Płytki drukowane z wysokolutowną powłoką cynową przeznaczone do lutowania bezołowiowego

Transkrypt

1 Najczęściej zadawane pytania dotyczące RoHS Ogłoszenie Dyrektywy RoHS, a w ślad za tym Rozporządzenia w naszym kraju wywołuje oddźwięk w postaci pytań kierowanych do Komisji Europejskiej lub u nas do Ministerstwa Gospodarki i Pracy. Podajemy odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania: Co się rozumie pod pojęciem producent"? Producent" jest pojęciem bardzo szerokim. Producentem danego wyrobu może być faktyczny jego wytwórca, importer, dystrybutor oraz każda inna osoba, która wprowadza wyrób do obrotu na terenie Unii Europejskiej pod własną marką. Taka osoba również może ustanowić upoważnionego przedstawiciela, który będzie wprowadzał dany wyrób do obrotu na rynek UE. Gdy przedstawiciel będzie wprowadzał wyrób pod własną marką, będzie uważany za jego producenta, a nie upoważnionego przedstawiciela producenta i będzie ponosił odpowiedzialność jak producent. Jak rozumieć zapis wprowadzający sprzęt"? Wprowadzającym sprzęt" jest przedsiębiorcą, który na terytorium kraju, bez względu na wykorzystywaną technikę sprzedaży, produkuje i sprzedaje sprzęt elektryczny i elektroniczny pod własnym oznaczeniem lub sprzedaje pod własnym oznaczeniem sprzęt elektryczny i elektroniczny wyprodukowany przez innego przedsiębiorcę, chyba, że na sprzęcie tym widnieje oznaczenie faktycznego producenta sprzętu, lub prowadzi działalność związaną z importem lub wewnątrzwspólnotowym nabyciem sprzętu elektrycznego lub elektronicznego. Co rozumie się pod pojęciem w wytwarzanym i wprowadzonym do obrotu wyrobie"? Zapis w wytwarzanym i wprowadzonym do obrotu wyrobie" należy rozumieć przekazanie po raz pierwszy wyrobu konsumentowi bądź sprzedawcy przez producenta lub przez jego upoważnionego przedstawiciela lub importera. Czy istnieją specjalne jednostki upoważnione do przeprowadzenia badań na obecność substancji niebezpiecznych w sprzęcie elektronicznym? Ani dyrektywa UE 2002/95/WE, ani rozporządzenia Ministra Gospodarki i Pracy dotyczące stosowania substancji niebezpiecznych w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym nie narzucają konieczności powołania specjalnej jednostki do przeprowadzenia stosownych badań. Jednak mając na uwadze spełnienie wymagań, niezbędne będzie przeprowadzenie kontroli ich wykonania. W Polsce istnieją instytucje sprawujące nadzór nad bezpieczeństwem produktów, np. Inspekcja Handlowa czy Urząd Ochrony Konkurencji i Konsumentów realizujące postanowienia m.in. Ustawy o ogólnym bezpieczeństwie produktów. (Dz.U Nr 15 z 2000 r. póz. 179 z późn. zm.). W jaki sposób egzekwować wymaganie Dyrektywy od dostawców? Ani dyrektywa UE 2002/95/WE, ani rozporządzenia Ministra Gospodarki i Pracy, dotyczące stosowania substancji niebezpiecznych w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym, nie regulują zagadnienia związanego z egzekwowaniem spełnienia wymagań określonych w rozporządzeniu między poddostawcami a producentami wyrobów finalnych. Według oceny Ministerstwa Gospodarki i Pracy, może to być w formie oświadczenia producenta, dostawcy itp., że przedmiotowy wyrób spełnia wymagania omawianego rozporządzenia. Na te i inne pytania można znaleźć odpowiedź w wydanym przez Komisję Europejskąprzewodniku do Dyrektyw RoHS i WEEE, który