PCBA技術 - OSP表面処理PCBの不良溶接の原因解析

溶接不良原因分析と対策 表面処理PCB

OSP 銅箔の表面処理方法 プリント回路基板, RoHS指令の要件を満たすもの.

1. 導入 PCB 現代の電子製品に欠かせない材料である. の急速な発展 表面実装技術( SMT ) anディー integrateディー circuit (IC) technology, PCB 高密度の開発要件を満たすニーズ, 平坦度, 高信頼性, 小さな開口, より小さい パッド, と要件 PCB 表面処理と製造環境はますます高くなっている. OSP 表面処理は一般的である PCB 現在の表面処理技術. それは0の層を成長させることです.2 ~ 0.化学的方法による清浄裸銅表面上の5μm有機膜. この膜は耐酸化性を有する, 耐熱衝撃性, 室温で耐湿性, そして、酸化または加硫から銅表面を保護することができます. その後の高温溶接, 保護膜は、容易にかつ迅速にフラックスによって除去され、清浄な銅表面を露出させ、溶融したはんだと結合して、非常に短い時間で固体はんだ接合部を形成しなければならない.

他の表面処理に比べて, OSP表面処理 has the following advantages and disadvantages: エー. OSP 表面は平らで均一です, 膜厚は0である.2 ~ 0.5 um, に適している PCB of SMT 密接に間隔のあるコンポーネント；b. OSP フィルムは耐熱衝撃性が良い, 無鉛プロセスおよびシングルボードおよび両面ボード処理に適している, と任意のはんだと互換性がありますc. 水溶性操作で, 温度は摂氏80度以下に抑えられる, これは、基板の曲げと変形の問題を引き起こすことはありませんディー. 良い操作環境, 環境汚染, 簡単に生産ラインを自動化する；エ. プロセスは比較的簡単です, 高い歩留りと低コストで；f. 欠点は、形成される保護膜が非常に薄いことである, と OSP フィルム is easy to scratch (or scratch); g. の多重高温溶接後 PCB, OSP フィルム (referring to OSP 未溶接のフィルム パッド) will change color, クラック, 薄型, 酸化する, はんだ付け性と信頼性に影響する；H. 多くの種類のポーションがある, 異なるプロパティ, 凹凸, など.

2. 実生産過程における問題記述, OSP基板 is prone to 表面 discoloration, 膜厚, out of tolerance (too thick or too thin), その他の問題後の段階で PCB 生産, 、 PCB 保存され、正しく使用されます, このような溶接問題を起こしやすい パッド 酸化, 上の貧しい錫 パッド, 固体はんだ接合を形成できない, 偽はんだ, 半田が足りない時 SMT 両面プレートと錫炉溶接の第二面を生じる, 不良リフロー溶接などの問題がある, はんだ接合部の銅漏れ, 外観は、IPC 3標準に会うことができません, 炉内溶接欠陥の高速化.

（3）ケース解析：SMTの第1面では、OSP表面処理されたPCB製品が製造されると、部品パッド上の錫が良好であるため、第2面を製造する際には、炉を通過した後のコネクタ上の錫といくつかの位置にある部品パッドが不良であり、はんだは、図1に示すように、パッド上の耐濡れ性およびはんだ断食のいくつかの問題を有する。この場合のPCBはOSP表面処理法であり、SMTプロセスは無鉛プロセスである。基本的な溶接原理と実際のエンジニアリング経験の分析によると，はんだの除去と濡れの発生はpcb表面パッドのはんだ付け性に直接関係している。そこで本研究では、OSPのソルダビリティーの原因を明らかにし、外観検査による対応策の改善、イソプロピルアルコール（IPA）による不良パッド、塩酸の洗浄、第三者分析のためのEDSの使用について検討した。

