otra superficie de acabado del proceso y al mismo tiempo, explorar y ampliar la comercialización de las aplicaciones.

Mientras que en estudios anteriores hemos descrito la mechanistics detallada y la termodinámica del depósito de plata [13, 14], en este manuscrito se discuten algunos datos relativos a las tasas de depósito , y la morfología de la superficie y se muestra el diseño y la implementación de la tecnología a escala de planta piloto el proceso de líquido iónico a un proceso de modelo de fabricación de tableros de tamaño completo.



2. Experimental

El cloruro de colina ( CHCl ) ( Aldrich 99%) de cloruro de plata ( Aldrich 99%) y glicol de etileno (EG ) ( Aldrich 99 + %) se usaron como se ha recibido . La mezcla se formó agitando los dos componentes por ejemplo1ChCl : 2 EG , a 75 ° C hasta un líquido incoloro homogénea se formó . Ethaline y Propaline También se obtuvieron directamente de Scionix Ltd. (www.scionix.co.uk) . Soldabilidad de pruebas y pruebas de envejecimiento acelerado se realizaron en pequeñas fichas de varios niveles de PCB y totalmente fabricado piezas PCB prueba con equipos estándar de la industria . Todas las muestras de prueba de PCB fueron cepilladas antes de sumergirlo en el líquido iónico soluciones , y después del recubrimiento de plata fueron soldadas con un estándar con núcleo de resina 60/40 soldadura utilizando una temperatura de 238 ° C para la soldadura de prueba para soldabilidad en temperaturas de trabajo estándar .

experimentos microbalanza de cristal de cuarzo se llevaron a cabo utilizando electrodos compuesto de finas películas de Au (sin Ti o capa de enlace se utilizó Cr ) se evaporó el 10 cristales de cuarzo MHz ( Internacional del Cristal Manufacturing Company, de Oklahoma City, Oklahoma ), el acabado de la superficie de estos cristales fue bien pulidos o sin pulir . Las áreas piezoeléctricos electrodo activo fue de 0,23 cm ⊃;. espectros de impedancia de cristal se registraron con un analizador de red Hewlett Packard HP8751A , conectado a una transmisión HP87512A / unidad de reflexión a través de cable de 50 W coaxial de tal manera que el centro del espectro estaba cerca del centro de resonancia, f_o, (10 MHz) con una anchura de barrido típicas de 20-200 Hz, dependiendo de la interfaz.

imágenes de AFM se adquirieron mediante un Digital Instruments ( DI ) Nanoscope IV , Dimension 3100 utilizando instrumentos de resonancia (pulsar) o póngase en contacto de modo ( versión de software 6.12).

3. Iónica depósito de plata líquida

3.1 Optimización de procesos



Estudios previos han mostrado que la morfología depósito de plata obtenida vía deposición de inmersión en líquidos iónicos en el cobre es relativamente insensible a los aditivos en la solución. Sin embargo , la velocidad de depósito es bastante sensible a la temperatura y la concentración de sal de plata y puede ser efectivamente controlada por el tiempo de inmersión . Por ejemplo, la tasa de deposición se puede aumentar desde 45 hasta 110 nm min^-1 mediante el aumento de la temperatura de 20 ° C a 45 ° C. Los estudios preliminares mostraron que la deposición de plata sobre una superficie relativamente lisa , pulida superficie de cobre como resultado un aumento de la rugosidad de la superficie . Esto es importante porque afecta a la rugosidad superficial terminar tanto la estética de la plata , así como la función en términos de susceptibilidad a la oxidación aeróbica y soldabilidad posteriores. Una serie de pruebas sobre cobre pulido substratos mostraron que el aumento del tiempo de deposición (a temperatura ambiente ) de 5 a 15 minutos producido un cambio en la rugosidad de la superficie , R, Del depósito de plata, 1,5 a 6,0 % (determinado por AFM) . El seguimiento de cobre electrolítico en un típico PCB es a menudo acabado por cepillado mecánico y es muy áspero en la escala del micrón . La imagen presentada en la Figura 1 se obtuvo mediante Atómica Microscopía de Fuerza (modo de resonancia ) y muestra un área de una pista de cobre de una placa de circuito cubiertos de plata de inmersión con un espesor de ca . 200 nm del proceso de líquido iónico ( AgCl en Ethaline ) . Aquí es evidente que la estructura de la superficie y el acabado está dominada por el cobre pulido más bien por la capa delgada de inmersión . En consecuencia brillante y semi - brillantes capas de plata se han obtenido en función de la morfología de el substrato de cobre subyacente.







Figura 1: Resonante (pulsar) la imagen de un modo de pista de cobre PCB cubiertos de plata de la inmersión en líquidos iónicos ( Ethaline ) proceso para un espesor de aprox. 200 nm.

Los índices de depósito fueron investigados por el cuarzo microbalanza de cristal de las técnicas que hemos descrito en detalle antes y en otros lugares [15, 16, 17 ] . En resumen aquí , cobre electrolítico de depósito, de espesor conocido en un dispositivo de cristal de cuarzo resonante. La frecuencia de resonancia del cristal de cuarzo puede ser controlado en función del tiempo como el cristal de cobre revestido se sumerge en el plateado líquido iónico . Los cambios posteriores en la frecuencia resonante puede entonces (bajo condiciones adecuadas ) se convertirán en masa utilizando un método establecido [ 18].

En el gráfico se presenta en la figura 2 se muestra el cambio en la masa del cristal durante el depósito de plata para tres experimentos en los que el espesor inicial de cobre depositado fue de 0,1 mm, 0,17 mm y 0,37 mm. Este gráfico muestra dos características interesantes e importantes. El primero es que las tasas de variación de la masa con el tiempo , es decir, los índices de depósito , son similares para cada experimento y por lo tanto independiente del espesor del substrato de cobre . Además de esto, puede verse que para cada experimento de deposición de la tasa de variación de la masa se aproxima a cero después de cierto tiempo transcurrido y que esta vez es un función del espesor inicial de la capa de cobre . Esto es indicativo de la deposición sostenido y donde la deposición es sólo cesó cuando todo el cobre es desplazado .

Figura 2: variación de la masa un control en un cristal de cuarzo de 10 MHz recubierto con cobre y se sumerge en Ethaline que contienen cloruro de plata como una función de tiempo de inmersión . Tres experimentos iniciales con espesores de cobre sustrato igual a i ) 0,11 mm (línea punteada) , ii ) 0,17 mm (línea continua ) y iii ) 0,37 mm (línea discontinua) .

 

Aunque los datos anteriores demuestran que las tasas de depósito son bastante lentos , probablemente demasiado lenta para un sistema práctico , esto puede ser abordado mediante el aumento de la concentración de sal de plata , hasta una velocidad de depósito C.A. 0,2 micras min^-1 se logra . Esto es viable para un proceso de deposición de inmersión comercial. Sin embargo , el aumento de la concentración de la sal de plata no altera sensiblemente la rugosidad de la superficie y permite acortar los tiempos de inmersión C.A. 2 minutos. Una serie de cupones de prueba fueron tratados en la nueva solución de líquido iónico con variaciones en las combinaciones de tratamientos , sal de plata , las temperaturas y las concentraciones de las soluciones. Los resultados de estos ensayos de optimización se utilizaron como base para el diseño , construcción y ensayo de una planta a escala piloto a un proceso de producción del modelo. Estas condiciones de proceso genéricos se resumen en la Tabla 1.