znajduje się na stronie internetowej Ministerstwa Gospodarki i Pracy: + przemysłowe/przemysł + elektroniczny + i + precyzyjny/dyrektywa + ROHS /. Podsumowanie Zmiana technologii na bezołowiowąjest poważnym przedsięwzięciem technicznym, logistycznym i ekonomicznym. Dlatego też już dziś warto zapoznać się szczegółowo z obowiązującymi przepisami i wyjaśnić powstające wątpliwości. W zależności od typu produkowanego sprzętu może obowiązywać różny termin wdrożenia technologii bezołowiowej i trzeba mieć świadomość ile czasu pozostało na przygotowanie się do spełniania przepisów w tym zakresie, np. dla producentów sprzętu powszechnego użytku pozostał już tylko rok. Odpowiedzi na pytania w sprawie aktualnych przepisów można szukać na stronie internetowej Ministerstwa Gospodarki i Pracy. Pomocy przy wdrażaniu technologii bezołowiowej udziela Instytut Tele- i Radiotechniczny, który uczestniczy w europejskim projekcie GreenRoSE, dotyczącym usuwania niebezpiecznych substancji z elektroniki. 27 września odbędąsię w ITR Warsztaty wraz z pokazami praktycznymi lutowania bezołowiowego, zorganizowane wspólnie z firmą MOZAIK oraz KIGEiT. Więcej informacji na ten temat można znaleźć na stronie internetowej ITR Płytki drukowane z wysokolutowną powłoką cynową przeznaczone do lutowania bezołowiowego dr inż. GRAŻYNA KOZIOŁ, Instytut Tele- i Radiotechniczny, Warszawa W Polsce od 1 lipca 2006 r. zacznie obowiązywać Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy, które dokonuje w zakresie swojej regulacji wdrożenia dyrektywy Unii Europejskiej nr 2002/95/WE (RoHS). Rozporządzenie nr 2310 określa szczegółowe wymagania dotyczące ograniczenia wykorzystywania w sprzęcie elektronicznym i elektrycznym niektórych substancji mogących negatywnie oddziaływać na środowisko w czasie ich użytkowania oraz w okresie końca ich życia. W wytwarzanym i wprowadzanym do obrotu sprzęcie elektronicznym i elektrycznym nie będą mogą być wykorzystywane: ołów, rtęć, kadm, sześciowartościowy chrom, polibromowane bifenole oraz polibromowane etery difenylowe. Dla producentów płytek drukowanych (pd) oznacza to, że od 1 lipca 2006 r. wytwarzane przez nich płytki nie mogą zawierać wymienionych związków. Producenci pd bezwzględnie muszą wprowadzić nowe, bezpieczne dla środowiska technologie produkcji płytek drukowanych, l to nie tylko dla podniesienia konkurencyjności swoich wyrobów, ale przede wszystkim w celu utrzymania się na rynku. Dotyczy to także technologii nakładania powłoki ochronnej zapewniającej lutowność mozaiki przewodzącej płytki drukowanej. Obecnie powszechnie produkowane są płytki drukowane z powłoką ochronną zawierającą stop cyna-ołów nakładany z fazy ciekłej według technologii HASL, a podczas lutowania zespołów elektronicznych na płytkach drukowanych stosowany jest stop cyna-ołów. Nowa powłoka ochronna nie tylko nie może zawierać ołowiu, ale także musi spełniać wymagania procesów lutowania bezołowiowego, a więc musi być odporna na wielokrotne udary cieplne, kompatybilna z nowymi rodzajami stopów bezołowiowych oraz odporna na wyższe temperatury lutowania. Instytut Tele- i Radiotechniczny od wielu lat prowadzi prace nad wprowadzaniem ekologicznych technologii wytwarzania płytek drukowanych. Między innymi w latach , realizował w ramach 5. Programu Ramowego Unii Europejskiej projekt Craft pt: Płytki drukowane z wysokolutowną powłoką cynową przeznaczone do lutowania bezołowiowego" (akronim PRINT). Konsorcjum projektu PRINT tworzyły trzy polskie przedsiębiorstwa ELEKTRONIKA 9/

