Выпуск #1/2011
И.Кокорева
Ключевые факторы повышения эффективности производств электроники. Симпозиум АСОЛД 2010
Ключевые факторы повышения эффективности производств электроники. Симпозиум АСОЛД 2010
Просмотры: 1570
Международный симпозиум Асолд проводится с целью пропаганды преимуществ новых технологий и обмена опытом по их эффективному внедрению. Первый симпозиум в 1992 году собрал представителей более 100 предприятий российской радиоэлектроники и подтвердил необходимость проведения мероприятий подобного рода и такого уровня. Участники Асолд отмечают, что симпозиум – важный информационный ресурс в расширении технологического и управленческого кругозора, позволяющий получить концентрированную информацию по наиболее актуальным вопросам.
В 2010 году симпозиум "Ключевые факторы повышения эффективности производств электроники" прошел в рамках Российской недели электроники. Обсуждались проблемы обеспечения качества и надежности; новые передовые технологии; пути оптимизации затрат.
Организатор и генеральный спонсор симпозиума – ЗАО Предприятие Остек.
В 2010 году симпозиум "Ключевые факторы повышения эффективности производств электроники" прошел в рамках Российской недели электроники. Обсуждались проблемы обеспечения качества и надежности; новые передовые технологии; пути оптимизации затрат.
Организатор и генеральный спонсор симпозиума – ЗАО Предприятие Остек.
Аудит-оптимизация-техническое
перевооружение – единственный путь развития современного производства – тема доклада Павла Агафонова
(ЗАО Предприятие Остек). Аудит – это первый шаг построения эффективного производства. В докладе приводились примеры аудитов производств по выпуску электронной техники и результаты внедрения новых технологических решений, позволивших улучшить качество продукции и повысить эффективность производства. Рассмотрен принцип технического перевооружения, построенного на поэтапном переоснащении участков. По мнению П.Агафонова, аудит – это первый шаг построения эффективного производства.
Аудит проводится, чтобы определить:
соответствует ли производство современным стандартам по качеству для выпуска изделий с заданными требованиями;
готово ли производство к новым технологиям, применяемым или планируемым к применению в новых изделиях;
целесообразна и необходима ли на сегодняшний момент дополнительная закупка оборудования и технологий.
Направления аудита могут быть разные: оценка квалификации персонала; анализ эффективности работы автоматической сборочной линии; оценка качества и порядка проведения технического обслуживания оборудования; оценка методики анализа дефектов и т.д. За пять лет было проведено более 30 аудитов на предприятиях радиоэлектронного комплекса по выпуску как гражданской продукции, так и специального назначения. Результат: ни одно предприятие по организации и техническому оснащению не готово к выпуску конкурентоспособных изделий мирового уровня.
С целью повышения эффективности производства докладчик предложил следующий план действий: проведение технологического аудита изделий; разработка типового технологического процесса; проведение технологического аудита производства; разработка комплексных проектов технического перевооружения, единых правил конструирования и т.д.; выработка рекомендаций по повышению эффективности; определение этапов технического перевооружения и техническое перевооружение.
Пономаренко Владимир Дмитриевич, Заслуженный метролог России, член-корреспондент Академии проблем качества в своем выступлении сделал обзор современного контрольно-измерительного и испытательного оборудования.
При визуальном контроле качества промежуточных технологических операций применяются безокулярный стереоувеличитель, в том числе его модификация с ультрафиолетовой подсветкой для контроля качества отмывки, и исследовательская видеосистема KH-7700, которая обеспечивает увеличение до х7000 для контроля BGA-компонентов и построение 3D-моделей.
Специализированное рабочее место визуального контроля VS8 позволяет контролировать качество паяных соединений, печатных плат и сборочных узлов, возможен осмотр элементов сбоку под углом 36°.
Промышленные профиль-проекторы фирмы Jatan предназначены для выполнения оценочных геометрических измерений габаритных деталей непосредственно на рабочем месте в цеховых условиях. На большом круглом экране отображается четкое и контрастное увеличенное изображение контролируемого объекта, на таком экране легко выполнять оценочные измерения.