Tabla 1 : Protocolo de inmersión de plata para el procesamiento de una planta piloto de PCB a tamaño completo con una pista de cobre plateado brillante , adherente .



4. Piloto Scale Up

4,1 Materiales compatibilidad



Compatibilidad del material es un tema importante en el diseño de una planta para su uso con líquidos iónicos . Los líquidos se suelen estable con la mayoría de los polímeros como el polietileno , polipropileno , nylon, teflón , PVDF y PVC. La adición de un agente oxidante como la plata (Ag ( I)) disminuye la compatibilidad con los elastómeros pero en la mayoría de los casos muy elastómeros fluorados son adecuados . Las incompatibilidades son material principal con metales : debido a la alta concentración de plata en solución. plata puede ser recubierto con una inmersión de estas soluciones en muchos substratos incluyendo inoxidable acero. En consecuencia todas las fijaciones internas por ejemplo tornillos de nylon o Ti , PTFE blindado sondas de temperatura, fueron escogidos cuidadosamente y no metálicos rotores de bombas y las tuberías se utilizaron en la construcción.

Los propios líquidos , en principio, económicamente competitivo con el proceso acuoso debido principalmente a la simplicidad (y el costo comparable) de las sales de plata utilizado y la falta de catalizador de metal precioso (junto con pasos deposición asociados) necesarios para mantener la deposición sostenible.

4.2 Diseño y operación



Una planta a escala piloto fue diseñado y construido para proporcionar un ensayo a gran escala del proceso a la plata para el recubrimiento de las juntas de varias capas en una simulada / run modelo de producción . La planta utiliza los materiales convencionales de construcción ( tanques y accesorios de polipropileno ) y los métodos , y es organizada como una serie de tanques de temperatura controlada con una extracción de base del labio para cada tanque y un bastidor oscilante escalera de la agitación de las plantillas de PCB durante el depósito con el fin de facilitar el recubrimiento del interior de los agujeros perforados de interconexión . La planta se ha instalado y puesto en marcha Circuitos en PW ( Leicester ) , Figura 3 . La línea de proceso se compone de doce California L 140 tanques con cinco de estos tanques que contienen IL grabado , aclarado o la química de deposición . El volumen IL en estos tanques total de aproximadamente 750 L hacer que este proceso uno de los de mayor escala y las actividades commericalisation utilizando líquidos iónicos . El primer tanque se compone de un tanque de ácido etch híbrido para eliminar cualquier película superficial formado en el seguimiento de cobre. etch residual se elimina mediante lavado en líquidos iónicos. Los tanques de depósito Ethaline son relativamente insensibles a los contenidos de agua con 3 % en peso normalmente adsorbida de la atmósfera bajo condiciones de proceso . La presencia de agua no parece afectar a la solubilidad de cloruro de plata, pero para reducir acumulación de agua en el tanque de depósito de plata un lavado doble en Ethaline pura se instaló en tanques 2 y 3.







tanques Figura 3: Planta piloto durante la puesta en Circuitos PW ( Leicester ), 12 (140 L ) dispuestos en un proceso lineal , grabado tanques hacia la parte delantera . de acero inoxidable recubierto de PVC bastidor oscilante escalera es visible y las plantillas de tamaño completo PCB son probados para un ajuste en la primera de las dos de plata chapado tanques.



Tras el enjuague doble, las tablas se sumergen en una solución concentrada para AgCl 2 minutos , donde hasta 0,5 micras de plata era típicamente depositados . Las juntas se sumergieron en una menor concentración de cloruro de plata que permitieron una estructura de grano fino que se depositará a un ritmo más lento. Esto produce un acabado estéticamente mejor como puede verse en la Figura 4 . La evaluación cualitativa estética del acabado sugiere que el líquido iónico proceso de inmersión de plata es menos competitivo con electrolitos comerciales tales como Plata de ley. Las tablas se sumergen en una solución acuosa de tampón para eliminar cualquier exceso de plata de arrastrar , seguido de un lavado con agua caliente . Finalmente las juntas se secan en el aire caliente . El acabado superficial logrado es similar a la de procesar la plata acuoso actual electrolítico , el recubrimiento de plata fue uniforme y brillante, con vetas de cobre no evidente, con buena adherencia y buena resistencia a la abrasión y pulido manual .

Figura 4: Ejemplo de PCB procesados en la escala de banco con el proceso de líquido iónico . Las pistas son de cobre recubierto con plata para un acabado semi brillante y consistente.



Una selección de los cupones de prueba estándar británica se fabricaron , cepillado y procesados por la línea de líquido iónico por encima de la inmersión de plata, luego la mano ensambladas y soldadas. Los primeros resultados son muy alentadores. ensayos de pruebas Soldabilidad y envejecimiento acelerado se realizaron en pequeñas fichas de varios niveles de PCB y totalmente fabricado piezas PCB prueba utilizando los métodos estándar de la industria . Una muestra de una sección de soldadura se presenta como la figura 5a. Aquí se puede ver en la sección de un agujero de 0,5 mm que el mojar la soldadura es muy buena; la soldadura se ha ejecutado a través del agujero y formó un lazo intermetálicos homogénea , insertar Figura 5b, al sustrato de cobre y formó un estándar " remache " forma en ambos lados . pruebas cuantitativas soderability ( orinarse en equilibrio) y pruebas de envejecimiento están actualmente en curso, pero el análisis cualitativo mostró que estas cuestiones clave son fuertemente dependientes de la eficacia del lavado y etapas de secado.







Figura 5a : Imágenes de SEM de una soldadura de conjuntos seccionados en un tablero de fibra de vidrio en un agujero de 0,5 mm en un sustrato de cobre cubiertos de plata de un proceso de inmersión en líquidos iónicos.







Figura 5b : insertar la imagen ampliada de 5a .

cuestiones de sostenibilidad y medio ambiente 4,3



Durante el desarrollo del proceso de la galjanoplastia de plata se ha hecho evidente que el etilenglicol tiene algunos problemas ambientales que pueden limitar proceso de utilización de algunos mercados, particularmente en los EE.UU. En consecuencia nos hemos propuesto para evaluar el desempeño de los sustitutos en la formulación líquida de la plata de inmersión galvanoplastia y otras aplicaciones. glicol Aquí hemos considerado propileno , PG , como sustituto estequiométrica ya que no tiene restricciones sobre su uso y puede ser más conveniente en el largo plazo. Es, sin embargo , considerablemente más caro que afectará a la economía global del proceso.

fichas de cobre metal fueron cubiertos de plata de inmersión en condiciones idénticas en ambos EG ( Ethaline ) y PG ( Propaline ) líquidos a base de . Los resultados fueron muy positivos, el acabado estético de la galjanoplastia de plata de los dos líquidos era cualitativamente indistinguibles y la rugosidad de la superficie y morfología , Determinado por AFM , de los dos depósitos es muy similar. Fotografías y datos de AFM para estas muestras se presentan en la Figura 6 . Si bien estas pruebas no son de ninguna manera exhaustiva los resultados sugieren que la PG puede ser un sustituto en la formulación del líquido de inmersión para la plata chapado donde EG ya no puede ser utilizado sin pérdida de funcionalidad o aplicación.