2 produkujące płytki drukowane (Eldos Sp. z o.o.; Zakłady Elektroniki Przemysłowej Wojart Sp.j oraz Merkar Sp. z o.o.), dwa niemieckie zajmujące się projektowaniem i produkcją aparatury elektronicznej (GS Elektronik i ELBI BIRNBACH Elektronik) oraz dwie jednostki badawcze (ITR i Ormecon). Przedmiotem projektu było wdrożenie w małych i średnich przedsiębiorstwach (MSP) nowej technologii nakładania wysokolutownych warstw cyny immersyjnej na płytki drukowane. Zadaniem projektu była kompleksowa pomoc MSP w doborze i wdrożeniu bezołowiowych materiałów oraz wyposażenia linii do nakładania lutownej powłoki na pd. Przedmiotem prac badawczych była powłoka cyny immersyjnej oparta na stosowaniu podwarstwy organicznej. Badano lutowność takiej powłoki w warunkach lutowania bezołowiowego, tzn. w temperaturach wyższych niż w przypadku lutowania konwencjonalnego stopami Sn Pb oraz zmiany w lutowności powłoki cyny w czasie przechowywania i zachowanie starzonych powłok cyny immersyjnej w bezołowiowych procesach lutowania. W ramach programu badano również jakość oraz niezawodność połączeń lutowanych wytworzonych z udziałem płytek, podzespołów i stopów lutowniczych nie zawierających ołowiu. Realizacja projektu PRINT Podstawowym celem projektu było opracowanie technologii nakładania na płytki drukowane bezołowiowej powłoki finalnej, która będzie spełniała wymagania związane z zakazem stosowania ołowiu w sprzęcie elektronicznym, a także wdrożenie technologii nakładania cyny w małych i średnich przedsiębiorstwach produkujących płytki drukowane. Osiągnięcie tak postawionego celu wymagało: opracowania chemii cyny immersyjnej dostosowanej do warunków bezołowiowego lutowania rozpływowego i lutowania na fali, opracowania etapów technologii produkcji cyny immersyjnej i technologii nakładania powłoki cyny immersyjnej, opracowania metod kontroli procesu nakładania cyny, optymalizacji technologii nakładania cyny immersyjnej, badania wpływu narażeń (warunki przechowywania, wilgotność, temperatura) na lutowność cyny immersyjnej w różnych warunkach procesów lutowania bezołowiowego, badania jakości połączeń lutowanych wytwarzanych na płytkach drukowanych z powłoką cyny immersyjnej w procesach lutowania rozpływowego i na fali. Została także opracowana techniczna dokumentacja wdrożenia zgodna z warunkami w małych i średnich przedsiębiorstwach oraz instrukcje obsługi i niezbędne informacje o płytkach z opracowaną powłoką cyny immersyjnej. Schemat przebiegu procesu nakładania cyny immersyjnej Opracowany proces nakładania cyny może być prowadzony nie tylko w nowoczesnych liniach horyzontalnych, ale również w liniach z przenoszeniem płytek w koszach. Jest to bardzo ważne dla małych i średnich zakładów, których nie stać na zakup nowych linii. W porównaniu do innych procesów cyny immersyjnej w omawianej technologii zastosowano organiczny związek o właściwościach metalicznych. Ultracienka warstwa tego związku jest nakładana na czystą powierzchnię miedzi z roztworu zawierającego wodną dyspersję organicznego metalu". Warstwa o grubości tylko 0,08 nm stanowi idealne przygotowanie powierzchni przed kolejnym