Storage dei circuiti stampati e problemi correlati. Uno sguardo alla "nuova" IPC 1601

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1 Storage dei circuiti stampati e problemi correlati - Uno sguardo alla "nuova" IPC 1601 Guido Scarpa Fabio Calderoni Fortronic 2011 Milano

2 LA FLESSIBILITA DEL MERCATO RICHIEDE TEMPI DI IMMAGAZZINAMENTO DEI PCB INCERTI LE ATTIVITA DI IMMAGAZZINAMENTO DEI PCB E CORRELATE METODOLOGIE ASSUMONO RISVOLTI MOLTO IMPORTANTI PER LA BUONA REALIZZAZIONE DEL PRODOTTO ELETTRONICO LA ANSI/IPC HA EMESSO LO STD DI RIFERIMENTO IPC 1601 PER FARE CHIAREZZA

3 MATERIALI DI BASE DEI PCB Peculiarità dei supporti isolanti: MOISTURE ABSORBTION Lasciati in ambiente i laminati fr4 possono raggiungere livelli prossimi alla SATURAZIONE in 50 ore ( 2 giorni )

4 Ogni materiale ha la sua caratteristica in ter mini di accumulo di umidità ma tutti portano al fatto che Il PCB è un MSD Moisture Sensitive Device

5 Quando le forze date dalla pressione del vapore acqueo generato dall elevata temperatura di assemblaggio ( rifusione o onda che sia) vincono le forze di tenuta del substrato, il PCB DELAMINA SPECIALISTs IN PCB MANUFACTURING

6 COME SAPERE SE IL PERIODO DI IMMAGAZZINAMENTO E LUNGO? NON E IL TEMPO LA VARIABILE DI INTERESSE lo std IPC 1601 indica con MAMC (maximum acceptable moisture content) un IMPORTANTE PARAMETRO da IDENTIFICARE e MONITORARE prima dell assemblaggio MC (moisture content) > 0.2% RISCHIO DELAMINAZIONE ELEVATO 0.1% < MC < 0.2% RISCHIO DELAMINAZIONE ELEVATO SE LEAD FREE ACCETTABILE SE SnPb MC < 0.1% RISCHIO DELAMINAZIONE RIDOTTO Il test da fare è un semplice test di confronto p/p del PCB : IPC-TM

7 Effetti meno visibili DELAMINAZIONI POCO EVIDENTI FRATTURE PARZIALI delle metallizzazioni INFLUENZA SUL VALORE della TG Spesso le delaminazioni NO N sono così FACILI DA IDENTIFICARE la presenza di microfratture può comportare MORTALITA INFANTILE degli apparati oltre i valori tipici IL TENORE DI UMIDITA ACCU MULATA RIDUCE LA TG DEL MATERIALE

8 LE TIPOLOGIE DI IMBALLO DEVONO GARANTIRE QUANTO PIU POSSIBILE IL MINIMO DEGRADO DELLO STATO DEL PCB ( MANTENERLO COME CONSEGNATO) TIPOLOGIE CON FOGLI METALLICI Moisture Barrier Bag MBB TIPOLOGIE PRIVE DI FOGLI METALLICI TERMORETRAIBILI ( polyethilene 150um)

9 MBB: Ottima capacità di preservazione Tenuta del vuoto spinto Insufficiente robustezza meccanica Costo elevato Dimensioni preimpostate TERMORETRAIBILI Discreta capacità di preservazione Non è un sotto vuoto Ottima robustezza meccanica Costo adeguato alle necessità Dimensioni on demand Che fare se il contenuto di umidità è da ritenersi potenzialmente pericoloso?