Оборудование для механических и климатических испытаний включает:
климатические камеры ESPEC (TABAI), Япония. Диапазон температур от -85 до 180°С, диапазон относительной влажности от 5 до 98%, рабочий объем от 22,5 л до 180 м3;
электродинамические виброустановки IMV, Япония. Диапазон частот от 2 до 20000 Гц, выталкивающее усилие до 400 кН;
термовакуумные камеры TIRA GmbH, Германия. Диапазон температур от -180 до 130°С, вакуум до 10-7;
пневматические ударные стенды AVEX, США. Диапазон ускорений от 3 до 30000 g, допустимая масса образца до 453 кг, длительность импульса от 0,012 до 100 мс;
электромеханические виброустановки IDEX (Япония) и LAB Equipment (США). Ускорение до 10 g, диапазон частот от 5 до 67 Гц; допустимая масса образца от 25 до 680 кг.
ЗАО Предприятие Остек проводит подбор рассматриваемого оборудования под конкретные задачи заказчика, производит установку, пусконаладку, иструктаж специалистов заказчика по эксплуатации и обслуживанию оборудования с выдачей сертификата.
Работа в высокотехнологичной сфере, какой является производство электроники, требует постоянного обучения персонала. Использование автоматического тестового оборудования (АТО) даже при виртуозном владении не будет достаточно эффективным без стремления инженеров, работающих на нем, к повышению эффективности своего труда, в которую входят тестовое покрытие изделий, упрощение операций, спектр покрываемых дефектов, производительность и многое другое. Как мотивировать тест-инженеров, а тем более, разработчиков думать об этом? Об этом говорил Алексей Иванов, представитель компании JTAG Technologies в России в своем докладе “Роль обучения и обмена опытом в повышении эффективности тестирования электроники».
Уровни развития тестирования на предприятиях докладчик определил следующим образом.
Уровень 0. Отсутствие структурного теста. Использование устаревшей оснастки и программ для отладки опытных образцов.
Уровень 1. Использование АТО отдельно от “традиционных” функциональных проверок. Два вида тестирования – функциональное и структурное существуют параллельно. У АТО используется только автоматическая генерация: то, что можно сделать автоматом.
Уровень 2. Усложнение и дополнение тестов АТО. Добавление тестов, требующих ручного написания и некоторых функциональных проверок. Добавление программирования в процесс тестирования. Максимальное тестовое покрытие и диагностика дефектов.
Уровень 3. Интеграция структурных тестов с функциональными проверками. Унификация рабочих мест. Построение автоматизированных тестовых комплексов. Оптимизация процесса.
А.Иванов заметил, что сегодня в России на радиоэлектронных предприятиях можно наблюдать в основном уровни 0 и 1, очень редко уровень 2.
Автоматическое тестовое оборудование позволяет локализовывать производственные дефекты с точностью до вывода, цепи, компонента. Аналитическую обработку результатов должен проводить тест-инженер, т.е. инженер, который занимается только тестированием. Необходимо постоянно повышать квалификацию тест-инженера, т.е. должны проводиться обучающие семинары компаний-поставщиков оборудования и техническое обучение работе на АТО. Тест-инженер должен участвовать как в работе конференций, форумов, симпозиумов, так и в производственных совещаниях с участием инженеров по ремонту и разработчиков.
Только при таких условиях, считает представитель компании JTAG Technologies, проблема повышения эффективности тестирования электроники может быть успешно решена.
Миниатюризация печатных плат, значительное увеличение плотности монтажа, появление новых методов пайки, современные методы электроконтроля и бессвинцовые технологии повысили требования к финишным покрытиям.
Финишное покрытие должно обеспечить сохранение паяемости печатных плат длительное время; возможность проведения нескольких перепаек; плоское и ровное покрытие; надежный монтаж электронных компонентов и паяных соединений.
В докладе “Финишные покрытия под поверхностный монтаж современной элементной базы” подробно рассматривались технологии и виды иммерсионных финишных покрытий: горячее лужение ПОС-63 (HASL); иммерсионное золочение с подслоем никеля (Electroless Nickel/ Immersion Gold – ENIG); иммерсионное серебрение (ImmAg – Immersion Ag); органическая защита OSP (Organic Solderability Preservative); иммерсионное олово с подслоем органического металла (Immersion Tin – ImmSn).
Горячее лужение ПОС-63 (HASL). Толщина покрытия 12–20 мкм. Метод имеет свои плюсы и минусы.
Плюсы: это традиционный метод нанесения покрытия; технология нанесения и дальнейшего использования плат, покрытых HASL, хорошо отработана; хорошая прочность паяного соединения; выдерживает множество циклов пайки.