etapem nakładania warstwy cyny immersyjnej. Katalizuje nakładanie grubokrystalicznej powłoki cyny o wielkości kryształów, które zapewniająbardzo niską dyfuzję cyny w warstwę miedzi oraz znacznie poprawiają odporność na utlenianie. Kąpiel do immersyjnego nakładania powłoki cyny zapewnia selektywne, jednolite pokrywanie powierzchni miedzi warstwą cyny o grubości 0, m [5]. Rys. 1 przedstawia schemat przebiegu procesu nakładania powłoki cyny na powierzchni miedzi płytek drukowanych. T" Odtłuszczenie Trawienie 1 jr Metal organiczny 23'C, 2 min. Cyna immersyjna 60 C, 20 min. i gorące statyczne Suszenie Ś Rys. 1. Schemat przebiegu procesu nakładania powłoki cyny immersyjnej Ocena powłoki cyny immersyjnej Większość wymagań, jakie powinna spełniać powłoka cyny w procesach lutowania bezołowiowego, jest taka sama jak dla lutowania stopem SnPb. Przede wszystkim należy sprawdzić kompatybilność materiałów stosowanych w produkcji płytek (laminatów, maski przeciwlutowej, farb opisowych) z materiałami stosowanymi w procesie nakładania powłoki cyny immersyjnej i w procesie lutowania. Nałożona powłoka cyny powinna charakteryzować się jasną matową powierzchnią z małą tendencją do tworzenia tlenków oraz kryształów nitkowych (wiskersów). W trakcie realizacji projektu badano następujące właściwości powłoki cyny immersyjnej: lutowność metodą meniskograficzną, lutowność metodą przez zanurzenie obrotowe", zwilżalność w procesie lutowania rozpływowego, grubość powłoki metodą elektrochemiczną, porowatość powłoki cyny z zastosowaniem skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) oraz trawienia alkalicznego, zjawisko występowania wiskersów. Kolejna część badań dotyczyła oceny jakości bezołowiowych połączeń lutowanych zespołów na płytkach drukowanych z powłoką cyny immersyjnej. Grubość powłoki cyny Duże znaczenie dla przebiegu procesu lutowania szczególnie w procesach lutowania bezołowiowego, ma grubość warstwy czystej cyny. Analiza temperatury topnienia dostępnych na rynku stopów bezołowiowych pozwala przypuszczać, że temperatury lutowania będą kształtować się w zakresie C (220 C dla Sn63Pb37). Wzrost temperatury lutowania prowadzi do wzrostu dyfuzji cyny i miedzi, a więc do przyśpieszenia powstawania związków międzymetalicznych i obniżenia grubości warstwy czystej cyny dostępnej w procesie lutowania. W czasie realizacji projektu zostało potwierdzone że, aby powłoka cyny spełniała swoje zadanie trakcie procesów lutowania bezołowiowego, minimalna wymagana grubość nakładanej powłoki cyny immersyjnej powinna wynosić 0,8 firn zarówno na polach lutowniczych, jak i w otworach montażowych. Badanie lutowności Badanie lutowności metodą meniskograficzną jest testem dynamicznym i pozwala na obserwację kinetyki zwilżania powierzchni przez roztopiony stop w obecności topnika. Stosowano następujące parametry badań: atmosfera - powietrze, płytka testowa - laminat FR-4 dwustronnie foliowany Cu 0 grubości 18 mm, powłoka cyny immersyjnej, grubość płytki 1,5 mm, topnik - typ zgodnie z normami ANSI/J-STD-003 A 1 J-STD-004 oraz wybrane dostępne handlowo topniki no-clean i VOC-free, 28 ELEKTRONIKA 9/2005