Figura 6: sustrato de cobre recubiertos con Ag fichas utilizando el protocolo de proceso líquido iónico a partir de ( a) Ethaline 200 y ( b ) Propaline 200. Tapping imagen del modo AFM ( c) y ( d ) de la muestra ( a) y ( b ), respectivamente .

Por último , la sostenibilidad general del proceso dependerá en gran medida de la longevidad de las soluciones de proceso. En estos momentos estamos trabajando en estudios de ciclo de vida y el análisis de los líquidos en las distintas etapas a lo largo de su uso. Ya hemos hecho observaciones cualitativas que los líquidos son tolerante de la contaminación menor , por ejemplo Cu y Fe . También estamos analizando una serie de escenarios de reciclaje para la retirada del exceso de cobre en el pasado soluciones de enchapado .



5.0 Conclusiones

En este estudio se han llevado a cabo la optimización de los protocolos de la capa de inmersión de la plata del cobre en los componentes de vía PCB utilizando una nueva clase de líquidos iónicos . El protocolo final de la comercialización de recubrimientos por inmersión de plata , brillantes e incluso y dar soldabilidad que sea tan bueno como la corriente de ácido comercial de plata de ley basados en procesos acuosos. De importancia crítica para el proceso líquido iónico es que no hay una interfaz de máscara de soldadura se observa el grabado . Esto es una ventaja muy importante sobre el proceso acuosa especialmente en lo que los tamaños de las características de componentes de la placa y los diseños se más pequeños. Los índices de depósito puede ser manipulado y controlado por la temperatura o la concentración de plata de los tanques de galvanoplastia . Además las cuestiones que hemos abordado en relación con la toxicidad de glicol de etileno y han llevado a cabo ensayos con glicol de propileno como una alternativa. Los resultados sugieren que la PG puede ser un sustituto en la formulación del líquido de la plata chapado de inmersión sin pérdida de funcionalidad o aplicación, donde EG ya no puede ser utilizado.



6.1 Agradecimientos

Los autores desean agradecer a la UE en el marco del programa marco para la financiación de 6 ( IONMET proyecto, http://www.ionmet.eu/) .

http://www.pcb007.com/pages/zone.cgi?artcatid=&a=59776&artid=59776&pg=7

Electrónia. PCB. Efecto de la rugosidad superficial en un circuito impreso de seguimiento de atenuación / Pérdida

Efecto de la rugosidad superficial en un circuito impreso de seguimiento de atenuación / Pérdida

Martes, 29 de junio 2010 | Instrumentos Polar Ltd.

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Rugosidad de la superficie del núcleo de cobre en las capas

La estabilidad térmica (y , por ende, la fiabilidad ) de una estructura de PCB se refieren a la resistencia mecánica de la unión entre las capas dieléctricas y de cobre . Para proporcionar una buena adherencia entre el cobre y el material dieléctrico en capas de materiales básicos PCB proveedores de control de la rugosidad de las capas de cobre asociados (por lo general mediante un tratamiento químico ) . Dado que la rugosidad es una cantidad aleatoria es comúnmente expresa en términos de la raíz media cuadrática (RMS ) de altura h de los desniveles de la superficie.

La rugosidad de la superficie de las capas de cobre no tendrá ningún efecto sobre las actuales como en las bajas frecuencias , en las frecuencias bajas , la profundidad de penetración actual se exceda del valor de h. A altas frecuencias , sin embargo ( es decir , en la región GHz ), el efecto superficial ( ver más abajo) será significativo ya que, a altas frecuencias , las corrientes más actuales en el exterior del conductor (en una muy estrecha piel en el conductor - de ahí el nombre ) .

El efecto de la piel

Efecto superficial se refiere al fenómeno por el cual los campos electromagnéticos ( y, por tanto , la corriente ) la descomposición rápidamente con la profundidad dentro de un conductor .

El diagrama anterior representa gráficamente la amplitud del campo magnético en contra de profundidad (z) En un director de orquesta y muestra la variación de la amplitud del campo magnético H_y en el zDirección donde H₀es la amplitud en la superficie del conductor . Como consecuencia de la Ley de Ampere , en un conductor , una corriente de conducción está asociado con H_y. Esta corriente será perpendicular a H_y. Así pues, existe una corriente de conducción de la densidad Jx , (Donde J₀ es la densidad de corriente en la superficie) , cuya amplitud variará en la misma forma que para H_y. La distancia d es el valor de z en la que |Jx | = J_{0 / e}. Este es también el mismo valor en que el área rectangular dJ₀ en el esquema es igual al área bajo la curva exponencial. d se conoce como la profundidad de la piel .

Efectos de superficie de rugosidad

A frecuencias muy altas ( donde la profundidad d la piel es menor que h, es decir, incluso más pequeña que la rugosidad de la superficie del conductor ) sigue vigente el contorno de la superficie del cobre, aumentar efectivamente la distancia a la que debe fluir en curso y por lo tanto la resistencia del cobre. Los tratamientos químicos producen alturas rugosidad de varias micras son típicos con FR -4 dieléctricos que resulta en la atenuación de la señal en las frecuencias altas . variaciones Factor de atenuación con la frecuencia de los valores de rugosidad diferente ( en micras) se muestran como se muestra en el gráfico siguiente. Del diagrama se puede observar que a medida que aumenta la rugosidad de la superficie se produce la atenuación en frecuencias más bajas , con valores de atenuación baja rugosidad es insignificante por debajo de 1 GHz , a mayores valores de atenuación puede comenzar en las frecuencias de unos pocos cientos de MHz.

 

Conductor pérdidas en un PCB

Las pérdidas que deben ser considerados por el diseñador de PCB / fabricante puede resumirse como director y las pérdidas dieléctricas. las pérdidas del conductor incluyen DC , el efecto de la piel y pérdidas de rugosidad de la superficie y el diseñador tendrá que equilibrar el comercio de arrastre asociado con la rugosidad y la pérdida del conductor de aluminio con el requisito de embalaje robusto - el reto es optimizar la pérdida del conductor al tiempo que garantiza una buena dieléctrico / lámina adherencia. Los diseñadores y los fabricantes tendrán que discutir con el proveedor de los tratamientos superficiales de PCB y materiales disponibles dieléctrico.

Graficando pérdida debido a la rugosidad superficial con el Si9000

Las versiones 9.10 y anteriores Si9000 permiten al usuario , opcionalmente, para incluir el valor RMS de la rugosidad superficial en la frecuencia de cálculos dependientes y de éxitos a lo largo de pérdidas en el dieléctrico con pérdidas del conductor y los valores de atenuación, que incluyen la compensación por la rugosidad superficial.

 

Los valores de rugosidad de la superficie (que puede adquirirse en consulta con el fabricante de la placa ) se especifican en las unidades seleccionadas actualmente .

Los valores típicos de la rugosidad RMS podría ser igual a 0,8 micras (0,03 milésimas de pulgada) de línea TEM con placas , 1.6μm (0,06 mils ) para microstrip superficie. El Si9000 asume las pérdidas en ambos lados de una traza de cobre.