10 BAKING PERMETTE DI RIDURRE DRASTICAMENTE IL TENORE DI UMIDITA ACCUMULATO RICONDIZIONA AL MEGLIO IL VALORE DI TG PUO COMPORTARE: PERDITA DI BAGNABILITA PERDITA DI SALDABILITA

11 La finitura superficiale può essere definita come un rivestimento posto sull ultimo strato del PCB (che poi si dissolve nella lega durante la saldatura per Reflow o Wave) Lo scopo della finitura superficiale dei PCB è quello di proteggere dall ossidazione il rame (o il Nickel ) sino al momento della saldatura e realizzazione del giunto

12 L esecuzione del BAKING va ben ponderata perché, come abbiamo visto, risolve un problema ma può crearne altri che vanno proprio ad influenzare lo scopo delle finiture superficiali I problemi possono essere : - Ossidazione della finitura - Accelerazione della formazione dell intermetallico (IMC) - Contaminazione delle superfici - Incremento dei danneggiamenti per handling Ossidazione e formazione dell IMC riducono la bagnabilità delle superfici e quindi la loro saldabilità

13 L imballaggio dei PCB per la loro spedizione al cliente ed il successivo stoccaggio andrebbe valutato a fronte di molteplici fattori; imballaggi inappropriati sono fonte di svariati problemi, tra cui, ancora, bagnabilità e saldabilità delle superfici. Analizzeremo ora i problemi derivanti da baking e packaging a seconda delle varie finiture superficiali attualmente utilizzate

14 Finitura con lega Sn (HASL) E la finitura che meno risente dell esecuzione del baking, a meno che questo non sia eseguito con parametri inadatti o ripetuto. Lo spessore del deposito (minimo raccomandato 1µ) aumenta il tempo di storage in quanto ritarda l affioramento dell intermetallico (Cu6Sn5 /Cu3Sn): se però l intermetallico affiora e si ossida la saldabilità è compromessa. L imballo standard, privo di cloruri non genera problemi

15 Finitura ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) In alcune circostanze anche una superficie che non è normalmente soggetta ad ossidazione può diventarlo : è il caso della finitura ENIG, dove però NON ossida il sottile strato di Au (tipicamente 0.05µm) ma bensì il Nickel sottostante. L ossigeno penetra nella porosità tipica di questa finitura, se questa porosità è ridotta ai minimi termini aumenta il tempo di storage e la resistenza al baking. L imballo deve essere privo di zolfo, sulfur free.

16 Porosità Superficiale Bassa Media La porosità del deposito di Au è fondamentale per una buona bagnabilità della piazzola. Una grana fine ritarda l affioramento del Ni e non permette l accumulo di impurità negli interstizi e crateri. Alta

17 Immersion Tin Lo stagno chimico ossida in tempi relativamente brevi rispetto ad altre finiture superficiali, il baking aumenta considerevolmente la crescita dell IMC CuSn riducendo ulteriormente il tempo di storage. La IPC consiglia di effettuare una prova significativa per temperatura e tempo su di un campione. La crescita dell intermetallico non è influenzata dall imballo

18 Immersion Ag Durante il baking l Argento tende ad ossidarsi soprattutto in presenza di zolfo e cloro. L ossidazione non degrada la saldabilità se non oltrepassa i 50 nµ, come per l Immersion Tin la saldabilità è da verificare dopo il baking su di un campione significativo. Zolfo e cloruri non dovranno essere chiaramente presenti nell imballo

19 OSP : Organic Solderability Preservative L esecuzione del baking sulla passivazione è sconsigliata dalla IPC Se proprio necessario si raccomanda una temperatura bassa per un tempo limitato. La soluzione ottimale in questo caso è quella di eseguire il baking, rimuovere quello che rimane del protettivo (stripp) e quindi riprocessarlo. Il tipo di imballo, anche in questo caso, deve essere privo di cloruri e zolfo

20 CONCLUSIONE La scelta del laminato di base, del tipo di finitura superficiale e del tipo di imballo da richiedere deve essere ben ponderata a fronte di molteplici fattori che possono pregiudicare anche nel tempo la saldabilità dei PCB e la loro affidabilità Non sempre i difetti delle schede elettroniche pur se identificabili nel PCB son o causati da una cattiva realizzazione del circuito stampato: LA IPC-1601 evidenzia, almeno in parte, certe CORRETTE METODOLOGIE da applicarsi ai PCB per EVITARE LA GENERAZIONE DI TALI DIFETTI