1貧乏質コーティング

3.1分析プロセスA. 欠陥のある製品を顕微鏡で観察する, 濡れが悪いことがわかった PCBA, 悪い濡れ パッド 球形で不規則なネットワーク, と PCB パッド 明確な非はんだ付け形態を示す, 上の図1に示すように.

b .ハンダパッドをイソプロピルアルコール（IPA）で洗浄し、250℃の錫浴に5秒浸します。検証目的：異物汚染による非ぬれの場合、ipa洗浄後にスズを濡らすことができる。結論：IPA洗浄は、パッド上の錫に対して助成されておらず、図2に示されるように、パッド上の錫の破損は異物被覆[ 3 ]によって引き起こされないことを示している。

2 IPA洗浄前後のパッド上のスズの比較

c. はんだをきれいにする パッド 塩酸との濡れが悪く、25秒の錫浴に5秒浸す. 検証目的:非濡れの場合 パッド 酸化, 錫は塩酸洗浄後に濡れ得る. 結論：はんだは塩酸で洗浄後よく濡れている, これは、非濡れの表面に金属酸化物があることを示す パッド, which makes the solder unable to be wetted during the welding process [3].

3塩酸洗浄前後のパッド上のスズの比較

d . eds分析は溶接拒否位置に対して行う。検証目的：ソルビン表面の貧弱な位置の元素組成を分析して、貧なtin塗布の根本原因を決定する。結論：はんだパッドのない領域の銅は全く支配的であり、はんだで覆われておらず、他の金属汚染がないことを示している図4に示すように、溶接プロセス及び空気中の組成物の影響により、溶接されていない溶接領域のはんだ端部には、炭素、酸素などの元素が存在する。

4悪い位置のEDS分析

e.PCBのはんだ付け性 test. IPC J - STD - 003 BにおけるテストA 1の方法に従って, the はんだ付け性試験 shall be carried out after simulating one reflow soldering of the PCB 同一基板内の光学基板及び光学基板. 検証の目的： PCB 平滑プレートと模擬一次リフロー炉の間. 結論：はんだ上の錫 パッド 同じサイクルの PCB light plate 良い, と appearance meets the IPC requirements, 図5に示すように；アフターリフロー, the OSP 劣化し薄くなったフィルム, の可解性 PCB 貧乏, と パッドsは濡れていた, 図6に示すように.

4.1改善措置4.1適切なOSPポーションを選択します。osp材料には，ロジン，活性樹脂，アゾールの3種類がある。現在，最も広く用いられているのはオキサゾールospである。オキサゾールospは約6世代にわたって改良され，現在，分解温度は鉛フリープロセスに適した354.9℃，4，5程度であり，多重リフローはんだ付けに適している。PCB製造前には、製造工程に応じて適切な薬液を選択する。

PCB生産の間、4.2はOSPフィルムの厚さと均一性を厳しく管理しなければなりません。OSPプロセスのキーは保護膜の厚さを制御することである。膜厚が薄く、耐熱衝撃性が悪い。リフロー溶接の間、フィルムは、パッド酸化を引き起こして、はんだ付け性に影響を及ぼすのが簡単である高温、ひび割れ、および薄化に耐えることができません膜厚が厚すぎると溶接時にフラックスが溶けにくくなり、溶接不良となる。

4.2.1 OSPボードの製造工程フロー：プレート放電−油除去−水洗浄−マイクロ腐食−水洗浄−プリプレグ−DI水洗浄−乾燥−上部保護膜（OSP）−乾燥−DI水洗浄−乾燥−乾燥−乾燥−乾式−板受け

4.2.2 OSP膜厚に影響する主な要因。脱脂効果は直接成膜品質に影響する。オイル除去が悪いと、成膜厚が均一でない。一方，溶液を解析することにより濃度範囲を制御できる。一方、脱脂効果が良いかどうかチェックする。脱脂効果がよくない場合は、時間内に脱脂液を交換してください。