3 głębokość zanurzenia - 3 mm, czas zanurzenia - 10 s, szybkość zanurzania - 21 mm/s, temperatura lutowia C i 260 C, liczebność próbek: po 3 płytki dla każdego wariantu. Płytki testowe były badane w stanie dostawy" po narażeniu temperaturowym przez 4 h w 155 C według normy IEC , Test B oraz po 10 dobach wilgoci długotrwałej zgodnie z próbą Ca normy IEC Part 2: Tests. Test Ca: Damp Heat, Steady State. Zgodnie normami J-STD 003 i NF A P przyjęto następujące kryteria oceny lutowności: T Z < 2 s, P max >'\20 mn/m, 0 3 < 55. Przykładowe wyniki pomiarów lutowności powłoki cyny przedstawiono w tabeli. Wszystkie badane płytki spełniały przyjęte wymagania na lutowność, najlepsze rezultaty otrzymano dla stopu Sn95,8Ag3,5CuO,7 i Sn95,8Ag3,5. Test zwilżalności Test zwilżalności past bezołowiowych na płytkach drukowanych z powłoką Sn przeprowadzono opierając się na normie ANSI/J-STD-005[8]. Płytki testowe oceniano wizualnie przy powiększeniu 10 x. Lut powinien równomiernie zwilżać powierzchnię cyny immersyjnej bez widocznych odwilżeń i niezwilżeń; nie powinny występować rozproszone kuleczki lutu w pobliżu miejsca przetapiania pasty. Płytkę testową oraz przykład dobrej i gorszej zwilżalności ilustruje rys. 2. Porowatość warstwy cyny i zjawisko wiskersów Porowatość warstwy cyny oceniano przy użyciu mikroskopu SEM, stosowano powiększenie 4000 x. Nakładane powłoki cyny o wymiarach kryształów w zakresie 2-5 //m tworzą stabilną strukturę o małej skłonności do tworzenia wiskersów (rys. 3). Występowanie wiskersów badano na płytkach poddanych badaniom SIR przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) przy powiększeniu 2000 i 5000 x. Dla większości badanych powierzchni cyny nie stwierdzono obecności kryształów nitkowych. W czasie optymalizacji procesu nakładania powłoki cyny na kilku płytkach obserwowano pojedyncze wiskersy o długości ok. 10 /urn (rys. 4). Zaobserwowane wady powłoki cyny immersyjnej Jakość powłoki cyny w znacznym stopniu zależy od przestrzegania parametrów procesów technologicznych, między innymi od: prawidłowego nakładania i suszenia maski lutowniczej przed nakładaniem cyny, usuwania z kąpieli do cynowania powstających w trakcie eksploatacji soli Sn(IV), prawidłowego płukania (kaskadowe, jakość wody) szybkiego suszenia powłoki cyny. Wszelkie zakłócenia w przebiegu procesu wytwarzania płytki drukowanej oraz w procesie nakładania powłoki cyny, mogą wpływać na czystość powłoki cyny, jej grubość, a w konsekwencji Vety good soldei ability - solder spread exceedtng bhie eircle L2L..L-L =-=== = = l >1Ś 9 # * w w " ' ' buisi i B " ^r^^l l l m\w] a) b) c) Rys. 2. Płytka testowa z powłoką cyny immersyjnej (a); przykład dobrej zwilżalności (b); przykład płytki z odwilżeniami (c) Wszystkie badane płytki charakteryzowały się dobrą zwilżalnością, niekiedy obserwowano małe obszary odwilżeń, głównie na dużych polach lutowniczych. Próba przez zanurzenie obrotowe" Próba ta symuluje warunki lutowania na fali" lutowia. Badanie lutowności metalizowanych otworów przelotowych przeprowadzono metodą zanurzenia obrotowego" zgodnie z normą ANSI/ /J-STD-003 A. Przyjęto, że lut powinien całkowicie zwilżyć powierzchnię ścianek otworów metalizowanych i kołnierzy (w otworach o średnicy mniejszej niż 1,5 mm). Całkowite wypełnienie otworów nie jest konieczne. Badano płytki testowe z otworami o średnicach: 1,0; 0,8; 0,6; 0,4 mm. Parametry badań: czas ogrzewania - 60 s na powierzchni stopionego lutu, temperatura 260 C, czas 3 s, topniki typu i VOC-free. Lutowność