Минусы: значительная неплоскостность контактных площадок; содержит свинец; затруднено применение для плат с большим соотношением толщины платы и диаметра металлизированного отверстия; значительная тепловая нагрузка на плату, что может вызвать ее коробление; жесткий термоудар, который испытывают межслойные соединения многослойной платы при погружении в расплавленный припой; возможны замыкания контактных площадок компонентов с малым шагом; данный метод не рекомендуется применять для компонентов с шагом менее 0,5 мм.
Иммерсионное золочение с подслоем никеля (Electroless Nickel/Immersion Gold – ENIG). Толщина никеля 3–6 мкм; золота 0,05–0,1 мкм.
Плюсы: плоская поверхность, равномерная толщина покрытия; подходит для установки компонентов с малым шагом; не влияет на размер металлизированных отверстий; выдерживает многократное термоциклирование; длительный срок хранения; хорошая паяемость; хорошая смачиваемость припоем при правильном подборе флюса.
Минусы: возможно появление дефектов типа “черные площадки”; несовместимость многих паяльных масок с высокотемпературной ванной никелирования; не рекомендуется для плат с высокоскоростными сигналами; паяемость зависит от правильного выбора очистителей, флюса и режимов пайки; содержит никель, который считается канцерогеном; относительно высокая стоимость.
Иммерсионное серебрение (ImmAg-Immersion Ag). Толщина покрытия 0,05–0,1 мкм.
Плюсы: плоская поверхность, равномерная толщина покрытия; подходит для установки компонентов с малым шагом; не влияет на размер металлизированных отверстий; длительный срок хранения; дефекты типа “черные площадки” отсутствуют; достаточно простой процесс нанесения; сравнительно недорогое покрытие.
Минусы: высокий коэффициент трения, не оптимально для монтажа элементов методом запрессовки (press-fit); покрытие может тускнеть со временем; высокая миграционная способность серебра приводит к росту дендридов и волосяных мостиков, что, в свою очередь, приводит к коротким замыканиям.
Органическая защитная пленка OSP (Organic Solderability Preservative). Толщина покрытия 0,2–0,6 мкм.
Плюсы: плоская поверхность; не влияет на размер металлизированных отверстий; быстрый, достаточно недорогой процесс нанесения; не содержит никель; хорошая прочность паяных соединений.
Минусы: покрытие непригодно к повторной пайке; ограниченное термоциклирование; покрытие чувствительно к растворителям, которые применяются для удаления неправильно нанесенной паяльной пасты; при электротестировании платы тестовые щупы прокалывают покрытие, что может привести к появлению участков открытой меди.
Иммерсионное олово с подслоем органического металла (Immersion Tin-ImmSn). Толщина олова 0,5–0,8 мкм.
Плюсы: отличная паяемость; плоская поверхность; покрытие подходит для установки компонентов с малым шагом выводов; можно использовать те же паяльные пасты, что и для плат с покрытием HASL; полная совместимость с бессвинцовыми припоями; способность к многократной перепайке; допускается осаждение покрытия как по защитной маске, так и до нанесения маски.
Процесс прост в эксплуатации, легко контролируется, экономичен, может проводиться как в вертикальном, так и в горизонтальном типе оборудования. В настоящее время технология покрытия ImmSn с подслоем органического металла внедрена на 15 российских предприятиях и успешно работает. На все растворы, применяемые в процессе осаждения иммерсионного олова с подслоем органического металла, написаны российские ТУ, а сам процесс введен в действующий стандарт отрасли ОСТ 107.460092.028-96 “Печатные платы. Технические требования к технологии изготовления”.
Что касается других рассмотренных иммерсионных покрытий, то при их внедрении в производство печатных плат необходимо следовать разработанным в ЗАО Предприятие Остек рекомендациям для каждого вида иммерсионного покрытия.
О надежности паяных соединений при смешанной технологии поверхностного монтажа (пайка эвтектическим припоем SnPb компонентов с бессвинцовыми покрытиями выводов/контактов) доложил Лев Егоров, ВНИИА им. Н.Л.Духова.
Надежность паяных соединений (ПС) выводов/контактов компонентов на поверхность контактных площадок печатных плат (ПП) зависит от множества факторов, которые должны учитываться при проектировании модуля, начиная с выбора компонентов и материалов при проектировании топологии ПП.
Надежность паяного соединения обеспечивается cоблюдением комплекса требований, норм, правил и процедур при проектировании и изготовлении модулей, сформулированных в IPC-D-279, “Руководство по проектированию надежных сборок на печатных платах с использованием технологии поверхностного монтажа”, а также в ряде стандартов IPC, следующих соблюдению трех основных принципов: технологичности, контролепригодности и надежности.
