Выпуск #2/2006
http://www.circuitry.ru/pdf/2_2006/1685.pdf
Бессвинцовые технологии при производстве печатных плат
Бессвинцовые технологии при производстве печатных плат
Просмотры: 1477
Нормы по ограничению использования свинца в технологии производства печатных плат повлияли на всю цепочку поставок в области электронной индустрии. Рассматриваются вопросы, связанные с производством печатных плат, и изменения, касающиеся перехода на "бессвинцовое" производство.
Нормы по использованию свинца налагают свои требования на всю цепочку поставок в области электроники. Производителям печатных плат для электронной техники полезно узнать о материалах, используемых при производстве печатных плат без использования свинца и об изменениях, касающихся перехода на бессвинцовое производство. Производители печатных плат должны иметь информацию о трех областях производства PCB и их последующей обработки: 1) о нанесении финишного покрытия, 2) о параметрах материалов, используемых при производстве PCB (температура разложения (Td), коэффициент теплового расширения (CTE) и температура стеклования (Tg), по своей важности следующие именно в этом порядке), 3) о пластичности медной поверхности в переходных отверстиях, особенно в многослойных платах и в платах с "глухими" и "слепыми" переходами.
Производители печатных плат начали искать альтернативу свинцу для нанесения финишного покрытия еще до начала "антисвинцового движения" (Lead-free movement). Особенно это относилось к плоским поверхностям монтажных плат, к требованиям по качеству мягких припоев и к надежности сборки. Современные разработки, благодаря нормам "бессвинцового" производства, предоставили возможность решения задач, касающихся альтернативного покрытия. Исследования надежности бессвинцовой пайки продолжаются до сих пор, несмотря на широко внедренный в настоящее время метод выравнивания поверхности при помощи покрытия "горячей воздушной струей" (HASL – Hot Air Solder Leveling), использующий сплавы серебра, меди и олова и считающийся надежной заменой испытанного способа традиционного покрытия. Созданные ранее методы альтернативного финишного покрытия, такие как нанесение серебра и олова методом погружения и ENIG-процесс (покрытие иммерсионным тонким золотом), могут быть практической заменой метода "горячей воздушной струи".
Основными требованиями, определяющими целесообразность замены метода "воздушного ножа", являются: пригодность к пайке, надежность паяного соединения, износостойкость и величина сопротивления при слабом контакте. Сегодняшним функциональным требованиям, предъявляемым к нанесению финишного состава, вполне удовлетворяют такие покрытия, как иммерсионное серебро, иммерсионное олово и химическое иммерсионное никель-палладиевое золото.
К самым распространенным финишным покрытиям относятся иммерсионное серебро и иммерсионное олово. Они более предпочтительны, так как в процессе окончательной сборки, независимо от используемого бессвинцового припоя, эти материалы формируют паяное соединение, замещая олово (в случае использования иммерсионного олова) или серебро (в случае использования иммерсионного серебра), создавая интерметаллическое соединение, такое как олово-медь. Ранее с иммерсионным оловом возникали проблемы, касающиеся роста нитевидных кристаллов, но сегодня (с использованием современной технологии иммерсионного олова) этот вопрос полностью исчерпан. Иммерсионное серебро довольно восприимчиво к обращению, и отсюда "вытекают" вопросы, относящиеся к сроку годности при хранении. Однако эти вопросы решаются бережным отношением и использованием упаковочной бумаги, не содержащей серы. Срок годности обоих покрытий, при условии хранения в герметичной упаковке и при использовании в качестве промежуточного слоя между платами бумаги, не содержащей серы, составляет от девяти месяцев до одного года.
Для бессвинцовой пайки могут быть использованы различные, конкурирующие между собой сплавы: олово-медь, олово-серебро, олово-висмут, олово-цинк, олово-индий и олово-сурьма. Первые два-три сплава могут быть использованы в процессе сборки печатных плат. Один из этих сплавов может быть использован для бессвинцового выравнивания методом "горячей воздушной струи". Предметом спора остается выбор материала: олово, медь или серебро.
