Warum kommt es nach dem Reflow zu einer weißen Verfärbung der Lötstoppmaske?

Weiße Lötstoppmaske auf ENIG-Leiterplatten kann vor dem Versand normal aussehen, nach dem Reflow-Löten (SMT) jedoch einen rosa oder rötlichen Farbton annehmen. Eine mögliche Ursache hierfür sind Rückstände des Immersionsgoldprozesses, die auf der Lötstoppmaske verbleiben und beim anschließenden Erhitzen mit dem weißen Pigment reagieren.

Bei SQPCB erlebten wir einen Fall, der zu einem Gesamtschaden von fast 40,000 USD führte . Die Untersuchung unterstrich die Wichtigkeit der Reinigung nach der ENIG-Prüfung und der Überprüfung des thermischen Erscheinungsbildes.

Dieser Artikel erklärt den Hergang, die technischen Hintergründe und die Prozesskontrollen, die dazu beitragen können, ähnliche Probleme zu vermeiden.

Verfärbung der weißen Lötstoppmaske nach dem Reflow

Normale unbestückte Platinen, verfärbte Leiterplattenbaugruppen

Die betroffenen Platinen haben unsere routinemäßigen Ausgangskontrollen bestanden:

• Das Erscheinungsbild der weißen Lötstoppmaske war normal.
• Bei einer Sichtprüfung konnten keine offensichtlichen Verfärbungen festgestellt werden.
• Die elektrische Prüfung wurde bestanden.

Nach dem SMT-Reflow-Prozess beim Kunden verfärbte sich die weiße Lötstoppmaske jedoch unterschiedlich stark rötlich. Da die Bauteile bereits bestückt waren, verteuerte sich die Behebung des Problems erheblich.

Während der Prototypenmontage war eine leichte Farbveränderung aufgetreten. Da diese geringfügig war, wurde ihr nicht genügend Beachtung geschenkt. In der Serienproduktion wies jedoch nahezu die gesamte Charge das Problem in unterschiedlichem Ausmaß auf.

Die Lehre daraus war eindeutig: Eine kleine Prototypenanomalie sollte untersucht werden, bevor die Produktion ausgeweitet wird.

Warum war ENIG ein wichtiger Hinweis?

Innerhalb der von uns verglichenen Proben wiesen die betroffenen Platinen zwei gemeinsame Merkmale auf:

Weiße Lötstoppmaske und ENIG-Oberflächenveredelung.

Andere Oberflächenveredelungen in diesem Vergleich wiesen dieses Problem nicht auf. Dies lenkte unsere Untersuchung auf die Goldbeschichtung im Tauchverfahren mit anschließendem Spülen.

Das bedeutet nicht, dass weiße Lötstoppmaske und ENIG grundsätzlich inkompatibel sind. Mit geeignet ausgewählten Materialien und kontrollierter Verarbeitung lassen sich zufriedenstellende Leiterplatten herstellen. Problematisch ist vielmehr das Zusammenspiel von Lötstoppmaskenzusammensetzung, Galvanisierungschemie, Restverunreinigungen und Montagebedingungen.

Erfahren Sie mehr über die ENIG-Leiterplattenfertigung von SQPCB.

Wie können ENIG-Rückstände die weiße Lötstoppmaske beeinflussen?

Weiße Lötstoppmaske enthält üblicherweise Titandioxid als weißes Pigment.

Technics veröffentlichte Forschungsergebnisse bringen die rötliche oder rosa Verfärbung nach dem Reflow-Löten von SMD-Bauteilen mit Wechselwirkungen zwischen den chemischen Bestandteilen des Immersionsgoldes und Titandioxid in der Lötstoppmaske in Verbindung. www.technic.com

Taiyo und Umicore berichteten ebenfalls über einen Zusammenhang zwischen der Reinheit nach dem Spülen mit Gold und der Verfärbung. Proben, die saubereren Spülbedingungen ausgesetzt waren, blieben weiß, während Proben, die unter stärker verunreinigten Spülbedingungen verarbeitet wurden, sich bei anschließenden thermischen Tests violett verfärbten. archive.constantcontact.com

Diese Ergebnisse zeigen, warum die Untersuchung über den Reflow-Ofen hinausgehen sollte. Hitze kann ein Problem aufdecken, das bereits zuvor in der Leiterplattenfertigung entstanden ist.

Die Farbe allein erlaubt jedoch keine genaue Identifizierung des Schadstoffs oder der Reaktion. Der tatsächliche Prozess muss untersucht und durch kontrollierte Vergleiche aufgeklärt werden.

Was die SQPCB bei der Untersuchung herausgefunden hat

Für dieses Projekt wurde das Tauchgoldbad bei etwa 65 ± 5 °C betrieben . Dies war die Betriebsbedingung dieses speziellen Prozesses und keine universelle ENIG-Temperaturanforderung.

Obwohl die nachfolgenden Spülbecken nicht beheizt wurden, sorgte die Restwärme des vorhergehenden Spülvorgangs dafür, dass das Wasser relativ warm blieb.

Die erste Spülung nach der Goldgewinnung erfolgte als statische Rückgewinnungsspülung, da die mitgeführte Lösung einen Goldrückgewinnungswert aufwies. Im Laufe der Zeit sammelten sich Verunreinigungen im Tank an.

Unsere Untersuchung konzentrierte sich auf:

• Angesammelte Prozessrückstände.
• Organische Verunreinigungen und mögliches mikrobielles Wachstum.
• Die Wirksamkeit des anschließenden Spülens.
• Rückstände auf der Lötstopplackoberfläche.