Внедрение директивы RoHS привело к следующим неудобствам:
исчезновению с рынка компонентов с покрытием выводов/контактов SnPb;
появлению на рынке компонентов с разнообразными (без Pb) металлическими покрытиями выводов/контактов компонентов с классификацией видов покрытий по стандарту IPC-1066;
использованию припоев на основе Sn и чистого Sn для покрытий выводов компонентов возродило страх “оловянной чумы” и реанимировало проблему образования “усов” (вискеров), открытую и забытую более 65 лет назад, когда в состав припоя на основе Sn был введен Pb.
необходимости применения смешанной технологии, в зарубежном названии обратная совместимость (backward compatibility) – монтаж на плате компонентов с различными бессвинцовыми покрытиями выводов/контактов пайкой эвтектическим или близким к нему припоем SnPb.
Требования директивы RoHS, принятой странами Евросоюза, США, Японии и Китая, затрагивают бытовую электронику и не касаются ответственной промышленной электроники и, тем более, аппаратуры военного, аэрокосмического применения и систем жизнеобеспечения.
В рамках унификации покрытий компонентов (без Pb) между странами Евросоюза и США достигнуто соглашение об использовании матового покрытия чистого Sn (Matt Sn plating), как обладающего хорошей смачиваемостью и дешевого и допускающего применение “backward compatibility”:
Покрытие выводов компонентов матовым Sn сочетается с SnPb припоями и не нарушает металлургию паяного соединения, т.е. не изменяет физико-механических свойств припоя в объеме паяного соединения, поскольку объем Sn покрытия при толщине ~10 мкм существенно меньше объема припоя паяного соединения (толщина припойной пасты ~150 мкм + толщина покрытия припоем контактной площадки ПП ~30 мкм). Покрытие выводов компонентов матовым Sn обеспечивает их пайку конвекционным оплавлением пастой околоэвтектического сплава SnPbAg по стандартному термопрофилю при пиковых температурах корпуса компонента 235оС.
При исследовании паяемости матового олова были получены высокие оценки, но сделан вывод, что парогазовая пайка (конденсационная) предпочтительнее конвекционной пайки, ибо гарантированно обеспечивает оплавление покрытия Sn на несмоченных припоем поверхностях выводов компонентов.
С увеличением требований к производителям электроники в области повышения эффективности и снижения себестоимости использование оптимального процесса отмывки становится одним из ключевых факторов. Промывочные жидкости находят все более широкое применение: отмывка при производстве компонентов, очистка трафаретов во время трафаретной печати и после нее, очистка печей оплавления и установок пайки волной припоя, очистка оснастки и, конечно, отмывка печатных плат от остатков флюса.
О промывочных жидкостях, их влиянии на качество, производительность и стоимость процессов производства электроники говорил в своем докладе Олаф Шоенфелд (Olaf Shoenfeld), представитель фирмы ZESTRON.
Рассматривались вопросы: требования к технологиям отмывки в производстве печатных узлов, оптимизация затрат отмывки печатных узлов, улучшение производительности очистки трафаретов и удаления ошибочно нанесенной паяльной пасты.
Вопрос дозирования паяльной пасты и прецизионного ее нанесения очень важен в технологии печатных плат. Универсальная установка дозирования Spectrum S-820 поддерживает различные дозаторы Asymtek: шнековые, пневматические, пьезоэлектрические. Она имеет видеосистему с программируемым уровнем освещения для программирования и позиционирования ПП по реперным знакам, осуществляет контроль перемещения головки по оси Z.
Автомат установки Essemteс FLX-2011V совмещает две функции, дозирование и установку компонентов, на одной платформе. Возможна установка двух дозаторов одновременно, также возможно дооснащение установки дозатором в процессе эксплуатации у заказчика.
Технология селективного нанесения влагозащитных покрытий рассматривалась в докладе А.В.Кивелева (Главный специалист ЗАО Предприятие Остек).
Традиционные методы нанесени (покрытие ручное, покрытие окунанием и распылением) имеют недостатки: низкую повторяемость, покрытие разной толщины, большой расход материала, наличие операции маскирования, большую трудоемкость.
Метод селективного нанесения влагозащитных покрытий имеет следующие преимущества: высокая повторяемость, отсутствие маскирования, возможность автоматизации процесса, отсутствие влияния человеческого фактора, гибкость, безопасность при работе с материалами на основе растворителей, высокая производительность.