Направление развития рынка PCB и продуктов электронной индустрии
На финишные покрытия обращают внимание самые разные сегменты рынка. Японские и некоторые американские компании предпочитают использовать методы органического покрытия (OSP) для обеспечения "бессвинцового" производства. Европейские производители склоняются к использованию ENIG-процесса, иммерсионного олова и иммерсионного серебра (в таком порядке предпочтения). Великобритания идет тем же путем, что и остальная Европа, за исключением того, что некоторые производители печатных плат не склонны использовать иммерсионное олово, поскольку оно содержит тиамочевину, считающуюся вредным веществом, и на использование которой налагаются строгие нормы. В США "антисвинцовое движение" привлекло внимание сборщиков аппаратуры и производителей системных продуктов. В основном, при "бессвинцовом" производстве ими используется ENIG-процесс и, в меньшей степени, применяется иммерсионное олово и серебро.
Метод "горячей воздушной струи" широко используется производителями, не применяющими планарный монтаж (SMT – Surface Mount Technology) или корпус BGA c массивом шариковых выводов (BGA – Ball Grid Array), и чьи платы содержат больше свинцовых компонентов, чем платы SMT с множеством свободного пространства. Но производители печатных плат с наличием множества важных элементов, установленных при помощи технологии планарного монтажа SMT, предпочитают альтернативные финишные покрытия, такие как OSP, ENIG, иммерсионное олово и иммерсионное серебро.
У всех способов покрытия есть свои преимущества и недостатки. Выбор того или иного из них зависит от простоты применения и точной настройки параметров сборки, используемого флюса и т.д. Конечно, точная настройка и расширенные испытания сборки необходимы при использовании любых альтернативных покрытий. В настоящее время самым распространенным способом нанесения финишного покрытия является ENIG, за ним следуют метод органического покрытия, иммерсионное олово и иммерсионное серебро. Однако эта пропорция в скором времени может сильно измениться. Использование иммерсионного серебра начало привлекать к себе серьезное внимание с тех пор, как, благодаря достижениям в области химии, была устранена проблема срока годности при хранении. После устранения проблемы роста нитевидных кристаллов усилилось и использование иммерсионного олова. Однако оба эти покрытия требуют особого к себе отношения при упаковке и транспортировке продукции.
На использование бессвинцового финишного покрытия методом "горячей воздушной струи" сильно повлияло требование к плоскостности контактной площадки, что является значительной проблемой, не говоря уже о том факте, что при производстве плат должны применяться высокие температуры. Состав бессвинцового припоя может быть разным и, как уже было сказано, до сих пор предметом спора остается вопрос об использовании сплавов олово-медь-серебро. Однако надежность и удобство операции по созданию паяного соединения, вероятно, говорят в пользу метода покрытия "горячей воздушной струей". Метод HASL был "рабочей лошадкой" на протяжении многих лет, доказав в деле свою работоспособность.
Поскольку требования к плоскостности становятся необходимостью для таких печатных монтируемых компонентов, как корпуса BGA, PBGA и перевернутые чипы, то маловероятно, что технология выравнивания "горячей воздушной струей" без использования свинца будет последним в ряду кандидатом на роль финишного покрытия. Но для плат с второстепенными элементами, для монтажа которых используется технология SMT, а также с элементами, содержащими свинец, промышленность будет продолжать использовать испытанную технологию HASL с припоем без свинца.
Финишное покрытие следует выбирать согласно функциональным требованиям, применяемым к платам. Как правило, покрытие должно отвечать нормам плоскостности, быть интерметаллическим сплавом медь-олово, иметь хорошую надежность паяного соединения с относительно долгим сроком годности при хранении. Еще одно требование, которое должно быть учтено, – это возможность склеивания проволочных элементов.
Требования к материалам, используемым для производства печатных плат, возникают из соображений использования высоких температур при пайке оплавлением, при вторичной обработке и при пайке волной припоя. Это обусловлено использованием бессвинцовой паяльной пасты и бессвинцовой пайки, которые имеют более высокую точку плавления (примерно на 35°C – 40°C), по сравнению с эвтектикой, содержащей свинец.