El gráfico anterior Si9000 cartas todas las pérdidas , las pérdidas dieléctricas y el aumento significativo de la pérdida total debido a la rugosidad de la superficie , permite al proveedor de materiales para aislar las contribuciones de los diferentes mecanismos de pérdida . Para el diseñador y proveedor, el Si9000 grabará los datos , de garantizar la consistencia del producto y en el desarrollo de comportamiento del material mejorado.

Electrónica. Corrosión. Con la creciente adopción de los acabados superficiales sin plomo PLP

Creep Corrosión de PSO y Imag Acabados PLP

Martes, 06 de julio 2010 Xu | C. , W. Reents , J. Franey , J. J. Yaemsiri y Devaney , Alcatel -Lucent

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Resumen



Con la creciente adopción de los acabados superficiales sin plomo PLP , junto con las implementaciones de productos al alza en más corrosivos entornos , la industria electrónica está cumpliendo con mayor incidencia de fracasos producto de la corrosión inducida . En particular, fluencia de corrosión en inmersión de plata se ha observado que causan las fallas del producto después de períodos muy cortos de servicio en el G2 y peores ambientes , en algunos casos de menos de un año . En nuestro trabajo anterior (APEX 2009) [ 1], se demostró que se arrastran la corrosión de IMAG se puede correlacionar con la presencia de determinados tipos de contaminación de la superficie (por ejemplo los residuos de la izquierda atrás por flujos ácidos orgánicos) . En este trabajo , la corrosión observada en fluencia OSP terminó circuitos serán reportados . El efecto de la post- reflujo proceso de limpieza de fluencia a la corrosión serán discutidos. Una prueba de laboratorio MFG también se discutirá que repeticiones fluencia campo corrosión. Comparación de la susceptibilidad a la corrosión fluencia entre OSP y la superficie Imag PLP acabados También se harán .



Introducción



Creep corrosión es el proceso de transporte de masa sólida en la que los productos de corrosión (por lo general de sulfuro y cloro) migran más de una superficie sin la influencia de un campo eléctrico . Se informó por primera vez por Egan y Mendizza para Ag2S sobre una superficie de Au [ 2]. En su experimento , un sustrato de plata se utilizó y la mitad de la superficie de Ag se recubría con una gruesa capa de Au ( ver Figura 1) . Cuando la muestra estuvo expuesta a un medio ambiente que contienen azufre , sulfuro de plata se formó el expuesto Ag. Por otra parte, También se observó que el sulfuro de plata se extendió sobre la superficie de Au y emigraron fuera de la interfaz de Ag- Au . Esta la migración se llamaba fluencia corrosión [ 2]. En la Figura 1 , se puede ver claramente el borde de ataque del sulfuro de plata de reptiles. Curiosamente, cuando el experimento se repitió con un Ag- Rh o una interfaz de Ag- Pd, Ag2S no deslizarse hacia el bien o Rh Pd la superficie , a pesar de sulfuro de plata pesada se formó en la superficie de plata expuestos en ambos casos. Al parecer, Ag2S fluencia corrosión es altamente superficie específica y sólo se produce en la superficie de Au pero no en el Rh y Pd superficies . Este es un característica muy importante de fluencia a la corrosión. En primer lugar, un sitio es necesario para la creación de productos de corrosión , por ejemplo un expuestos de Ag sustrato en este caso. Además , una superficie que se necesita para apoyar la fluencia de los productos de corrosión . En este caso, es la superficie de oro. Rh y Pd , en cambio , no apoyaría la fluencia de sulfuro de plata .

Figura 1: Creep la corrosión del sulfuro de plata en la superficie de Au [ 2].

Creep la corrosión no se limita únicamente a las superficies metálicas . También se ha observado en el compuesto de moldeo de plástico utilizadas para IC paquetes. En este caso, la corrosión se lleve a cabo en el marco expuesto plomo (aleación de Cu ) y el producto de la corrosión (Típicamente sulfuro de cobre) migra a la superficie adyacente encapsulado del componente y causa un cortocircuito eléctrico circuito entre los cables adyacentes (ver Figura 2) y las fallas del producto en el campo. Zhao [ 3], ha estudiado sistemáticamente la fluencia corrosión en paquetes de plástico con microcircuito de encapsulado noble metal antes de plomo chapado en marcos y encontró que Telecordia MFG prueba al aire libre es eficaz para producir la fluencia de corrosión en el compuesto de moldeo de plástico. Tan solo cinco días Telcordia MFG prueba al aire libre puede inducir la corrosión fluencia sobre el compuesto del molde. Battelle Clase III prueba es menos eficaz , pero todavía capaz de producir la fluencia la corrosión sobre la superficie del molde compuesto . Telcordia cubierta pruebas de MFG , por el contrario , se No provocar el arrastramiento de corrosión dentro de la exposición de 30 días .







Figura 2 : corrosión Creep en compuestos de moldeo para un componente DIP [ 3].

En los últimos años , las fallas del producto debido a la fluencia a la corrosión se informó de placas de circuitos con Imag como el acabado final [4 -7]. La corrosión se produjo primero en la plataforma de Imag expuestos (no cubiertos por la soldadura después del montaje ) . Corrosión productos (principalmente sulfuro de cobre ) migran hacia la superficie de la soldadura máscara adyacentes y, finalmente, dar lugar a un cortocircuito entre los cojines adyacentes. En nuestro trabajo anterior [1 ] , hemos estudiado sistemáticamente fluencia de corrosión en placas de circuitos Imag terminado y encontraron que fluencia de corrosión en placas de circuitos impresos es muy sensible a la condición de la superficie . Ni limpia ni FR4 máscara de soldadura limpia fluencia superficies de apoyo a la corrosión. En general, las tarjetas de circuitos montadas con los flujos de onda de la colofonia de soldadura y soldadura en pasta que contiene el flujo de resina son también resistentes a la corrosión fluencia . Residuos de la izquierda en la superficie máscara de soldadura por ciertos ácidos orgánicos flujos , por el contrario , forman una " creepable " superficie y son muy activos para apoyar a la fluencia a la corrosión de sulfuros de cobre. La elección correcta del flujo de montaje puede eliminar la falla del producto debido a la fluencia de corrosión asociada con Imag circuito plateado tableros desplegados en el medio ambiente mundial. En este trabajo , fluencia de corrosión en placas de circuitos con el acabado final será OSP informó . Además, el efecto de la post- reflujo proceso de limpieza de fluencia a la corrosión también se discutirán .



