Рекомендации по монтажу печатных плат с покрытием иммерсионным оловом ImSn (Immersion Tin)

             Иммерсионное олово (Immersion Tin, ImSn) — ещё одна альтернатива HASL-процессам. Популярность ImmSn растёт за счёт обеспечения хорошей смачиваемости припоем и демонстрирует беспроблемную и лучшую паяемость, чем иммерсионное золото ENIG (Electroless Nickel / Immersion Gold). Для чистого олова, применяемого в качестве финишного покрытия, характерны две основные проблемы — образование так называемых «усов» олова и образование интерметаллических соединений CuXSnY, которые могут явиться причиной ухудшения паяемости. В паяных соединениях интерметаллический слой играет роль механической связки. Но, так как толщина оловянного покрытия весьма невелика (до 1,5 мкм), в процесс формирования интерметаллидов этот тонкий слой олова быстро поглощается («съедается»), интерметаллиды подвергаются окислению, и покрытие утрачивает способность к пайке. Из-за данного эффекта такое покрытие может потерять паяемость за две недели.

              В процессе нанесения ImSn по технологии Stannatech фирмы Atotech, неблагоприятные явления предотвращаются введением барьерного подслоя, и способность к пайке чистого олова (1…1,2 мкм) с барьерным подслоем (0,1…0,2 мкм) гарантированно сохраняется до 6 месяцев, при нормальных комнатных условиях, и до года, при соблюдении рекомендуемых условий хранения и использования. Однако, формирования интерметаллидов продолжается при хранении (хотя и значительно медленнее) и при пайке. Так, хранение в течении года «съедает» примерно 0,45 мкм из 1,2 мкм слоя олова, а три цикла оплавления при температуре 235 °С «съедают» 0,35 мкм. Из этих соображений, можно сделать вывод, что после хранения печатных плат в течении 6 месяцев (при нормальных комнатных условиях), чистого олова будет достаточно для последующей пайки за три цикла оплавления. Но, в силу объективных причин в реальном монтажном производстве, «беспроблемная паяемость» сохраняется не всегда.

             Можно выделить 4 ситуации, при которых повышается скорость деградации покрытия в несколько раз, и как следствие ухудшается способность покрытия к смачиванию припоем:

• превышение рекомендуемого срока хранения (~ от 6 до 12 мес.);
• неблагоприятные условия хранения, приводящие к образованию коррозии;
• увеличение количества циклов оплавления в печи и времени хранения между циклами (больше 24 часов);
• нарушение технологии пайки — повышение температуры до 260…270 °С или времени нахождения плат в области высоких температур.

           После внедрения процесса мы достаточно хорошо изучили свойства паяемости на своей практике в различных ситуациях и выработали практические рекомендации для «беспроблемной пайки» наших плат с покрытием иммерсионным оловом (ImmSn):

Первая и самая главная рекомендация — при первом цикле пайки оплавлением, в особенности когда планируется в дальнейшем допайка второй стороны, или допайка штыревых компонентов, необходимо нанести паяльную пасту на все открытые площадки, в т.ч. на немонтируемые. И тогда, после оплавления, можно избежать всех выше перечисленных ситуаций, т.к. в результате оплавления останавливаются неблагоприятные процессы в покрытии, а так же исчезают их последствия (в т.ч. исчезают подозрения на «усы» и т.п. осложнения).

Вторая — если по какой либо причине нанести пасту и оплавить не предоставляется возможным, то необходимо максимально сократить интервал хранения между пайкам. В этом случае, при соблюдении условий и срока хранения, обращения с платами, покрытие гарантированно выдерживает 3 цикла оплавления при температуре до 235 °С, без ухудшения свойств паяемости. При пайке можно использовать любые неактивные флюсы (например флюс Multicore MF210 / X33-12i) или флюсы на канифольной основе. При допайке после 2-4 циклов, лучше всего использовать более активные флюсы (например флюс INDIUM WF-9942 или флюс-гель TACFlux 020B).

Третья — при истекшем сроке хранения, увеличении количества циклов оплавления или интервала между пайкой, или несоблюдении условий хранения, нарушение технологии пайки и т.п. лучше всего помогает «реанимировать» паяемость покрытия, пайка паяльной пастой (например KESTER R276) содержащий активный флюс.

           В заключении хотелось бы отметить следующее — некоторые монтажники пытаются компенсировать ситуацию, поднимая ещё на одну ступень температуру пайки. Но нужно помнить, что увеличение температуры на каждые 8…10 °С от рекомендованной температуры, изменяет скорость всех процессов, в том числе скорость деградации покрытия, в два раза. Кроме того, нарушения температурных режимов оплавления и пайки неблагоприятно влияет на диэлектрическое основание плат, металлизацию отверстий. Диэлектрическое основание плат после температуры стеклования (повышение температур паек до 260…270 °С) интенсивно расширяется и за счет этого нагружает металлизацию отверстий и сдвигает внутренние соединения в многослойных печатных платах. Это может привести к многочисленным разрывам соединений и трещинам в объёме оснований плат.