При выборе материалов для печатных плат нужно иметь в виду следующие соображения: 1) необходимость сопротивления высоким температурам, 2) количество повторных паек припоем и доработок, 3) высокий коэффициент повторяемости, 4) остаточное содержание меди, 5) толщина платы и 6) требования, предъявляемые к надежности металлизированных монтажных отверстий (PTH – Plated Through Hole). Дополнительно необходимо учитывать такие требования к рабочим характеристикам, как возможность проведения испытаний интегрированных систем (IST –Integrated System Test), учитывать особенности поля анизотропии кристаллов (CAF – Crystalline Anisotropy Field) и наличие термических циклов. Производители печатных плат должны пересмотреть выбор используемого материала из-за толщины плат, наличия "глухих" и "слепых" переходов, использования смешанных материалов и гибридных конструкций.
Кроме того, что для производства печатных плат должны приниматься во внимание все вышеперечисленные факторы, при выборе материала-основы для стандартных печатных плат толщиной 1,6 мм, включающих в себя до 10 слоев, необходимо учитывать и такие факторы, как: 1) температура разложения (Td), 2) коэффициент теплового расширения (CTE) по Z-оси, 3) температура стеклования (Tg), 4) противодействие эффекту анизотропии кристаллов (CAF) и 5) требования к выдерживаемой температуре T288°C/T260°C (как минимум).
Температура декомпозиции платы (Td) принимается приблизительно равной температуре, при которой материал платы теряет 5% веса. Это особенно важно при производстве по бессвинцовой технологии, когда Tg на 35°C – 48°C больше. Параметр Td должен увеличиваться пропорционально числу циклов оплавления. В любом случае для бессвинцовой сборки неплохо, чтобы Td была выше 310°C.
Коэффициент теплового расширения (CTE) по Z-оси
Надежность отверстий зависит от того, насколько малым будет коэффициент теплового расширения (CTE) у слоя покрытия вдоль оси отверстия между слоями покрытия (по Z-оси). Меньший коэффициент CTE сокращает напряжение в межсоединениях. Результаты испытаний полной сборки продукта (IST) зависят от того, насколько малым может быть CTE используемого материала. Суммарное расширение и предварительная обработка являются основными факторами, влияющими на результаты IST.
При повышении температуры стеклования (Tg) повышается и температура, вызывающая переход материала платы из твердого в более мягкое состояние, таким образом, общее расширение будет меньше. При более низком Tg можно добиться меньшего CTE по Z-оси с помощью заполнителей.
Чем выше Tg материала, тем выше его стоимость. Поэтому, в обычном случае лучше использовать материал с более низким CTE по Z-оси и с обычной температурой стеклования (Tg) при более высоком значении температуры разложения платы (Td). Для производства многослойных плат этого можно добиться, используя заполнители и подбирая отвердитель для повышения Td. Взаимосвязь между CTE и Tg представлена на рис.2.
Суммарное расширение является наиболее важным параметром. В случае использования материала "B", несмотря на то, что температура стеклования (TgB) выше, суммарное расширение также высоко. Тогда как коэффициент CTE может быть изменен при помощи заполнителей, изменение температуры разложения платы (Td) или T260 может быть достигнуто заменой полимера или отвердителя.
Для определения времени, уходящего на расслоение при температурах 260°C и 288°C, был проведен эксперимент с материалами с высокими и низкими значениями Tg и Td (Рис.3).
Стандарты IPC для обычной температуры Tg
Стандарты IPC для промышленных вариантов персональных компьютеров (IPC – Industrial Personal Computer) IPC 4101/99 и IPC 4101/101 предъявляют технические требования для бессвинцовой технологии производства плат с обычными и высокими Tg. Стандарт IPC 4101/101 для обычных Tg описывает: a) полимерные системы (без использования дициана (CN)2), b) многофункциональные эпоксидные смолы, c) бром, отвечающий стандарту RoHS (ограничения на использование опасных материалов), d) Tg до 150°C, e) UL-максимальную рабочую температуру 130°C. Td должна равняться, по меньшей мере, 310°C, иметь отношение Z-оси по Tg ниже 60 промилле/°C, CTE по Tg выше 300 промилле/°C и выдерживать требование T288°C, проявляя устойчивость в течение 5 минут при температуре 288°C.
Для бессвинцовой сборки эти требования являются основными, и чем выше значения параметров, тем лучше. Стандарт IPC 4101/99 определяет требования для полимеров, многофункциональной эпоксидной смолы, отвердителя без использования дициандиамида, огнезащитного состава брома, отвечающего стандарту RoHS, Tg от 150°C до 200°C, Td – минимум 330°C, CTE по Z-оси в пределах 50–260°C при 3,5%, и T288, равной, как минимум, 5.