1,1 Creep corrosión electroquímica versus Migración y bigote de Formación



necesidades Creep la corrosión que se distingue de la migración electroquímica bien estudiado en los circuitos impresos . Figura 3 compara algunas de las diferencias clave entre la fluencia y la migración a la corrosión electroquímica (ECM ) . ECM requiere sesgo eléctrica entre el cátodo y el ánodo , mediante el cual los iones metálicos migran del ánodo al cátodo y dendritas módulo de la cátodo. La migración es direccional . Creep la corrosión no es necesario sesgo eléctrica y por lo general crece en todas las direcciones. ECM también requiere una baja resistencia paso del electrolito entre el ánodo y el cátodo , que suele ser suministrado por una condensada capa que contiene el agua especies iónicas . En contraste con la migración electroquímica , corrosión fluencia no requiere una eléctrica sesgo y una baja resistencia paso del electrolito entre el ánodo y el cátodo . Aunque la humedad pueden acelerar la corrosión de metales comunes y la fluencia probable la corrosión , la presencia de una capa de agua condensada no es necesaria para la fluencia de la corrosión los productos . Creep corrosión también podría ocurrir en una "seca" de la superficie. Sin embargo , a caminar en la corrosión es la superficie específica y las necesidades de ciertos características químicas de la superficie de apoyo a la fluencia de los productos de corrosión. Un producto determinado sólo puede migrar a la corrosión en un tipo específico de superficie. Por ejemplo, se arrastra Ag2S fácilmente en superficies de oro , pero no se arrastra sobre el rodio y el paladio superficies [ 2]. Cu2S no se deslice sobre superficies limpias y FR4 soldadura de la máscara , pero se arrastra fácilmente en las superficies con determinados tipos de residuos de ácidos orgánicos. ECM, en cambio , es menos sensible a las características de la superficie . Mientras no existe un ánodo y un cátodo con una capa de agua condensada que intervienen , las características de la superficie entre el ánodo y el catódicos tienen poco impacto para ECM .

Creep Corrosión de PSO y Imag Acabados PLP

Martes, 06 de julio 2010 Xu | C. , W. Reents , J. Franey , J. J. Yaemsiri y Devaney , Alcatel -Lucent

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Figura 3: diferencia clave entre la fluencia y la migración a la corrosión electroquímica.

 

Creep corrosión tiene un mecanismo muy diferente del de la barba formación y el crecimiento dendrítico . Los dos últimos son impulsado por la tensión de compresión en el recubrimiento. el crecimiento dendrítico de productos de corrosión como el sulfuro de cobre y plata sulfuro es consecuencia de la densidad mucho más baja y un mayor volumen específico de los productos de corrosión en relación con su homólogos de metal. Cuando Cu o Ag se corroe para formar sulfuro de sulfuro de cobre o plata , hay una expansión de volumen en el original de Ag Cu o películas de metal , dando lugar a un esfuerzo de compresión se acumulan . Como la corrosión no suele ser uniforme y se produce preferentemente en los lugares de vicio , como un límite de grano o porosidad , este esfuerzo de compresión no puede ser fácilmente liberado y por lo tanto inicia / impulsa la formación y el crecimiento de la barba dendríticas vertical de productos de corrosión de las películas de recubrimiento. La Figura 4 muestra las imágenes típicas de productos de corrosión crecimiento dendrítico vertical ( izquierda) y bigote formación ( derecha). A diferencia de fluencia la corrosión , las propiedades superficiales de las zonas que rodean los sitios de corrosión no son importantes para la formación y el bigote dendríticas el crecimiento.







Figura 4: Crecimiento dendrítico y la formación de bigotes [8 ] impulsada por esfuerzos de compresión .



2. Experimental



Mezcla de gas que fluye ( MFG ) el ensayo ha sido ampliamente utilizada para simular ambientes corrosivos y acelerada ejecución las pruebas en los dispositivos electrónicos y las asambleas [ 9-16 ] . MFG gravedad de pruebas debe coincidir con la gravedad de los desplegados el medio ambiente . La vida de los productos esperados determinará la duración de ensayo suficiente para capturar los fallos relacionados con la corrosión . Battelle Telcordia y han desarrollado diversas condiciones de ensayo MFG , en su mayoría de América del Norte para la simulación de las condiciones ambientales. Por ejemplo , la tasa de Cu corrosión en un ambiente de Telcordia NEBS al aire libre ( 275-360nm/day ) daría un día a una años de aceleración para una típica de América del Norte G1 condiciones ambientales (< 360nm/year ), clasificada por ISA [ 11]. Para simulando entornos mucho más agresivo en el mercado actual en todo el mundo , una condición nueva prueba fue desarrollada por Alcatel -Lucent ( ALU ) con una cantidad significativamente más alta concentración de H2S. Este aumento de la concentración de H2S toma dos hechos en consideración lo siguiente: 1) sulfuro de cobre se ha determinado como el principal componente de los productos de corrosión en el campo y 2) sulfuro de cobre aumenta monótonamente con el aumento de la formación de H2S concentración a concentraciones superiores a nuestra prueba condiciones de uso. El Cuadro 1 compara la condición NEBS MFG al aire libre con la condición de UTA. La condición tiene la ALU ventaja de tiempo de la prueba más corta, pero por lo demás da resultados similares.







Tabla 1: Condiciones MFG prueba.



La condición ALU MFG fue utilizado para los ensayos descritos en este documento. La temperatura era de 40 ° C y la humedad se ~ 70 % RH . La velocidad de corrosión en la cámara se controlará mediante ganancia de peso y Cu cupón se determinó que era ~ 500 - 600 millas náuticas / día (equivalente espesor de sulfuro de cobre ) . espesor similar de productos de corrosión se ha observado para cupones de Cu desplegados durante un año en algunos lugares sobre el terreno [ 15-16 ] en el mundo. Así, un año presentó el despliegue del equipo en los lugares puede ser simulado por una exposición de tres días en la cámara de MFG .

Circuitos impresos con acabados OSP finales fueron ensamblados con un haluro libre , la pasta de soldadura de agua de limpiar. La pasta contiene flujo de ácidos orgánicos y tiene la clasificación de la CIP ORM0 . De acuerdo con las especificaciones del proveedor pasta , residuo post reflujo puede ser retirar fácilmente en agua tibia DI sistemas de limpieza . Un Trieber Aqua SMD Junior se utilizó para la limpieza post- reflujo y tiene una sección de lavado , enjuague y una sección de la sección de enjuague final. No hay enjuague o aire cuchillo entre la sección de lavado y el enjuague los cortes . El agua de lavado se calienta en la máquina a 130oF . No saponifiers o cierre definitivo de agentes espumantes se añaden al agua. La limpieza de la superficie se controla con un Alfa Metales Ionograph 500M . lecturas típicas son alrededor 1ug/sqin , así por debajo de los 10 ug / sqin IPC límite.



3. Resultados experimentales



Figura 5 compara las imágenes ópticas de placas de circuito antes ( dos imágenes superiores ) y después de cinco días de pruebas MFG ( parte inferior dos imágenes ) . Como las dos imágenes superiores muestran , almohadillas OSP recubierto no estaban totalmente cubiertos por la soldadura después del reflujo y los bordes de las almohadillas están expuestos. Esto es más evidente en la figura 6, donde la imagen SEM de una plataforma de análisis y los resultados de EDS en dos localidades son resumen . La esquina superior izquierdo en la imagen de arriba es la terminación final del componente. La mayoría del área de la almohadilla de Cu está cubierto por la soldadura y los residuos de fundente , como resultado de EDS en la muestra del lado izquierdo. Sin embargo, no la soldadura se encuentra en el borde de la almohadilla ( parte inferior derecha ) . El análisis de EDS en el borde de la placa ( lado derecho ) muestra un gran pico de Cu y dos pequeñas O y C picos , lo que indica una almohadilla de Cu expuestos con OSP y posiblemente también algunos residuos de fundente . Cuando esta muestra se expone a MFG , productos de corrosión se forma en las expuestas OSP / EDGE Cu . Por otra parte, los productos de corrosión se arrastra sobre la soldadura adyacentes superficie de la máscara y causará un corto circuito entre los componentes adyacentes, como muestra en la Figura 5 .