płytek w obecności stopu SnCu nie spełniała wymagań normy ANSI dla otworów o średnicy poniżej 1,0 mm. Ogólnie gorsze wyniki lutowności obserwowano dla otworów o średnicy 0,4 mm. Wyniki dla ponad 90% wypełnionych otworów, uzyskane dla stopów SnAg i SnAgCu, spełniały przyjęte kryterium. Rys. 3. Zdjęcia SEM powierzchni cyny Metoda SIR (rezystancja powierzchniowa izolacji) Badanie prowadzono zgodnie z normą J-STD-004 przy użyciu Sirometeru, model 300 w następujących warunkach: 85 C, 85% RH i 50 V DC, napięcie pomiarowe +100 V DC, czas 168 godzin. Wszystkie badane płytki spełniały przyjęte wymagania, a mierzona rezystancja była powyżej wartości Q po Rys. 4. Przykład kryształu nitkowego na powierzchni cyny immersyj- 96 i 168 godzinach. nej. Zdjęcie SEM 2000 x ELEKTRONIKA 9/

4 na lutowność. W trakcie wdrażania procesu nakładania cyny immersyjnej zaobserwowano powstawanie wad powłoki cyny takich jak czarne zacieki lub wyraźnie szarą barwę; pola te były nielutowne. Wyniki analizy EDS powierzchni z ciemnym zabarwieniem cyny wykazały, oprócz cyny jako głównego składnika oraz miedzi, obecność małych ilości aluminium, krzemu, siarki oraz tlenu i węgla. Obecność tlenu, który naturalnie wbudowuje się w powierzchnie w wyniku procesów utleniania, wraz z węglem może sugerować zanieczyszczenia organiczne. Prawdopodobnymi przyczynami takiego zjawiska mogło być: zanieczyszczenie kąpieli do cynowania, niewystarczające płukanie powłoki cyny po nałożeniu, zapakowanie ciepłych płytek drukowanych, zastosowanie nieodpowiedniego papieru do pakowania. Dla partii płytek badanych metodą przez zanurzenie obrotowe" w stanie dostawy oraz po starzeniu w 155 C przez 4 godziny stwierdzono, że w stanie dostawy ponad 90% otworów jest lutownych, natomiast po starzeniu lutowność polutowanych otworów przelotowych o średnicy 0,6 mm była ok. 82%, czyli nie spełniała przyjętych kryteriów lutowności. Przyczyną była zbyt mała grubość powłoki cyny, która wynikała z nieoptymalne parametrów operacji nakładania cyny. Procesy lutowania Przeprowadzono szereg prób lutowania bezołowiowego w warunkach produkcyjnych (proces lutowania rozpływowego i na podwójnej fali). Wszystkie montowane podzespoły miały powłokę czystej cyny na końcówkach i wyprowadzeniach. Lutowanie rozptywowe Stosowano pastę zawierającą stop Sn/Ag/Cu, nakładaną przez szablon o grubości 150 firn. Analizowano połączenia lutowane płytek z podzespołami po jednej lub po obu stronach płytki, otrzymane dla dwóch charakterystyk pieca. Uzyskane krzywe miały profil łagodnie wznoszący się, a temperatura w piku lutowania wynosiła 234 C i 249 C. Czas dojścia do maksymalnej temperatury piku wynosił 222 s i 229 s. Polutowano 22 płytki Rys. 5. Zgład metalograficzny połączeń lutowanych podzespołów SMT: SOS (a) i kondensator C 1206 (b) towania. Zwilżenie pól lutowniczych było także właściwe, chociaż na części pól obserwowano oznaki braku zwilżenia przy krawędziach pól lutowniczych. Połączenia lutowane były błyszczące. Przykłady szlifów metalograficznych połączeń lutowanych (temp. w piku 234 C) przedstawiono na rys. 5. Wytrzymałość na ścinanie bezołowiowych połączeń lutowanych kondensatorów 1206 była na takim samym poziomie jak dla połączeń wykonanych lutem Sn62/Pb36/Ag2. Otrzymano wartości w zakresie N dla stopów bezołowiowego i w zakresie N dla stopu