Необходимо заметить, что важным требованием становится противодействие эффекту CAF. Чем ниже CTE по Z-оси, тем лучше параметры по результатам испытаний IST. Следует отметить особенности многослойных материалов, не содержащих бромовых компонентов. Стоимость таких материалов для бессвинцовой технологии обычно выше. Используемые сегодня материалы превышают требования стандарта IPC 4101, а бессвинцовый слоистый пластик с обычной Tg имеет следующие рабочие характеристики: Tg 140–150°C, Td = 325°C и выше, отношение CTE по Z-оси меньшее, чем Tg, равно 50 промилле/°C, а превышающее Tg равно 250 промилле/°C, T288 составляет 10–15 минут и T260 больше 60 минут.
Производителю важно оценивать слоистый пластик по числу циклов оплавления, типу продукта, пропорциональности, толщине, удержанию меди, количеству слоев, "глухих" и "слепых" переходов и т.д.
Производители слоистых материалов нашли выход в использовании для бессвинцовой технологии усовершенствованного материала FR4, доступного сейчас для коммерческого использования. Его полимерная система имеет более высокую термостойкость, что приводит к увеличению температуры разложения. Полимеры Novolac являются наиболее распространенными в настоящее время.
Пластичность меди в отверстиях (особенно для многослойных плат (MLB – Multilayer Board)) также стала очень важным параметром в современном производстве. Хотя коэффициент CTE по Z-оси является очень важным параметром, пластичность меди в отверстиях не менее важна для производителей PCB.
Для увеличения пластичности важны не только достижения химической промышленности, но и параметры печати. Достичь хорошей пластичности в довольно большой степени помогает печать методом периодического спадающего пульса.
Заключение
Как бы странно это ни звучало, но подготовка для производства бессвинцовых печатных плат намного проще по сравнению с изменениями, с которыми придется столкнуться сборщикам аппаратуры. Для того чтобы прийти к единому мнению с потребителями, с ними необходимо вести постоянный и взаимовыгодный диалог.
Сборщикам аппаратуры необходимо сближение с производителями печатных плат, благодаря которому может быть осуществлен правильный выбор материала, финишного покрытия, бессвинцовых сплавов и пасты. В конце концов, сборщикам аппаратуры жизненно необходимо знать точные параметры и профили температур, которые наилучшим образом сочетаются с выбранными материалами.
Сударсанам Гитачари
g.sudarsanam@gmail.com или finelineus@aol.com
Генеральный директор Fine-Line Circuits Ltd. (Мумбай, Индия).
Производители печатных плат начали искать альтернативу свинцу для нанесения финишного покрытия еще до начала "антисвинцового движения" (Lead-free movement). Особенно это относилось к плоским поверхностям монтажных плат, к требованиям по качеству мягких припоев и к надежности сборки. Современные разработки, благодаря нормам "бессвинцового" производства, предоставили возможность решения задач, касающихся альтернативного покрытия. Исследования надежности бессвинцовой пайки продолжаются до сих пор, несмотря на широко внедренный в настоящее время метод выравнивания поверхности при помощи покрытия "горячей воздушной струей" (HASL – Hot Air Solder Leveling), использующий сплавы серебра, меди и олова и считающийся надежной заменой испытанного способа традиционного покрытия. Созданные ранее методы альтернативного финишного покрытия, такие как нанесение серебра и олова методом погружения и ENIG-процесс (покрытие иммерсионным тонким золотом), могут быть практической заменой метода "горячей воздушной струи".
Основными требованиями, определяющими целесообразность замены метода "воздушного ножа", являются: пригодность к пайке, надежность паяного соединения, износостойкость и величина сопротивления при слабом контакте. Сегодняшним функциональным требованиям, предъявляемым к нанесению финишного состава, вполне удовлетворяют такие покрытия, как иммерсионное серебро, иммерсионное олово и химическое иммерсионное никель-палладиевое золото.