Unsere Arbeitshypothese war, dass Verunreinigungen zu einer unvollständigen Entfernung der Rückstände beitrugen, wodurch sich die Verfärbung während des Erhitzens entwickeln konnte.

Die Korrekturversuche bestätigten die Wirksamkeit der Reinigung als Schlüsselfaktor. Sie konnten jedoch nicht jedes Detail des mikrobiellen oder chemischen Mechanismus unabhängig voneinander aufklären.

Heißwasser-Nachreinigung: Eine fallbezogene Korrekturmaßnahme

In diesem Fall wurden betroffene blanke Platinenproben mit 90–100 °C heißem Wasser nachgereinigt und einer anschließenden thermischen Überprüfung unterzogen.

Die erneut gereinigten Proben zeigten bei den Folgetests nicht dieselbe Verfärbung. Dies lieferte eine praktische Korrekturmöglichkeit und bestätigte, dass Oberflächenrückstände eine wichtige Rolle spielen.

Dieser Temperaturbereich sollte nicht als universelle Reinigungsvorgabe übernommen werden. Eine geeignete Behandlung hängt von der Lötstoppmaske, dem Laminat, dem Leiterplattenaufbau, der Verschmutzung und den Trocknungsanforderungen ab.

Bestückte Leiterplattenbaugruppen erfordern eine gesonderte Bewertung, da die Komponenten und Montagematerialien möglicherweise nicht die gleiche Behandlung vertragen.

Der Erfolg der Nachbearbeitung muss nach dem Erhitzen überprüft werden und darf nicht nur anhand des unmittelbar nach der Reinigung sichtbaren Erscheinungsbildes beurteilt werden.

Warum der Gesamtschaden fast 40,000 US-Dollar erreichte

Die finanziellen Auswirkungen reichten weit über die Kosten der nackten Bretter hinaus.

Unsere Reaktion umfasste die Ersatzproduktion, die Rücksendung der betroffenen Platinen aus den Vereinigten Staaten, Nacharbeiten, ausgehandelte Rabatte auf die betroffenen Endprodukte sowie Entschädigungsvereinbarungen über nachfolgende Aufträge.

Die Gesamtkosten umfassten:

• Internationales Versenden.
• Fehleranalyse und Nachbearbeitung.
• Ausrangierte Bretter.
• Verluste beim Kunden (PCBA).
• Produktion von Ersatz-Leiterplatten.

Je später ein Produktionsfehler entdeckt wird, desto stärker kann er den angesammelten Wert beeinträchtigen.

Wie man das Risiko einer weißen Lötstopplackverfärbung verringert

1. Kontrollspülung nach ENIG

Eine Rückspülung sammelt wertvolle chemische Reste; sie ersetzt jedoch keine effektive nachfolgende Reinigung.

In Absprache mit dem Prozesslieferanten geeignete Kontrollmechanismen für die Wasserqualität, die Tankwartung, den Lösungswechsel und die Spülleistung festlegen.

2. Material- und Prozesskompatibilität prüfen

Bewerten Sie die ausgewählte weiße Lötstoppmaske unter Berücksichtigung der tatsächlichen ENIG-Chemie und der Verarbeitungsbedingungen.

Die anfängliche Weißheit sollte zusammen mit der Farbstabilität nach Oberflächenbehandlung und Wärmeeinwirkung berücksichtigt werden.

3. Thermische Sichtprüfungen einbeziehen

Bei routinemäßigen elektrischen Prüfungen kann eine Farbveränderung, die erst nach dem Erhitzen auftritt, nicht erkannt werden.

Verwenden Sie repräsentative Muster und ein geeignetes Temperaturprofil, um das Aussehen vor und nach der Belichtung zu überprüfen. Geben Sie gegebenenfalls den vom Kunden verwendeten Flussmittelwert und die erwartete Anzahl der Reflow-Zyklen an.

Diese Überlegung gilt sowohl für einfache Platinen als auch für mehrlagige Leiterplatten.

4. Untersuchung der Verfärbung des Prototyps

Ein leichter Rosastich während der Prototypenmontage sollte vor der Massenproduktion beachtet werden.

Vor der Freigabe weiterer Chargen sollten die Bedingungen dokumentiert, Vergleichsmuster aufbewahrt und Korrekturmaßnahmen überprüft werden.

5. Verifizierung auch unter engen Lieferterminen gewährleisten

Bei der Fertigung von Leiterplatten mit kurzen Durchlaufzeiten sollten entsprechende Material- und Prozessprüfungen weiterhin Bestandteil der Produktionsplanung sein.

Das frühzeitige Erkennen von Anomalien kann einen größeren Produktionsausfall und Lieferverzögerungen verhindern.

Was zu überprüfen ist, wenn sich weiße Lötstoppmaske rot verfärbt

Bei der Untersuchung von Verfärbungen nach dem Reflow-Löten von SMD-Maschinen sollten Sie die folgenden Informationen gemeinsam prüfen:

Die Rückstände nach ENIG stellen eine wichtige Untersuchungsrichtung dar, es sollte jedoch nicht davon ausgegangen werden, dass sie jeden Fall erklären.

Bei SQPCB bestärkte diese Erfahrung eine praktische Anforderung: ENIG-Leiterplatten mit weißer Lötstoppmaske sollten sowohl nach der entsprechenden Wärmebehandlung als auch vor dem Versand auf ihr Aussehen hin überprüft werden.

Geschrieben von 

— Tony Niu | Leiterplattenhersteller | 25 Jahre Branchenerfahrung

Austausch praktischer Einblicke in die Leiterplattenfertigung, Vernetzung mit Branchenkollegen und Aufbau dauerhafter Partnerschaften mit Kunden weltweit.

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