Для нанесения влагозащитного покрытия предназначены модули: SC-300 Swirl Coat, SC-10Х/SC-20Х Film Coater, SC-400 Precise Coat. Модуль SC-300 может работать в трех режимах: струйный, режим закрученной струи и режим распыления.
В качестве влагозащитных покрытий ЗАО Предприятие Остек предлагает современные материалы: однокомпонентные, на водной основе, на растворителях и УФ-отверждения. Они наносятся в один слой, время жизни до одного года, возможно применение всех известных методов нанесения.
В ЗАО Предприятие Остек организована первая в России лаборатория влагозащиты. В лаборатории проводятся первичная отработка технологии (параметры нанесения, определение количества материала, подбор профиля отверждения, устранение причин дефектов), подбор материалов (тип лака и растворитель) и обучение специалистов. ⦁
перевооружение – единственный путь развития современного производства – тема доклада Павла Агафонова
(ЗАО Предприятие Остек). Аудит – это первый шаг построения эффективного производства. В докладе приводились примеры аудитов производств по выпуску электронной техники и результаты внедрения новых технологических решений, позволивших улучшить качество продукции и повысить эффективность производства. Рассмотрен принцип технического перевооружения, построенного на поэтапном переоснащении участков. По мнению П.Агафонова, аудит – это первый шаг построения эффективного производства.
Аудит проводится, чтобы определить:
соответствует ли производство современным стандартам по качеству для выпуска изделий с заданными требованиями;
готово ли производство к новым технологиям, применяемым или планируемым к применению в новых изделиях;
целесообразна и необходима ли на сегодняшний момент дополнительная закупка оборудования и технологий.
Направления аудита могут быть разные: оценка квалификации персонала; анализ эффективности работы автоматической сборочной линии; оценка качества и порядка проведения технического обслуживания оборудования; оценка методики анализа дефектов и т.д. За пять лет было проведено более 30 аудитов на предприятиях радиоэлектронного комплекса по выпуску как гражданской продукции, так и специального назначения. Результат: ни одно предприятие по организации и техническому оснащению не готово к выпуску конкурентоспособных изделий мирового уровня.
С целью повышения эффективности производства докладчик предложил следующий план действий: проведение технологического аудита изделий; разработка типового технологического процесса; проведение технологического аудита производства; разработка комплексных проектов технического перевооружения, единых правил конструирования и т.д.; выработка рекомендаций по повышению эффективности; определение этапов технического перевооружения и техническое перевооружение.
Пономаренко Владимир Дмитриевич, Заслуженный метролог России, член-корреспондент Академии проблем качества в своем выступлении сделал обзор современного контрольно-измерительного и испытательного оборудования.
При визуальном контроле качества промежуточных технологических операций применяются безокулярный стереоувеличитель, в том числе его модификация с ультрафиолетовой подсветкой для контроля качества отмывки, и исследовательская видеосистема KH-7700, которая обеспечивает увеличение до х7000 для контроля BGA-компонентов и построение 3D-моделей.
Специализированное рабочее место визуального контроля VS8 позволяет контролировать качество паяных соединений, печатных плат и сборочных узлов, возможен осмотр элементов сбоку под углом 36°.
Промышленные профиль-проекторы фирмы Jatan предназначены для выполнения оценочных геометрических измерений габаритных деталей непосредственно на рабочем месте в цеховых условиях. На большом круглом экране отображается четкое и контрастное увеличенное изображение контролируемого объекта, на таком экране легко выполнять оценочные измерения.
Оборудование для механических и климатических испытаний включает:
климатические камеры ESPEC (TABAI), Япония. Диапазон температур от -85 до 180°С, диапазон относительной влажности от 5 до 98%, рабочий объем от 22,5 л до 180 м3;
электродинамические виброустановки IMV, Япония. Диапазон частот от 2 до 20000 Гц, выталкивающее усилие до 400 кН;
термовакуумные камеры TIRA GmbH, Германия. Диапазон температур от -180 до 130°С, вакуум до 10-7;
пневматические ударные стенды AVEX, США. Диапазон ускорений от 3 до 30000 g, допустимая масса образца до 453 кг, длительность импульса от 0,012 до 100 мс;
электромеханические виброустановки IDEX (Япония) и LAB Equipment (США). Ускорение до 10 g, диапазон частот от 5 до 67 Гц; допустимая масса образца от 25 до 680 кг.
ЗАО Предприятие Остек проводит подбор рассматриваемого оборудования под конкретные задачи заказчика, производит установку, пусконаладку, иструктаж специалистов заказчика по эксплуатации и обслуживанию оборудования с выдачей сертификата.