B .マイクロ侵食。マイクロエッチングの目的は、膜形成のための粗い銅表面を形成することである。マイクロエッチングの厚さは成膜速度に直接影響する。安定した膜厚を形成するためには、マイクロエッチング厚の安定性を維持する必要がある。一般的には1.0〜1.5μmの微細エッチング厚を制御することが適当である。生産の各シフトの前に，マイクロエッチング速度に応じてマイクロエッチング速度を測定し，マイクロエッチング時間を決定する必要がある。

C .プリプレグプリプレグは塩化物イオンのような有害なイオンがOSPシリンダ溶液を傷つけるのを防ぐことができます。osp prepregシリンダの主な機能は，osp膜厚の形成を加速し，他の有害イオンの影響をosp円筒に与えることである。プリプレグ溶液中には適当な量の銅イオンがあり、複合保護膜の形成を促進し、浸漬時間を短縮することができる。アルキルベンゼンイミダゾールは，銅イオンの存在により，前フラックス溶液中である程度まで銅イオンと錯体化していると考えられている。一定の凝集度を有する錯体を銅の表面に析出させて複雑な膜を形成すると、短時間でより厚い保護層を形成することができ、複合加速器の役割を果たす。プリプレグ中のアルキルベンズイミダゾールまたは類似成分（イミダゾール）の含有量が非常に小さい場合、銅イオンが過剰である場合には、プリプレグ溶液は早熟になり、置換する必要がある。したがって、プリプレグの濃度及び時間を制御することが重要である。

d . OSPの主成分の濃度。osp溶液中のアルキルベンズイミダゾールまたは類似成分（イミダゾール）が主な成分であり，その濃度はospの膜厚を決定する鍵である。製造工程中には，osp溶液の濃度を監視する必要がある。

溶液のE . pH値。ph値の安定性は成膜速度に大きな影響を及ぼす。pH値の安定性を維持するために、一定量のバッファを溶液タンクに加える。一般的に、pH値が2.9〜

3.1は、適度な厚みを有する均一な高密度のOSP膜を得ることができる。pH値が高くpH＞5の場合、アルキルベンゾイミダゾールの溶解度が低下し、油が沈殿するph値が低く，ph＜2の場合，生成した膜は部分的に溶解する。従って，ph値のモニタリングに焦点を当てる必要がある。

f .溶液の温度。また、温度の変化は、成膜速度に大きな影響を与える。温度が高いほど成膜速度が速くなる。したがって、OSPタンクの温度を制御する必要がある。

膜形成時間（ディップ塗布時間）。決定されたOSPタンク液体組成、温度、及びpH値の下では、成膜時間が長くなるほど、成膜時間がより厚くなる。従って、成膜時間を制御する必要がある。

現在のところ、OSP膜厚の検出は、ほとんどのPCB工場がOSP膜厚を測定するためにUV分光計を使用している。その原理は，主に紫外域でのosp膜中のイミダゾール化合物の強い吸収特性を利用し，最大で吸光度を測定することによりosp膜厚を計算することである。この方法は簡単で簡単であるが，テスト誤差は大きい。別の方法は、OSPフィルム[ 6 ]の実際の厚さを測定するためにFIB技術を使用することである。PCB製造業者は、OSPフィルムの厚さが標準的な要件を満たすように製造中にOSPフィルムの厚さを検出し、制御するために適切な方法を使用する必要がある。

非常に薄いOSPフィルムのためにOSPボードの4.3の包装と保管要件は、長い間高温と湿気にさらされるならば、PCB表面が酸化されて、はんだ付け性が悪くなるでしょう。リフローはんだ付けプロセスの後、PCB表面上のOSPはまた、クラックされて、薄くされる。そして、それはPCB銅箔の酸化および不完全なはんだ付け性につながるのが簡単である。