К самым распространенным финишным покрытиям относятся иммерсионное серебро и иммерсионное олово. Они более предпочтительны, так как в процессе окончательной сборки, независимо от используемого бессвинцового припоя, эти материалы формируют паяное соединение, замещая олово (в случае использования иммерсионного олова) или серебро (в случае использования иммерсионного серебра), создавая интерметаллическое соединение, такое как олово-медь. Ранее с иммерсионным оловом возникали проблемы, касающиеся роста нитевидных кристаллов, но сегодня (с использованием современной технологии иммерсионного олова) этот вопрос полностью исчерпан. Иммерсионное серебро довольно восприимчиво к обращению, и отсюда "вытекают" вопросы, относящиеся к сроку годности при хранении. Однако эти вопросы решаются бережным отношением и использованием упаковочной бумаги, не содержащей серы. Срок годности обоих покрытий, при условии хранения в герметичной упаковке и при использовании в качестве промежуточного слоя между платами бумаги, не содержащей серы, составляет от девяти месяцев до одного года.
Для бессвинцовой пайки могут быть использованы различные, конкурирующие между собой сплавы: олово-медь, олово-серебро, олово-висмут, олово-цинк, олово-индий и олово-сурьма. Первые два-три сплава могут быть использованы в процессе сборки печатных плат. Один из этих сплавов может быть использован для бессвинцового выравнивания методом "горячей воздушной струи". Предметом спора остается выбор материала: олово, медь или серебро.
Направление развития рынка PCB и продуктов электронной индустрии
На финишные покрытия обращают внимание самые разные сегменты рынка. Японские и некоторые американские компании предпочитают использовать методы органического покрытия (OSP) для обеспечения "бессвинцового" производства. Европейские производители склоняются к использованию ENIG-процесса, иммерсионного олова и иммерсионного серебра (в таком порядке предпочтения). Великобритания идет тем же путем, что и остальная Европа, за исключением того, что некоторые производители печатных плат не склонны использовать иммерсионное олово, поскольку оно содержит тиамочевину, считающуюся вредным веществом, и на использование которой налагаются строгие нормы. В США "антисвинцовое движение" привлекло внимание сборщиков аппаратуры и производителей системных продуктов. В основном, при "бессвинцовом" производстве ими используется ENIG-процесс и, в меньшей степени, применяется иммерсионное олово и серебро.
Метод "горячей воздушной струи" широко используется производителями, не применяющими планарный монтаж (SMT – Surface Mount Technology) или корпус BGA c массивом шариковых выводов (BGA – Ball Grid Array), и чьи платы содержат больше свинцовых компонентов, чем платы SMT с множеством свободного пространства. Но производители печатных плат с наличием множества важных элементов, установленных при помощи технологии планарного монтажа SMT, предпочитают альтернативные финишные покрытия, такие как OSP, ENIG, иммерсионное олово и иммерсионное серебро.
У всех способов покрытия есть свои преимущества и недостатки. Выбор того или иного из них зависит от простоты применения и точной настройки параметров сборки, используемого флюса и т.д. Конечно, точная настройка и расширенные испытания сборки необходимы при использовании любых альтернативных покрытий. В настоящее время самым распространенным способом нанесения финишного покрытия является ENIG, за ним следуют метод органического покрытия, иммерсионное олово и иммерсионное серебро. Однако эта пропорция в скором времени может сильно измениться. Использование иммерсионного серебра начало привлекать к себе серьезное внимание с тех пор, как, благодаря достижениям в области химии, была устранена проблема срока годности при хранении. После устранения проблемы роста нитевидных кристаллов усилилось и использование иммерсионного олова. Однако оба эти покрытия требуют особого к себе отношения при упаковке и транспортировке продукции.
На использование бессвинцового финишного покрытия методом "горячей воздушной струи" сильно повлияло требование к плоскостности контактной площадки, что является значительной проблемой, не говоря уже о том факте, что при производстве плат должны применяться высокие температуры. Состав бессвинцового припоя может быть разным и, как уже было сказано, до сих пор предметом спора остается вопрос об использовании сплавов олово-медь-серебро. Однако надежность и удобство операции по созданию паяного соединения, вероятно, говорят в пользу метода покрытия "горячей воздушной струей". Метод HASL был "рабочей лошадкой" на протяжении многих лет, доказав в деле свою работоспособность.