Работа в высокотехнологичной сфере, какой является производство электроники, требует постоянного обучения персонала. Использование автоматического тестового оборудования (АТО) даже при виртуозном владении не будет достаточно эффективным без стремления инженеров, работающих на нем, к повышению эффективности своего труда, в которую входят тестовое покрытие изделий, упрощение операций, спектр покрываемых дефектов, производительность и многое другое. Как мотивировать тест-инженеров, а тем более, разработчиков думать об этом? Об этом говорил Алексей Иванов, представитель компании JTAG Technologies в России в своем докладе “Роль обучения и обмена опытом в повышении эффективности тестирования электроники».
Уровни развития тестирования на предприятиях докладчик определил следующим образом.
Уровень 0. Отсутствие структурного теста. Использование устаревшей оснастки и программ для отладки опытных образцов.
Уровень 1. Использование АТО отдельно от “традиционных” функциональных проверок. Два вида тестирования – функциональное и структурное существуют параллельно. У АТО используется только автоматическая генерация: то, что можно сделать автоматом.
Уровень 2. Усложнение и дополнение тестов АТО. Добавление тестов, требующих ручного написания и некоторых функциональных проверок. Добавление программирования в процесс тестирования. Максимальное тестовое покрытие и диагностика дефектов.
Уровень 3. Интеграция структурных тестов с функциональными проверками. Унификация рабочих мест. Построение автоматизированных тестовых комплексов. Оптимизация процесса.
А.Иванов заметил, что сегодня в России на радиоэлектронных предприятиях можно наблюдать в основном уровни 0 и 1, очень редко уровень 2.
Автоматическое тестовое оборудование позволяет локализовывать производственные дефекты с точностью до вывода, цепи, компонента. Аналитическую обработку результатов должен проводить тест-инженер, т.е. инженер, который занимается только тестированием. Необходимо постоянно повышать квалификацию тест-инженера, т.е. должны проводиться обучающие семинары компаний-поставщиков оборудования и техническое обучение работе на АТО. Тест-инженер должен участвовать как в работе конференций, форумов, симпозиумов, так и в производственных совещаниях с участием инженеров по ремонту и разработчиков.
Только при таких условиях, считает представитель компании JTAG Technologies, проблема повышения эффективности тестирования электроники может быть успешно решена.
Миниатюризация печатных плат, значительное увеличение плотности монтажа, появление новых методов пайки, современные методы электроконтроля и бессвинцовые технологии повысили требования к финишным покрытиям.
Финишное покрытие должно обеспечить сохранение паяемости печатных плат длительное время; возможность проведения нескольких перепаек; плоское и ровное покрытие; надежный монтаж электронных компонентов и паяных соединений.
В докладе “Финишные покрытия под поверхностный монтаж современной элементной базы” подробно рассматривались технологии и виды иммерсионных финишных покрытий: горячее лужение ПОС-63 (HASL); иммерсионное золочение с подслоем никеля (Electroless Nickel/ Immersion Gold – ENIG); иммерсионное серебрение (ImmAg – Immersion Ag); органическая защита OSP (Organic Solderability Preservative); иммерсионное олово с подслоем органического металла (Immersion Tin – ImmSn).
Горячее лужение ПОС-63 (HASL). Толщина покрытия 12–20 мкм. Метод имеет свои плюсы и минусы.
Плюсы: это традиционный метод нанесения покрытия; технология нанесения и дальнейшего использования плат, покрытых HASL, хорошо отработана; хорошая прочность паяного соединения; выдерживает множество циклов пайки.
Минусы: значительная неплоскостность контактных площадок; содержит свинец; затруднено применение для плат с большим соотношением толщины платы и диаметра металлизированного отверстия; значительная тепловая нагрузка на плату, что может вызвать ее коробление; жесткий термоудар, который испытывают межслойные соединения многослойной платы при погружении в расплавленный припой; возможны замыкания контактных площадок компонентов с малым шагом; данный метод не рекомендуется применять для компонентов с шагом менее 0,5 мм.
Иммерсионное золочение с подслоем никеля (Electroless Nickel/Immersion Gold – ENIG). Толщина никеля 3–6 мкм; золота 0,05–0,1 мкм.
Плюсы: плоская поверхность, равномерная толщина покрытия; подходит для установки компонентов с малым шагом; не влияет на размер металлизированных отверстий; выдерживает многократное термоциклирование; длительный срок хранения; хорошая паяемость; хорошая смачиваемость припоем при правильном подборе флюса.