4.3.1 OSPボード包装要件：OSPボードの入って来る材料は、真空包装されて、乾燥剤と湿度表示カードを付けられなければなりません。絶縁紙は、OSPフィルムへの傷または摩擦損害を避けるためにPCBボードの間で使われなければなりません。

4.3.2 OSPボードは日光に直接さらされてはならない。相対湿度は30〜70 %、温度は摂氏15〜摂氏30度未満の環境に保管しなければならない。保管のための特別な耐湿キャビネットを使用することをお勧めします。PCBが湿っているか、期限が切れて、焼かれることができないならば、それはOSP再工事のためにPCB工場に戻ることができるだけです。

4.4 .SMTセクションAのOSPボードの使用と注意事項PCBを開く前に、PCBパッケージが破損しているかどうか、湿度表示カードが変色しているかどうかチェックしてください。破損したり変色した場合は使用できません。開封後8時間以内にオンライン生産が必要です。それは、封をされるのと同じくらい多くを使うことを勧められます。完成しないPCBまたは仮設は、時間内に真空パックされるべきである。

b . SMTワークショップの温湿度を制御する必要がある。ワークショップ温度は25度±3度、湿度：50度±10 %であることをお勧めします。製造工程中には、PCBの表面を裸の手で直接接触させて、汗の汚染、酸化、および弱い溶接を防止することは禁止されている。

c .はんだペーストで印刷されたPCBはできるだけ早くペーストし、部品は炉を通過する。プレートの洗浄がOSPフィルムにダメージを与えるので、印刷エラーやマウントの問題によるプレート洗浄を避けるようにしてください。実際にプレートを洗う必要がある場合は、高揮発性溶剤で浸漬または洗浄することはできません。75 %のアルコールで染色した不織布で、はんだペーストを拭くことが推奨されます。洗浄されたPCBは2時間以内に溶接される。

d . SMT片面パッチが完成した後に、第2の側のSMTコンポーネントは24時間以内にインストールされる。そして、ディップ（プラグイン）コンポーネントの選択的溶接または波はんだ付けは、36時間以内に完了する。

e. の流動性から PCB with OSP表面処理 is worse than that of the PCB 他表面処理ペースト, はんだ接合部は銅を露出しやすい. 鋼製メッシュの開口部を設計上適切に増加させることができる. 穴に穴をあけてお勧めします パッド 1 : 1.05または1 : 1.1, チップコンポーネントのアンチティンビーズ処理に注意を払う.

f. When the peak 温度 and reflow time of OSP ボードリフロー溶接の品質を満たす, 可能な限り、プロセスウィンドウの下限から逸脱することを推奨する, そして、ピーク温度とリフロー時間は、できるだけ低くなければなりません;両面板製造時, it is recommended to appropriately lower the temperature of the first side (small component side) and set the temperature of both sides separately to reduce the damage of high temperature to OSP フィルム. できれば, nitrogen 生産 is recommended, which can effectively improve the poor 酸化 welding of the second side パッド 両面の OSP PCBボード.

5. Conclusiでre are many factors affecting the poor welding of 表面処理PCB, の組成と品質など OSP ポーション, 厚さ, and 制服ity of OSP フィルム, 包装と貯蔵 OSP 板, の使用と時間制御 SMT セクション, and the process parameters in the 生産 process (such as steel mesh opening, 炉温, etc.). その中で, 品質 OSP 解決策 and の厚さと均一性 OSP フィルム are the preconditions to ensure the welding quality. これらの溶接欠陥 PCB 製造上の問題は困難である SMT 製造工程. したがって, 良好な溶接品質を向上させる, the PCB 工場はキープロセスパラメータを厳密に制御する必要がある PCB 製造, 品質保証 OSP フィルムと PCB 生産品質；The PCB 製造後は、必要に応じて厳重に保管、保管する OSP ボード SMT 使用時間に応じて厳密に管理すること鋼メッシュ開口及び炉温度などのプロセスパラメータの制御及び最適化, そして、完璧を定式化する OSP基板 production process.