Figura 5: Las imágenes ópticas de las muestras antes y después de la prueba MFG de cinco días.







Figura 6 : Análisis de la EDS de pastillas de Cu OSP recubierto después de soldadura por reflujo .

Para entender mejor cómo los residuos de flujo y reflujo de limpieza posterior a la fluencia afectan a la corrosión , las muestras fueron recolectadas en diferentes etapas del proceso de limpieza.

1. 
   
   Directamente después del reflujo : Las muestras fueron retirados inmediatamente después del reflujo y no he visto ninguna acción de limpieza .
2. 
   
   Después de la sección primera de lavado : Las muestras fueron reflujo y se fue a través de la estación de lavado de primera , pero sin pasar por el dos estaciones de lavado .
3. 
   
   Después de la sección enjuague final : Se obtuvieron muestras después de pasar por el proceso de limpieza estándar ( primer lavado , enjuague y enjuague final ) .

Todas las muestras fueron sometidas a cinco días MFG prueba. Figura 7 muestra las imágenes tomadas en dos lugares idénticos para los tres placas de circuito después de cinco días de pruebas MFG .







Figura 7: Efecto de la limpieza post - reflujo en la fluencia corrosión.



corrosión grave se observó en las tres muestras. Las dos imágenes a la izquierda de la muestra fueron retirados inmediatamente después del reflujo . Además de fluencia a la corrosión, los productos de corrosión también se observó . Sin embargo , la fluencia de los productos de corrosión es más bien localizado y se extiende sólo un poco más allá de los perímetros de las pastillas de Cu . Las dos imágenes en la mitad eran de la muestra extraída después de pasar por la sección de lavado primero, pero sin aclarar. Curiosamente, la fluencia de los productos de corrosión en este caso es mucho más amplia que la muestra extraída inmediatamente después del reflujo . El lavado se parece ayudar a flujo de los residuos de mayor propagación en la superficie máscara de soldadura , lo que crea una superficie más grande creepable alrededor de las almohadillas Cu, por lo tanto más amplia la corrosión se arrastra sobre esta muestra.



Las dos imágenes de la derecha eran de la muestra extraída después de pasar por el proceso de limpieza completo ( reflujo , lave , enjuague y enjuague final ) . Sólo fluencia menor a la corrosión se observó en un solo lugar (Esquina inferior derecha en la imagen superior). La mayor parte de la fluencia promover los residuos de fundente parece que deben eliminarse en este caso durante la de limpieza estándar. Sin embargo , la presencia de fluencia a la corrosión indica que aún queda algún residuo de flujo a la izquierda en la superficie, a pesar de que la medición de limpieza de la superficie usando los metales Alfa Ionograph 500M mostró una lectura típica de 1ug/sqin ~ , muy por debajo del 10 ug / sqin IPC límite. Claramente , una superficie PLP , que es lo suficientemente limpio como para la prevención la migración electroquímica , puede no ser adecuada para la prevención de la corrosión fluencia . Esto podría deberse al hecho de que se arrastran la corrosión es más sensible a los residuos de flujo de ECM. La explicación alternativa es que la corrosión es promovido por la fluencia especies distintas de los residuos iónicos, que son responsables de ECM y analizados mediante el ionograph estándar.



Para minimizar aún más la fluencia a la corrosión, el proceso de limpieza ordinario ha de ser mejorada. A medida que el tanque de lavado primero es altamente contaminadas con residuos de fundente , el arrastre en la solución del tanque de lavado para el tanque de enjuague primero contaminaría el primer tanque de enjuague con residuos de flujo y poner en peligro la operación de limpieza. Para minimizar el arrastre -in, un cuchillo de aire se instaló entre la sección de lavado y enjuague la sección primera que volara fuera atrapado en la solución de las placas de circuito después del lavado . Las muestras MFG para las pruebas fueron luego recopilados tanto en el funcionamiento normal y el funcionamiento mejorado. En la Figura 8 , los resultados después de siete MFG días de ensayo se resumen . Las dos imágenes de la izquierda son de la muestra de limpiarse con el proceso de normalización y mostrar algunos corrosión fluencia. Las dos imágenes de la derecha son la muestra de limpiarse con el proceso de limpieza y mejora de si no se presenta fluencia corrosión.









Figura 8: Comparación entre los procesos de limpieza estándar y mejorado.



La composición química de las especies de reptiles se determinó mediante análisis de EDS y los resultados se resumen en el Figura 9. La imagen en el lado izquierdo de la Figura 9 muestra que la especie reptil es principalmente sulfuro de cobre, con un pequeño pico debido a la cloro. Esto es muy típico para la mayoría de las áreas analizadas. Sin embargo , en algunas de las áreas es también un pico bastante grande Cl observado en Además de sulfuro de cobre, como la imagen en el lado derecho de la Figura 9 muestra . Un pico de oxígeno pequeños también se observa en ambos casos y es muy probablemente debido al sustrato (máscara de soldar cubierta FR -4). Esto es consistente con el hecho de que el sulfuro de cobre es altamente móvil y se arrastra con facilidad en muchas superficies , mientras que el óxido de cobre por lo general no se deslice .







Figura 9: Composición de los productos de corrosión progresiva .



4. Discusión



Hay tres conclusiones clave en este trabajo: 1) la fluencia a la corrosión puede ocurrir en PWBs con OSP como acabado final y es promovido por los residuos de flux a la izquierda en la superficie después del montaje. 2) El estándar actual de la CIP de limpieza , desarrollado para la prevención la migración electroquímica en el circuito montado, no es adecuada para la prevención de fluencia a la corrosión, la fluencia es como la corrosión sensibles a diferentes tipos de residuos de fundente que la migración electroquímica. Un nuevo conjunto de normas de limpieza tiene que ser establecidos para tableros de circuitos propensas a deslizarse la corrosión. 3) El ensayo de corrosión medio de unidades mixtas gases que proporciona un realismo prueba acelerada para los equipos que se desplegarán en diversos ambientes se encuentran en el mercado mundial actual. No condición de condensación es necesaria para la simulación de la falla del producto debido a la fluencia de corrosión en el laboratorio.



A continuación , estas tres conclusiones fundamentales serán discutidos en detalle. Las estrategias de mitigación para minimizar y prevenir fluencia corrosión también se abordarán .