Минусы: возможно появление дефектов типа “черные площадки”; несовместимость многих паяльных масок с высокотемпературной ванной никелирования; не рекомендуется для плат с высокоскоростными сигналами; паяемость зависит от правильного выбора очистителей, флюса и режимов пайки; содержит никель, который считается канцерогеном; относительно высокая стоимость.
Иммерсионное серебрение (ImmAg-Immersion Ag). Толщина покрытия 0,05–0,1 мкм.
Плюсы: плоская поверхность, равномерная толщина покрытия; подходит для установки компонентов с малым шагом; не влияет на размер металлизированных отверстий; длительный срок хранения; дефекты типа “черные площадки” отсутствуют; достаточно простой процесс нанесения; сравнительно недорогое покрытие.
Минусы: высокий коэффициент трения, не оптимально для монтажа элементов методом запрессовки (press-fit); покрытие может тускнеть со временем; высокая миграционная способность серебра приводит к росту дендридов и волосяных мостиков, что, в свою очередь, приводит к коротким замыканиям.
Органическая защитная пленка OSP (Organic Solderability Preservative). Толщина покрытия 0,2–0,6 мкм.
Плюсы: плоская поверхность; не влияет на размер металлизированных отверстий; быстрый, достаточно недорогой процесс нанесения; не содержит никель; хорошая прочность паяных соединений.
Минусы: покрытие непригодно к повторной пайке; ограниченное термоциклирование; покрытие чувствительно к растворителям, которые применяются для удаления неправильно нанесенной паяльной пасты; при электротестировании платы тестовые щупы прокалывают покрытие, что может привести к появлению участков открытой меди.
Иммерсионное олово с подслоем органического металла (Immersion Tin-ImmSn). Толщина олова 0,5–0,8 мкм.
Плюсы: отличная паяемость; плоская поверхность; покрытие подходит для установки компонентов с малым шагом выводов; можно использовать те же паяльные пасты, что и для плат с покрытием HASL; полная совместимость с бессвинцовыми припоями; способность к многократной перепайке; допускается осаждение покрытия как по защитной маске, так и до нанесения маски.
Процесс прост в эксплуатации, легко контролируется, экономичен, может проводиться как в вертикальном, так и в горизонтальном типе оборудования. В настоящее время технология покрытия ImmSn с подслоем органического металла внедрена на 15 российских предприятиях и успешно работает. На все растворы, применяемые в процессе осаждения иммерсионного олова с подслоем органического металла, написаны российские ТУ, а сам процесс введен в действующий стандарт отрасли ОСТ 107.460092.028-96 “Печатные платы. Технические требования к технологии изготовления”.
Что касается других рассмотренных иммерсионных покрытий, то при их внедрении в производство печатных плат необходимо следовать разработанным в ЗАО Предприятие Остек рекомендациям для каждого вида иммерсионного покрытия.
О надежности паяных соединений при смешанной технологии поверхностного монтажа (пайка эвтектическим припоем SnPb компонентов с бессвинцовыми покрытиями выводов/контактов) доложил Лев Егоров, ВНИИА им. Н.Л.Духова.
Надежность паяных соединений (ПС) выводов/контактов компонентов на поверхность контактных площадок печатных плат (ПП) зависит от множества факторов, которые должны учитываться при проектировании модуля, начиная с выбора компонентов и материалов при проектировании топологии ПП.
Надежность паяного соединения обеспечивается cоблюдением комплекса требований, норм, правил и процедур при проектировании и изготовлении модулей, сформулированных в IPC-D-279, “Руководство по проектированию надежных сборок на печатных платах с использованием технологии поверхностного монтажа”, а также в ряде стандартов IPC, следующих соблюдению трех основных принципов: технологичности, контролепригодности и надежности.
Внедрение директивы RoHS привело к следующим неудобствам:
исчезновению с рынка компонентов с покрытием выводов/контактов SnPb;
появлению на рынке компонентов с разнообразными (без Pb) металлическими покрытиями выводов/контактов компонентов с классификацией видов покрытий по стандарту IPC-1066;
использованию припоев на основе Sn и чистого Sn для покрытий выводов компонентов возродило страх “оловянной чумы” и реанимировало проблему образования “усов” (вискеров), открытую и забытую более 65 лет назад, когда в состав припоя на основе Sn был введен Pb.
необходимости применения смешанной технологии, в зарубежном названии обратная совместимость (backward compatibility) – монтаж на плате компонентов с различными бессвинцовыми покрытиями выводов/контактов пайкой эвтектическим или близким к нему припоем SnPb.