Поскольку требования к плоскостности становятся необходимостью для таких печатных монтируемых компонентов, как корпуса BGA, PBGA и перевернутые чипы, то маловероятно, что технология выравнивания "горячей воздушной струей" без использования свинца будет последним в ряду кандидатом на роль финишного покрытия. Но для плат с второстепенными элементами, для монтажа которых используется технология SMT, а также с элементами, содержащими свинец, промышленность будет продолжать использовать испытанную технологию HASL с припоем без свинца.
Финишное покрытие следует выбирать согласно функциональным требованиям, применяемым к платам. Как правило, покрытие должно отвечать нормам плоскостности, быть интерметаллическим сплавом медь-олово, иметь хорошую надежность паяного соединения с относительно долгим сроком годности при хранении. Еще одно требование, которое должно быть учтено, – это возможность склеивания проволочных элементов.
Требования к материалам, используемым для производства печатных плат, возникают из соображений использования высоких температур при пайке оплавлением, при вторичной обработке и при пайке волной припоя. Это обусловлено использованием бессвинцовой паяльной пасты и бессвинцовой пайки, которые имеют более высокую точку плавления (примерно на 35°C – 40°C), по сравнению с эвтектикой, содержащей свинец.
При выборе материалов для печатных плат нужно иметь в виду следующие соображения: 1) необходимость сопротивления высоким температурам, 2) количество повторных паек припоем и доработок, 3) высокий коэффициент повторяемости, 4) остаточное содержание меди, 5) толщина платы и 6) требования, предъявляемые к надежности металлизированных монтажных отверстий (PTH – Plated Through Hole). Дополнительно необходимо учитывать такие требования к рабочим характеристикам, как возможность проведения испытаний интегрированных систем (IST –Integrated System Test), учитывать особенности поля анизотропии кристаллов (CAF – Crystalline Anisotropy Field) и наличие термических циклов. Производители печатных плат должны пересмотреть выбор используемого материала из-за толщины плат, наличия "глухих" и "слепых" переходов, использования смешанных материалов и гибридных конструкций.
Кроме того, что для производства печатных плат должны приниматься во внимание все вышеперечисленные факторы, при выборе материала-основы для стандартных печатных плат толщиной 1,6 мм, включающих в себя до 10 слоев, необходимо учитывать и такие факторы, как: 1) температура разложения (Td), 2) коэффициент теплового расширения (CTE) по Z-оси, 3) температура стеклования (Tg), 4) противодействие эффекту анизотропии кристаллов (CAF) и 5) требования к выдерживаемой температуре T288°C/T260°C (как минимум).
Температура декомпозиции платы (Td) принимается приблизительно равной температуре, при которой материал платы теряет 5% веса. Это особенно важно при производстве по бессвинцовой технологии, когда Tg на 35°C – 48°C больше. Параметр Td должен увеличиваться пропорционально числу циклов оплавления. В любом случае для бессвинцовой сборки неплохо, чтобы Td была выше 310°C.
Коэффициент теплового расширения (CTE) по Z-оси
Надежность отверстий зависит от того, насколько малым будет коэффициент теплового расширения (CTE) у слоя покрытия вдоль оси отверстия между слоями покрытия (по Z-оси). Меньший коэффициент CTE сокращает напряжение в межсоединениях. Результаты испытаний полной сборки продукта (IST) зависят от того, насколько малым может быть CTE используемого материала. Суммарное расширение и предварительная обработка являются основными факторами, влияющими на результаты IST.
При повышении температуры стеклования (Tg) повышается и температура, вызывающая переход материала платы из твердого в более мягкое состояние, таким образом, общее расширение будет меньше. При более низком Tg можно добиться меньшего CTE по Z-оси с помощью заполнителей.
Чем выше Tg материала, тем выше его стоимость. Поэтому, в обычном случае лучше использовать материал с более низким CTE по Z-оси и с обычной температурой стеклования (Tg) при более высоком значении температуры разложения платы (Td). Для производства многослойных плат этого можно добиться, используя заполнители и подбирая отвердитель для повышения Td. Взаимосвязь между CTE и Tg представлена на рис.2.
