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最新技术无铅PCB表面处理工艺的研究
2006年8月9日 9:0  
一直以来,测试工程师主要关注的是确保他有一个有效的测试程序,该程序能在生产中很好地执行。“在电路测试(ICT)”依然是一种检测制造缺陷的非常有效的方法。更先进的ICT系统还能在测试时,通过提供对Flash存储器、PLD、FPGA和EEPROM编程的方法,在测试功能配置中增加实际价值。安捷伦3070系统在ICT方面是市场的领导者。

现在ICT依然在印刷电路板组装(PCA)的制造和测试过程中发挥重要的作用,但是人们对无铅PCB的追求将对ICT阶段有怎样的影响呢?

对无铅焊接技术的推动导致了对PCB表面处理技术的大量研究。这些研究主要基于在PCB构建过程中的技术性能。不同的PCB表面处理技术对测试阶段的影响大部分被忽略掉,或者仅仅关注于接触阻力。本报告将介绍在ICT中观察到的影响的细节,以及对这些变化做出响应和理解的需要。

本文的目的是分享PCB表面处理经验,以及针对为实现ICT PCB生产工艺要求的改变对工程师进行培训。本文将讲述在无铅PCB表面处理问题,特别是在的制造过程中的ICT阶段,并揭示对无铅表面处理的成功测试也依赖于PCB构建工艺的有益贡献。

成功的ICT测试总是与针床夹具的测试探针和PCB上测试焊盘的接触点的物理特性上。当很尖的探针接触到一个已焊接的测试点时,焊料将凹陷,因为探针的接触压力远远高于焊料的屈服强度。随着焊料的凹陷,探针穿过测试焊盘表面的任何杂质。下面未受污染的焊料现在接触到探针,以实现对测试点的良好接触。探针插入的深度是目标材料的屈服强度成直接的函数关系。探针穿透的越深,接触越好。

8盎司(oz)的探针可以施加26,000至160,000psi(磅/平方英寸)的接触压强,具体压力大小取决于表面直径。因为焊料的屈服强度大约为5,000psi,对于这种相对较软的焊料,探针的接触更好。

PCB表面处理工艺选择

在我们了解前因后果之前,描述已有的PCB表面处理工艺的类型以及这些类型能提供什么非常重要。所有的印刷电路板(PCB)在板上都有铜层,如果铜层未受保护将氧化和损坏。有多种不同的保护层可以使用,最普遍的是热风焊料平整(HASL)、有机焊料防护(OSP)、无电镀镍金沉浸(ENIG)、银沉浸以及锡沉浸。

热风焊料平整(HASL)

HASL是工业中用到的主要的有铅表面处理工艺。工艺由将电路板沉浸到铅锡合金中形成,过多的焊料被“风刀”去除,所谓的风刀就是在板子表面吹的热风。对于PCA工艺,HASL具有很多的优势:它是最便宜的PCB,而且通过多次回流焊、清洗和存储后表面层还可以焊接。对于ICT而言,HASL也提供了焊料自动覆盖测试焊盘和过孔的工艺。然而,与现有的替代方法相比,HASL表面的平整性或者同面性很差。现在出现了一些无铅的HASL替代工艺,由于具有HASL的自然而然的替代的特性而越来越普及。多年来HASL应用的效果不错,但是随着“环保”绿色工艺要求的出现,这种工艺存在的日子屈指可数。除了无铅的问题,越来越高的板子复杂性和更精细的间距已经使HASL工艺暴露出很多的局限性。

优势:最低成本PCB表面工艺,在整个制造过程中保持可焊接性,对ICT无负面的影响。

劣势:通常使用含铅工艺,含铅工艺现在受到限制,最终将在2007年前消除。对于精细引脚间距(<0.64mm)的情况,可能导致焊料的桥接和厚度问题。表面不平整会导致在组装工艺中的同面性问题。

有机焊料防护剂

有机焊料防护剂(OSP)用来在PCB的铜表面上产生薄的、均匀一致的保护层。这种覆层在存储和组装操作中保护电路不被氧化。这种工艺已经存在很久了,但是直到最近随着寻求无铅技术和精细间距解决方案才获得普及。

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