zawierającego ołów. Po poddaniu połączeń działaniu 1000 cykli cieplnych (-40 C, +125 C, 10 min) uzyskano odpowiednio N i N. Lutowanie na podwójnej fali Próby lutowania na fali przeprowadzano na urządzeniu produkcyjnym wyposażonym w system dostarczania azotu bezpośrednio na powierzchnię fali stopionego lutu. Do lutowania użyto stopu bezołowiowego SnAg3,5 i topnika typu ORMO nakładanego metodą natrysku. Próby obejmowały lutowanie w temperaturach 260 C, 270 C i 280 C w atmosferze powietrza lub azotu. Stosowano różne warianty szybkości przesuwu transportera i zmiany profilu strefy podgrzewania. Połączenia lutowane oceniano zgodnie z normą IEC [12]. Na zespołach lutowanych w atmosferze powietrza obserwowano sople, rozległe mostki oraz nadmiar lutu w połączeniach, zachodzący na korpusy podzespołów. Zwilżenie końcówek i wyprowadzeń było wystarczające, a powierzchnia połączeń słabo błyszcząca. W połączeniach podzespołów przewlekanych obserwowano duże ilości uwięzionych pęcherzy gazu, potwierdzające doniesienia literaturowe o występowaniu tego zjawiska w połączeniach bezołowiowych lutowanych w atmosferze powietrza. Dodatkowe próby z innymi topnikami (rys. 6-8) wskazują na to, że prawidłowe lutowanie w powietrzu wydaje się możliwe pod warunkiem zastosowania topnika o podwyższonej odporności cieplnej i zwiększonej aktywności, dobranej do stosowanego stopu i powłoki finalnej płytki. Korzystny wpływ atmosfery azotu na przebieg procesu lutowania był bardzo wyraźny. Większość wad występujących w lutowaniu w atmosferze powietrza została usunięta. Uzyskano porównywalne wyniki lutowania dla stopu o temperaturze 260 C, 270 C i 280 C. Nie obserwowano powstawania sopli, liczba mostków została zminimalizowana do jednostkowych przypadków. Powierzchnia połączeń lutowanych była mocno błyszcząca. Zwilżanie powierzchni pól, końcówek i wyprowadzeń podzespołów do montażu powierzchniowego było prawidłowe. Kształt wypełnienia połączeń lutowanych był prawidłowy. Liczba połączeń prawidłowych w atmosferze azotu, w zależności od wariantu technologicznego, wynosiła od 90,0 do 98,5%. Rys. 6. Płytka polutowana w atmosferze powietrza, topnik odpowiednio dobrany: a) od strony źródła lutu; b) od strony docelowej lutu zawierające łącznie punktów lutowniczych. Połączenia lutowane oceniano wizualnie i na podstawie zgładów metalograficznych oraz na podstawie pomiarów shy ścinania kondensatorów 1206 (w porównaniu do połączeń SnPb). Oceniano je zgodnie z normą IEC [11]. Żadne połączenie lutowane nie zostało odrzucone z powodu ewidentnego błędu lutowania, chociaż proces lutowania był prowadzony w powietrzu. Płytki dwustronne nie wykazywały wad lutowania spowodowanych podwójnym narażeniem cieplnym powłoki cynowej. Zwilżenie końcówek i wyprowadzeń podzespołów spełniało wszystkie kryteria jakościowe w obu wariantach lu- Rys. 7. Zgłady metalograficzne połączeń lutowanych podzespołów SMT zamocowanych na płytce od strony źródła lutu. Atmosfera powietrza, topnik VOC odpowiednio dobrany 30 ELEKTRONIKA 9/2005