4,1 Creep corrosión en Pad OSP- Cu Cubierto



Creep la corrosión ha sido a menudo asociada con placas de circuitos con Imag como acabado final. Las especies son reptiles decidido a ser predominantemente de sulfuro de cobre [ 1, 5 y 7]. El efecto de IMAG galjanoplastia química , la máscara de soldadura y montaje flujo de fluencia a la corrosión se ha estudiado con anterioridad [1 ] . Se encontró que el parámetro clave en la causa de la corrosión es la fluencia tipo de cambio utilizado para el montaje. Tipo de IMAG y la máscara de soldadura tiene sólo un efecto menor sobre la fluencia corrosión. Ni circuito limpio juntas , ni tarjetas de circuitos montados usando resina de flujo basada son susceptibles a la corrosión fluencia . Sin embargo , los residuos que quedan en el soldadura de la superficie de la máscara de forma orgánica por un flujo de ácido " creepable " la superficie y son muy activos para apoyar a la fluencia del cobre producto de la corrosión de sulfuro . Como se demostró anteriormente , OSP terminó placas de circuitos , que son ensamblados con soldadura en pasta que contiene el flujo de ácidos orgánicos , también son propensos a la lenta corrosión, si el flujo de residuos se dejan en la superficie. Este resultado no es inesperados , como el sulfuro de cobre, las especies activas se arrastra, es el principal producto de corrosión formados en ambos IMAG- OSP y recubierto pastillas de Cu en las pruebas de MFG y ambientes que contienen azufre reducido . Como Ag también se corroen en corrosivos ambientes que contienen compuestos de azufre reducidos , la corrosión se produce normalmente más rápido sobre una superficie Imag que en un PSO superficie y se produce un retraso del inicio de la corrosión en la superficie OSP en comparación con la superficie Imag . Sin embargo , sólo OSP proporciona una protección limitada en el sustrato de Cu , que finalmente será atacado por los gases corrosivos, tales como H2S , formando sulfuro de cobre . Si una superficie creepable está presente en todo almohadillas Cu OSP -revestido, sulfuro de cobre se arrastrará en esa superficie y eventualmente provocar cortocircuitos entre las pastillas adyacentes. Vale la pena reiterar aquí que esto es cierto con cualquier superficie , el formación de sulfuro de cobre , junto con una superficie creepable dará lugar a la fluencia a la corrosión.



4,2 Limpieza PLP necesarias para prevenir la corrosión Creep



Incompleta después de reflujo de lavado y limpieza parece aumentar inicialmente la propensión a la fluencia debido a la corrosión a la difusión de los residuos con la ayuda de la solución de lavado . Sin embargo, con una limpieza más profunda , el flujo de residuos se eliminan de la PLP superficie y el rumor de los productos de corrosión también se reduce. Para evitar la corrosión fluencia , el flujo de promoción de la fluencia los residuos tienen que ser completamente removidos de la superficie después del montaje. A efectos de control de calidad en la producción, un conjunto de métodos de prueba y pasa / no pasa criterios son necesarios para garantizar la limpieza de la junta se reunieron para resistir la corrosión fluencia . El estándar actual de la CIP de limpieza , desarrollado para la prevención de la migración electroquímica en el circuito montado, no es adecuadas para evitar la corrosión de fluencia , como la corrosión fluencia es sensible a diferentes tipos de residuos de fundente que electroquímica de migración. Un nuevo conjunto de limpieza tiene que ser establecido para tarjetas de circuitos propensos a la fluencia la corrosión.



4,3 laboratorio de pruebas de simulación de Creep a la corrosión



La simulación de fluencia a la corrosión en el laboratorio tiene que tomar la gran superficie de carácter sensible de la corrosión en la fluencia consideración. las pruebas de mezclas de gas que fluye puede simular las condiciones ambientales en el mercado mundial y ha sido utilizado con éxito para generar fluencia de corrosión en los contactos eléctricos ( superficie metálica ) y los componentes de IC (dieléctrico de superficie) con anterioridad. En este trabajo , fluencia corrosión fue reproducido con éxito en los circuitos impresos mediante pruebas de MFG . El inconsistencia en la generación anterior fluencia de corrosión en IMAG y muestras de OSP con barniz de MFG radica en la falta de reconocer la gran superficie de carácter sensible de fluencia a la corrosión. Prueba de vehículos que tengan un acabado en la superficie y la soldadura máscara sin pasar por el proceso de montaje no son muestras adecuadas para la generación y la comprensión fluencia corrosión, como FR4 limpias y superficies de soldadura no son compatibles con la máscara de fluencia a la corrosión. La búsqueda de fluencia resistente a la corrosión acabados PLP final debe ser hecho sobre una tabla de ensamblado con máscara de soldadura y fundente. La prueba proporciona una MFG viable y prueba realista de envejecimiento acelerado de la fluencia a la corrosión.



4,4 estrategias de mitigación para minimizar y prevenir la corrosión Creep



Caso de la fluencia a la corrosión que se produzca , dos requisitos hay que cumplir : un sitio para la generación de productos de corrosión y una superficie de el apoyo a la fluencia de productos de corrosión generados . Al eliminar ya sea el sitio de corrosión o de la "superficie creepable " ( superficie capaz de apoyo a la fluencia del producto de la corrosión ) que rodea el sitio de corrosión , la fluencia puede ser la corrosión minimizado o eliminado.

En ambientes que contienen azufre , tanto de Cu y Ag corroen fácilmente para formar especies altamente móviles de sulfuro . En consecuencia, el imag PWBs acabado de la superficie son conocidos por ser propensos al empañado en un ambiente que contienen azufre . OSP pueden proporcionar una protección limitada al sustrato , pero el sulfuro de cobre también se forman rápidamente en las almohadillas Cu OSP recubierto , mientras que ENIG exhibirá más lento Cu corrosión en los ambientes . A diferencia de Imag / OSP / ENIG , IMSN HASL y con adecuada de espesor ( más de 1 micra ) no muestran corrosión importante de azufre relacionadas . Esto se debe a la inercia de Sn en los entornos , así como el potencial de revertir galvánico entre Sn y Cu [ 21]. El comienzo de la formación de sulfuro de diversos PLP acabados se pueden clasificar en el siguiente orden :



Imag OSP > > ENIG > > IMSN ~ HASL



Al elegir el acabado de la superficie adecuada , la formación de sulfuro de cobre será eliminado (por IMSN y acabados HASL ) o reducida (acabado ENIG ) . Sin embargo , a caminar en la corrosión es sólo uno de los riesgos asociados con la confiabilidad de varios acabados PLP . El elección final de acabado de la superficie del PLP tiene que llevar el rendimiento de montaje y fiabilidad a largo plazo en consideración , que es más allá del alcance de este documento y no será discutido aquí . Si Imag o OSP se utilizan como acabado de PLP y las placas de circuito están expuestos a un medio ambiente que contienen azufre , sulfuro de cobre se forma más probable con el momento de la implementación. En este caso , a caminar en la corrosión sólo puede ser minimizado o evitado si la superficie circundante no es compatible con la fluencia de la corrosión los productos . Esto es cierto , por ejemplo, para la limpieza FR -4 y soldadura de las superficies de la mascarilla. En general, las tarjetas de circuitos montadas con resina los flujos de onda que suelda y pasta de soldadura que contiene el flujo de resina son también resistentes a la fluencia a la corrosión. La correcta selección de flujo de montaje puede mantener el producto de la corrosión en el lugar donde se generan y reducir o eliminar la falla del producto causa de una deformación a la corrosión. Si el flujo de ácidos orgánicos se utiliza para el montaje de la placa de circuito , de sus residuos son altamente activo en el apoyo a la fluencia de sulfuro de cobre y tienen que ser removidos por un proceso de limpieza eficaz.

