在電路測試階段使用無鉛PCB表面處理工藝的研究

銀沉浸

銀沉浸是對PCB表面處理的一種最新增加的方法。主要用在亞洲地區(qū)，在北美和歐洲正在獲得推廣。

在焊接過程中，銀層融化到焊接點(diǎn)中，在銅層上留下一種錫/鉛/銀合金，這種合金為BGA封裝提供了非常可靠的焊接點(diǎn)。其對比色使其很容易被檢查到，它也是HASL在焊接處理上的自然替代方案。

銀沉浸是一種具有非常好發(fā)展前景的表面加工工藝，但和所有新的表面工藝技術(shù)一樣，終端用戶對此非常保守。很多的制造商將這種工藝作為一種“正在考察”的工藝，但是它很可能成為最好的無鉛表面工藝選擇。

優(yōu)點(diǎn)：好的可焊接性、表面平整、HASL沉浸的自然替代。

缺點(diǎn)：終端用戶的保守態(tài)度意味著行業(yè)內(nèi)缺少相關(guān)的信息。

錫沉浸

這是一種較新的表面處理工藝，與銀沉浸工藝具有很多相似的特性。然而，由于要對PCB制造過程中錫沉浸工藝使用的硫脲(可能是一種致癌物)加以防范，所以有 重大的健康和安全問題需要考慮。此外，還要關(guān)注錫遷移(“錫毛刺”效應(yīng))，盡管抗遷移化學(xué)制劑在控制這種問題上能獲得一定的效果。

優(yōu)點(diǎn)：良好的可焊接性、表面平整、相對低的成本。

缺點(diǎn)：健康和安全問題、熱循環(huán)周期的次數(shù)有限。

PCB表面處理總結(jié)

表1：OSP實(shí)驗(yàn)的條件參數(shù)。

表2：結(jié)論是當(dāng)使用焊接測試點(diǎn)時，ICT性能大大提高?？紤]到夾具和工藝的一些問題，用戶相信一旦處理好這些問題，他們能獲得的一次通過良率在80~90%之間。

上面是PCB無鉛處理的主要方法。HASL仍將是最廣泛使用的PCB處理工藝，這種情況下對于測試工程師來說沒有任何變化。在某些國家，HASL已經(jīng)被法律 禁止，并采用了替代方案。隨著PCA制造擴(kuò)展到更多的不同的全球區(qū)域，在ICT測試中可以看到的無鉛處理工藝將越來越多。盡管OSP并不是HASL的自然 替代，但是它已經(jīng)成為PCA制造商研究的首選替代處理方案。當(dāng)沒有改變工藝以允許在測試焊盤和過孔上用焊膏時，這將導(dǎo)致實(shí)際的ICT測試可靠性問題

結(jié)論是，PCB表面處理的工藝沒有十全十美的，每種方法都有其需要考慮的問題。其中一些問題比其它問題更嚴(yán)重，所有這些無鉛PCB表面處理工藝都需要在工藝步驟中進(jìn)行修改，以防止在ICT出現(xiàn)夾具接觸可靠性問題。

在ICT階段HASL、OSP和銀沉浸的比較考慮

現(xiàn)在我想重點(diǎn)關(guān)注這些表面加工技術(shù)以及它們?nèi)绾斡绊慖CT的性能。表面處理在測試點(diǎn)上留下軟焊料“弧頂”和裸露的過孔，它們是理想的ICT測試對象。 HASL具有而OSP不具有的特性是吸收作用力，HASL是共晶SnPB，特別軟。這種軟目標(biāo)具有兩個好處：適應(yīng)探針和吸收能量。

對于OSP PCB來說就沒有這種軟目標(biāo)。相比而言，銅表面非常硬，不能吸收太多的能量，因此探針能“咬入”的直接接觸的面積減少。外層的銅鍍層一般在10到50微米 之間。把銅鍍層與OSP覆層結(jié)合起來，你會看到用來探測HASL板的探針將不能在OSP表面處理的板子上使用。

研究表明，在回流焊和ICT 之間較長的傳遞時間內(nèi)，OSP會在測試目標(biāo)上產(chǎn)生很硬的“殼”。傳遞到ICT的最佳時間應(yīng)小于24小時。有很多其他的工藝因素會對OSP對測試工程師帶來 困擾的程度大小造成影響，其中的一些因素是：OSP提供商類型、在回流爐中經(jīng)過的次數(shù)、是否去除了波峰工藝、氮回流還是空氣回流，以及在ICT時的模擬測 試類型。

對銅表面的直接探測加上需要穿透OSP層的更高的探針作用力，產(chǎn)生了破壞薄銅層的實(shí)際潛在威脅，并導(dǎo)致內(nèi)部短路。因此，我們的建議是永遠(yuǎn)別探測裸露的銅表面。

最近的事例顯示，在5到10次的夾具激勵之后，板子過孔或者測試點(diǎn)可能被戳穿。

對于某些PCA制造商來說，OSP對ICT的影響造成的問題如此之大，導(dǎo)致他們已經(jīng)完全不用OSP了。其他的制造商開始學(xué)習(xí)如何遵照下面列出的“OSP規(guī)則”。

用于ICT測試夾具和程序的“OSP規(guī)則”：

注意最新的行業(yè)可測試性建議，例如www.smta.org。—總是加焊膏到測試連接點(diǎn)(測試焊盤或者過孔)上，不對OSP覆蓋的裸露的銅層進(jìn)行探測。如果你不能改變版膜，要準(zhǔn)備：

* 對一次通過良率影響很大(FPY)

* 或許需要改變夾具探針以獲得更大的作用力，例如從2牛頓到3牛頓

* 可能需要改變夾具探針類型，改變?yōu)楦獾念愋?

* 可能需要一種“雙擊”夾具激勵方法，或者利用氣體力學(xué)、機(jī)械手*

* 模擬測試程序約束可能需要折衷、開放或者甚至忽略*

*研究表明這些帶星號的規(guī)則對良率可能具有相對較小的影響，確保可靠測試接觸的唯一方法是確保測試焊盤被焊接。

某些制造商看到了OSP產(chǎn)生的直接的成本節(jié)省，認(rèn)為是無鉛替代工藝的第一選擇。然而，某些公司在考慮到生產(chǎn)中斷和延時問題的相關(guān)實(shí)際成本時，最近態(tài)度出現(xiàn)完全轉(zhuǎn)變，正在重新審視它們的策略。

銀沉浸

銀沉浸是在銅層上0.4到0.8微米的金屬層，這個金屬層提供測試探針能咬入的“肉”。銀沉浸并沒有HASL或者OSP那樣應(yīng)用廣泛，但是初始的研究表明作 為一種制造工藝它是HASL一種自然的替代。已經(jīng)有一些ICT可靠性的初步研究，研究表明蝕刻時間(表面粗糙度/光潔度)和表面厚度是可重復(fù)性的重要考慮 因素。在ICT階段銀表面處理的夾具接觸可靠性還沒有問題報(bào)告，因此對測試夾具不需調(diào)整，但應(yīng)該需要對探針或者測試軟件做出調(diào)整。

蝕刻率(etch rate)對ICT測試很重要，因?yàn)樗鼪Q定銀表面處理會光亮還是灰暗。在銀沉積步驟中，銀沉積到銅表面的等高線上，因此如果表面的粗糙度增加，因而面積增加，表現(xiàn)為灰暗表面，而具有最低粗糙度的表面表現(xiàn)為光亮的表面。