5 w procesie lutowania przeprowadzać, w sposób bardzo dokładny i powtarzalny, operację nakładania pasty lutowniczej z powodu gorszej zwilżalności i rozplywności stopów bezołowiowych. Literatura Rys. 8. Zgłady metalograficzne połączeń lutowanych z grupy podzespołów do montażu przewlekanego. Atmosfera powietrza, topnik VOC odpowiednio dobrany 1. Kellner R.: Alternative surface finishes - options and environmental considerations. Circuit World, 30/2, Carano M., Saeki K.: lmproved Organie Solderability Preservatives (OSPs) for Mixed Metal Finishes. CircuiTree, May Cullen D.: Going beneath the surface of surface finishes. CircuiTree, November Arra M., Shangguan D., Xie D., LepistoT., Sundelin J., Ristolainen E.: Study of Immersion Silver and Tin PCB Surface Finishes in Lead Przykładowe wyniki badania lutowności płytek z powłoką cyny immersyjnej metodą meniskograficzną Stop Sn99.3Cu0.7 Rodzaj prytki PCB 4nw155 C Topnik T Z (0= 90 ) N 0,45±0,05 0,85±0,07 0,68+0,05 0,84+0,05 P, [mn/m] 353± Czas do otrzymania P«m*l*] 6,,6 6,7+0,5 3,,4 &> n oto 0,26±0,02 0,32±0, ±7 4,,5 4,2+0,3 Sn95.8Ag3.5Cu0.7 0,49±0,05 0,52+0,05 343± ,5+0,5 3,,4 0±0 Sn95.8Ag3.5 3xlR 10 dni Ca 0,34+0,01 0,73±0,05 0,2910,04 0,41 ±0,04 0,39±0,02 0,49+0,03 379± ,7+0,4 6,7+0,7 3,,5 3,5+0,5 o±o 0±0 Podsumowanie Otrzymano dobre wyniki dla badanej powłoki cyny immersyjnej w warunkach lutowania bezołowiowego. Jakość i niezawodność połączeń lutowanych otrzymanych na tej powłoce była zgodna z wymaganiami odpowiednich norm. Stwierdzono, że bezołowiowe lutowanie rozpływowe może być prowadzone już w temperaturze C w atmosferze powietrza, a lutowanie na fali już w temperaturze C nawet w atmosferze powietrza pod warunkiem starannego dobrania topnika. W celu uzyskania doskonałej jakości powłoki cyny immersyjnej oraz dobrych połączeń lutowanych należy zwrócić szczególną uwagę na to, aby: proces nakładania cyny immersyjnej był prowadzony ściśle według parametrów podanych w warunkach technicznych, a właściwe analizy chemiczne i uzupełnianie kąpieli było wykonywane w sposób regularny i odpowiedni, minimalna grubość powłoki cyny nałożonej na płytkę drukowaną wynosiła 0,8^m, powłoka cyny była wolna od jakichkolwiek pozostałości i bardzo czysta (płukanie odgrywa istotną rolę), w procesie lutowania na fali został przeprowadzony odpowiedni dobór topnika dopasowany do zastosowanego stopu bezołowiowego oraz właściwy dobór parametrów lutowania, Free Solder Applications. IPC and SOLDERTEC Global Conference on Lead Free Electronocs, June 11-12, Wessling B.: Use of Organie metal to enhance the operating window and solderability of immersion tin. Circuit World, 25/4, Standard ANSI/J-STD-004. Requirements for soldering fluxes, January Standard ANSI/J-STD-003. Solderability Test For Printed Boards. April 1992, update February NF A P. Brasage tendre, Mesure de brasabilite au meniscographe. November Standard ANSI/J-STD-005. Reguirements for soldering pastes, January Standard IEC Printed Board Assemblies - Part 1; Generic specification - Reąuirements for soldered electrical and electronic assemblie_s using surface mount and related assembly technologies, August Standard IEC 61191_-2. Printed Board Assemblies - Part 1; Sectional specification Requirements for surface - mount soldered assemblies, August Standard IEC Printed Board Assemblies - Part 2; Sectional specification - Repuirements for through - hole mount soldered assemblies, August Projekt PRINT-CRAFT Project : Printed Circuit boards with high solderability tin coating for lead-free soldering" był finansowany przez Komisję Europejską w ramach 5PR. ELEKTRONIKA 9/