5. Resumen



Creep corrosión en placas de circuitos impresos no se limita a Imag acabado superficial y también puede ocurrir en OSP . En ambos casos, el activa las especies reptiles es el sulfuro de cobre. El lento pero a la corrosión se puede minimizar o prevenir o bien mediante la eliminación de la sitio de corrosión o de la superficie creepable adyacente al sitio de corrosión . Si bien los residuos de fundente de colofonia no promueven la fluencia la corrosión , los residuos de ciertos tipos de flujos de ácidos orgánicos son muy activos en la promoción de la fluencia de sulfuro de cobre. Si el tarjetas de circuitos se montan utilizando este tipo de flujos , tienen que estar bien limpias para evitar la corrosión cuando se arrastran que se hayan desarrollado en ambientes corrosivos. El actual estándar de limpieza CIP , desarrollado para la prevención de electroquímica la migración en el circuito montado, no es adecuada para la prevención de fluencia a la corrosión, como la corrosión fluencia es sensible a los diferentes tipo de residuos de fundente que la migración electroquímica. Un nuevo conjunto de normas de limpieza tiene que ser establecida para el circuito tableros propensas a deslizarse la corrosión. Los ensayos de corrosión medio de unidades mixtas gases que constituye una prueba acelerada realista para el equipo que se ha desplegado en varios ambientes se encuentran en el mercado mundial actual. Ninguna condición de condensación se requiere para la simulación de la falla del producto debido a la fluencia de corrosión en el laboratorio.



Agradecimientos



Los autores desean agradecer Sherwin Kahn y Marc Benowitz para apoyar este trabajo, Sherwin Kahn por corrección de textos y edición del manuscrito.



Referencias:



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http://www.pcb007.com/pages/zone.cgi?artcatid=&a=59954&artid=59954&pg=8

Electrónica. PCB. Reid sobre Fiabilidad: El Rincón del Crack

Sábado, 10 de julio 2010 | Reid Pablo, PLP

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A medida que avanzamos por el cañón , se llega a la rodilla de la PTH, de la esquina. grietas en esquina se parecen mucho a las grietas del barril que han subido a la rodilla de la PTH. Observe en la animación de la figura 1 que la mayor deformación del material se encuentra en las superficies exteriores .

Figura 1 : Imagen que representa una grieta de esquina.Haga clic aquí para ver la animación .

Pad de rotación es el grado de deflexión de una plataforma fuera de plano con el cobre . La deformación es mayor plataforma con mayor frecuencia en las almohadillas capa externa . La rodilla del agujero está formado por el cobre electrolítico depositado sobre láminas de cobre de la capa exterior y hacia abajo en el agujero perforado. Esto produce un cilindro de cobre continuo con la parte superior e inferior quemado , al igual que un remache hueco. El cobre que sube el barril y la lámina que se conoce como el abrigo y se convertirá en importante en nuestro análisis de vías enterradas más adelante en esta serie de columnas.

El cañón del cobre resiste la elongación de la PTH , debido a la expansión del eje z del dieléctrico durante las excursiones térmicas , mientras que la almohadilla se desplaza , produciendo la rotación classis almohadilla . Animación de la rotación de la almohadilla en dos dimensiones es simple en que la animación se ve como una palanca que gira a un punto de giro en la rodilla del agujero. Es la realidad, la plataforma de tres dimensiones se deforma en un embudo . No sólo eso, la urdimbre y la trama de la copa podría causar que la deformación a ser desigual , por lo que el embudo debe tener una forma de ondas o arrugada . La animación está en el plano con las fibras de vidrio , digamos que la urdimbre. Uno podría imaginar que en un plano en un ángulo de 45 grados respecto al plano de la urdimbre , la deflexión base de lanzamiento podría ser aún mayor.

Teniendo en mente la imagen de la plataforma en tres dimensiones como un embudo distorsionada , vamos a abordar las grietas de esquina.

Figura 2: Primer plano de una grieta de esquina.

La grieta de esquina es básicamente una grieta por barril que se produce en la parte superior de la PTH, en la rodilla. La grieta rodilla clásico comienza en la unión entre el borde exterior de los productos dieléctrica y la cara de la capa externa láminas de cobre. IPC- 6012 permite una separación entre el papel de aluminio y el cobre electrolítico si la grieta se detiene en la parte superior de la lámina de cobre. El problema comienza en la grieta avanza por el cobre electrolítico . El típico rincón crack se propaga en un ángulo de 45 grados en la rodilla del agujero.

Ya en la década de 1980 , obteniendo en todo el espesor de la rodilla del agujero era problemática. El cobre estaba en lo cierto con frecuencia más delgado en la rodilla , ya sea de la distribución de cobre o la eliminación del cobre en la limpieza y lavado de los procesos . Pad de rotación produce un punto de giro situado , por lo que he podido ver, en el borde del dieléctrico . La forma ángulo de 90 grados en el dieléctrico se expande hacia fuera, con la urdimbre levantar la almohadilla de cobre y comprimiendo el cobre en la rodilla del agujero. El resultado es una grieta que se propaga por la cara de la lámina de cobre y en el cobre electrolítico de 45 grados. La grieta se inicia en la punta de la hoja de cobre y se propaga a través de lo que suele ser la parte más delgada de la rodilla.

grietas en esquina se observan con menos frecuencia que las grietas barril. A diferencia de una grieta barril, lo que puede fallar catastróficamente , la grieta rodilla tiende a propagar a través del tiempo . El perfil de daño puede ser exponencial y no lineal , pero generalmente no muy acelerado - al menos no en las aplicaciones de estaño-plomo que suele ser la temperatura máxima en el montaje limitado a 230 ° C.

Motivos de preocupación y Consideraciones

grietas de esquina no son tan comunes como las grietas barril, pero a veces el diseño tendrá una influencia en las grietas de esquina. Sabemos de muchos años de pruebas de fiabilidad que una junta con los cojines no funcionales eliminado tiende a ser más robusta que la misma mesa que no funciones en cada capa. Para definir el término, un pad no funcional es una almohadilla que no se conecta a un circuito.

En ocasiones , los diseñadores tienen almohadillas no funcionales en cada capa interna. En la mayoría de las aplicaciones esto produce una reducción de la fiabilidad con un aumento en las grietas barril en la zona central de la PTH. Parece que esto produce una serie de puntos de anclaje a lo largo de la PTH y se produce un fallo en el cañón. Los clientes que quitar las almohadillas no funcionales para la confiabilidad incremento de PTH reducir el "ancla "punto y la tensión se transfiere a la rodilla del agujero.

El último punto sobre las grietas de esquina es que con temperaturas de montaje sin plomo de aproximadamente 260 ° C, algunas de las grietas de esquina serán horizontales. La grieta se propaga desde la interfaz entre la película de cobre y el borde exterior de la capa dieléctrica y procede en sentido horizontal , 90 grados con el plano de la PTH, a través del cañón de cobre electrolítico justo debajo de la rodilla del agujero.

Figura 3: Comparación de las grietas esquina de estaño-plomo y sin plomo .

Si el defecto se observa macroscópicamente , podría ser descrito como una grieta anillo justo debajo de la parte superior de la PTH. En los exámenes microscópicos de una serie de PTHs , puede haber algunas grietas actual esquina , con grietas tradicionales estaño / plomo de multiplicación en un ángulo de 45 grados y otros a 90 grados . En un caso , cupones sometido a una temperatura menor de montaje sin plomo (245 ° C) tenía una grieta horizontal, pero se inició en el borde superior de la lámina .

Paul Reid es coordinador del programa en Soluciones de Interconexión de PLP . Él puede ser alcanzado en paul.reid @ pwbcorp.com.