Суммарное расширение является наиболее важным параметром. В случае использования материала "B", несмотря на то, что температура стеклования (TgB) выше, суммарное расширение также высоко. Тогда как коэффициент CTE может быть изменен при помощи заполнителей, изменение температуры разложения платы (Td) или T260 может быть достигнуто заменой полимера или отвердителя.
Для определения времени, уходящего на расслоение при температурах 260°C и 288°C, был проведен эксперимент с материалами с высокими и низкими значениями Tg и Td (Рис.3).
Стандарты IPC для обычной температуры Tg
Стандарты IPC для промышленных вариантов персональных компьютеров (IPC – Industrial Personal Computer) IPC 4101/99 и IPC 4101/101 предъявляют технические требования для бессвинцовой технологии производства плат с обычными и высокими Tg. Стандарт IPC 4101/101 для обычных Tg описывает: a) полимерные системы (без использования дициана (CN)2), b) многофункциональные эпоксидные смолы, c) бром, отвечающий стандарту RoHS (ограничения на использование опасных материалов), d) Tg до 150°C, e) UL-максимальную рабочую температуру 130°C. Td должна равняться, по меньшей мере, 310°C, иметь отношение Z-оси по Tg ниже 60 промилле/°C, CTE по Tg выше 300 промилле/°C и выдерживать требование T288°C, проявляя устойчивость в течение 5 минут при температуре 288°C.
Для бессвинцовой сборки эти требования являются основными, и чем выше значения параметров, тем лучше. Стандарт IPC 4101/99 определяет требования для полимеров, многофункциональной эпоксидной смолы, отвердителя без использования дициандиамида, огнезащитного состава брома, отвечающего стандарту RoHS, Tg от 150°C до 200°C, Td – минимум 330°C, CTE по Z-оси в пределах 50–260°C при 3,5%, и T288, равной, как минимум, 5.
Необходимо заметить, что важным требованием становится противодействие эффекту CAF. Чем ниже CTE по Z-оси, тем лучше параметры по результатам испытаний IST. Следует отметить особенности многослойных материалов, не содержащих бромовых компонентов. Стоимость таких материалов для бессвинцовой технологии обычно выше. Используемые сегодня материалы превышают требования стандарта IPC 4101, а бессвинцовый слоистый пластик с обычной Tg имеет следующие рабочие характеристики: Tg 140–150°C, Td = 325°C и выше, отношение CTE по Z-оси меньшее, чем Tg, равно 50 промилле/°C, а превышающее Tg равно 250 промилле/°C, T288 составляет 10–15 минут и T260 больше 60 минут.
Производителю важно оценивать слоистый пластик по числу циклов оплавления, типу продукта, пропорциональности, толщине, удержанию меди, количеству слоев, "глухих" и "слепых" переходов и т.д.
Производители слоистых материалов нашли выход в использовании для бессвинцовой технологии усовершенствованного материала FR4, доступного сейчас для коммерческого использования. Его полимерная система имеет более высокую термостойкость, что приводит к увеличению температуры разложения. Полимеры Novolac являются наиболее распространенными в настоящее время.
Пластичность меди в отверстиях (особенно для многослойных плат (MLB – Multilayer Board)) также стала очень важным параметром в современном производстве. Хотя коэффициент CTE по Z-оси является очень важным параметром, пластичность меди в отверстиях не менее важна для производителей PCB.
Для увеличения пластичности важны не только достижения химической промышленности, но и параметры печати. Достичь хорошей пластичности в довольно большой степени помогает печать методом периодического спадающего пульса.
Заключение
Как бы странно это ни звучало, но подготовка для производства бессвинцовых печатных плат намного проще по сравнению с изменениями, с которыми придется столкнуться сборщикам аппаратуры. Для того чтобы прийти к единому мнению с потребителями, с ними необходимо вести постоянный и взаимовыгодный диалог.
Сборщикам аппаратуры необходимо сближение с производителями печатных плат, благодаря которому может быть осуществлен правильный выбор материала, финишного покрытия, бессвинцовых сплавов и пасты. В конце концов, сборщикам аппаратуры жизненно необходимо знать точные параметры и профили температур, которые наилучшим образом сочетаются с выбранными материалами.
Сударсанам Гитачари
g.sudarsanam@gmail.com или finelineus@aol.com
Генеральный директор Fine-Line Circuits Ltd. (Мумбай, Индия).
Отзывы читателей