Требования директивы RoHS, принятой странами Евросоюза, США, Японии и Китая, затрагивают бытовую электронику и не касаются ответственной промышленной электроники и, тем более, аппаратуры военного, аэрокосмического применения и систем жизнеобеспечения.
В рамках унификации покрытий компонентов (без Pb) между странами Евросоюза и США достигнуто соглашение об использовании матового покрытия чистого Sn (Matt Sn plating), как обладающего хорошей смачиваемостью и дешевого и допускающего применение “backward compatibility”:
Покрытие выводов компонентов матовым Sn сочетается с SnPb припоями и не нарушает металлургию паяного соединения, т.е. не изменяет физико-механических свойств припоя в объеме паяного соединения, поскольку объем Sn покрытия при толщине ~10 мкм существенно меньше объема припоя паяного соединения (толщина припойной пасты ~150 мкм + толщина покрытия припоем контактной площадки ПП ~30 мкм). Покрытие выводов компонентов матовым Sn обеспечивает их пайку конвекционным оплавлением пастой околоэвтектического сплава SnPbAg по стандартному термопрофилю при пиковых температурах корпуса компонента 235оС.
При исследовании паяемости матового олова были получены высокие оценки, но сделан вывод, что парогазовая пайка (конденсационная) предпочтительнее конвекционной пайки, ибо гарантированно обеспечивает оплавление покрытия Sn на несмоченных припоем поверхностях выводов компонентов.
С увеличением требований к производителям электроники в области повышения эффективности и снижения себестоимости использование оптимального процесса отмывки становится одним из ключевых факторов. Промывочные жидкости находят все более широкое применение: отмывка при производстве компонентов, очистка трафаретов во время трафаретной печати и после нее, очистка печей оплавления и установок пайки волной припоя, очистка оснастки и, конечно, отмывка печатных плат от остатков флюса.
О промывочных жидкостях, их влиянии на качество, производительность и стоимость процессов производства электроники говорил в своем докладе Олаф Шоенфелд (Olaf Shoenfeld), представитель фирмы ZESTRON.
Рассматривались вопросы: требования к технологиям отмывки в производстве печатных узлов, оптимизация затрат отмывки печатных узлов, улучшение производительности очистки трафаретов и удаления ошибочно нанесенной паяльной пасты.
Вопрос дозирования паяльной пасты и прецизионного ее нанесения очень важен в технологии печатных плат. Универсальная установка дозирования Spectrum S-820 поддерживает различные дозаторы Asymtek: шнековые, пневматические, пьезоэлектрические. Она имеет видеосистему с программируемым уровнем освещения для программирования и позиционирования ПП по реперным знакам, осуществляет контроль перемещения головки по оси Z.
Автомат установки Essemteс FLX-2011V совмещает две функции, дозирование и установку компонентов, на одной платформе. Возможна установка двух дозаторов одновременно, также возможно дооснащение установки дозатором в процессе эксплуатации у заказчика.
Технология селективного нанесения влагозащитных покрытий рассматривалась в докладе А.В.Кивелева (Главный специалист ЗАО Предприятие Остек).
Традиционные методы нанесени (покрытие ручное, покрытие окунанием и распылением) имеют недостатки: низкую повторяемость, покрытие разной толщины, большой расход материала, наличие операции маскирования, большую трудоемкость.
Метод селективного нанесения влагозащитных покрытий имеет следующие преимущества: высокая повторяемость, отсутствие маскирования, возможность автоматизации процесса, отсутствие влияния человеческого фактора, гибкость, безопасность при работе с материалами на основе растворителей, высокая производительность.
Для нанесения влагозащитного покрытия предназначены модули: SC-300 Swirl Coat, SC-10Х/SC-20Х Film Coater, SC-400 Precise Coat. Модуль SC-300 может работать в трех режимах: струйный, режим закрученной струи и режим распыления.
В качестве влагозащитных покрытий ЗАО Предприятие Остек предлагает современные материалы: однокомпонентные, на водной основе, на растворителях и УФ-отверждения. Они наносятся в один слой, время жизни до одного года, возможно применение всех известных методов нанесения.
В ЗАО Предприятие Остек организована первая в России лаборатория влагозащиты. В лаборатории проводятся первичная отработка технологии (параметры нанесения, определение количества материала, подбор профиля отверждения, устранение причин дефектов), подбор материалов (тип лака и растворитель) и обучение специалистов. ⦁
Отзывы читателей
