Waarom treedt er verkleuring van het witte soldeermasker op na het reflowproces?

De witte soldeermaskerlaag op een ENIG-printplaat kan er voor verzending normaal uitzien, maar na het SMT-reflowproces een roze of roodachtige tint krijgen. Een mogelijke oorzaak hiervan is dat resten van het immersiegoudproces op het oppervlak van de soldeermaskerlaag achterblijven en tijdens de daaropvolgende verhitting reageren met het witte pigment.

Bij SQPCB hebben we een geval meegemaakt dat resulteerde in een gecombineerd verlies van bijna 40,000 dollar . Het onderzoek benadrukte het belang van reiniging na ENIG-behandeling en controle van de thermische eigenschappen.

Dit artikel legt uit wat er is gebeurd, de technische achtergrond en de procesbeheersingsmaatregelen die kunnen helpen soortgelijke problemen te voorkomen.

Verkleuring van het witte soldeermasker na het reflow-proces

Normale kale printplaten, verkleurde printplaatassemblages

De betreffende printplaten hebben onze standaard uitgaande controles doorstaan:

• Het uiterlijk van het witte soldeermasker was normaal.
• Visuele inspectie toonde geen duidelijke verkleuring aan.
• De elektrische keuring is geslaagd.

Na het SMT-reflowproces bij de klant vertoonde het witte soldeermasker echter in verschillende mate een roodachtige verkleuring. De componenten waren al geassembleerd, waardoor het oplossen van het probleem aanzienlijk duurder werd.

Tijdens de assemblage van het prototype was een lichte kleurafwijking opgetreden. Omdat deze gering was, kreeg deze onvoldoende aandacht. Tijdens de massaproductie vertoonde vrijwel de gehele batch het probleem in verschillende mate.

De les was duidelijk: een kleine afwijking in een prototype moet worden onderzocht voordat de productie wordt opgeschaald.

Waarom was ENIG een belangrijke aanwijzing?

Binnen de door ons vergeleken monsters vertoonden de aangetaste printplaten twee gemeenschappelijke kenmerken:

Witte soldeermaskerlaag en een ENIG-oppervlakteafwerking.

Andere oppervlakteafwerkingen in die vergelijking vertoonden dit probleem niet. Dit bracht ons onderzoek in de richting van goudbehandeling door onderdompeling en daaropvolgende spoeling.

Dit betekent niet dat wit soldeermasker en ENIG per definitie onverenigbaar zijn. Met de juiste materiaalkeuze en gecontroleerde verwerking kunnen bevredigende printplaten worden geproduceerd. De uitdaging zit hem in de combinatie van de samenstelling van het soldeermasker, de galvaniseerchemie, resterende verontreiniging en de assemblageomstandigheden.

Lees meer over de ENIG PCB-productie van SQPCB.

Hoe kunnen ENIG-resten het witte soldeermasker beïnvloeden?

Wit soldeermasker bevat doorgaans titaniumdioxide als wit pigment.

Uit onderzoek van Technic blijkt dat rode of roze verkleuring na SMT-reflow verband houdt met interacties tussen chemische bestanddelen van immersiegoud en titaandioxide in het soldeermasker. www.technic.com

Taiyo en Umicore rapporteerden ook een verband tussen de reinheid na het spoelen met goud en verkleuring. Monsters die aan schonere spoelomstandigheden waren blootgesteld, bleven wit, terwijl monsters die aan meer vervuilde spoelomstandigheden waren blootgesteld, paars werden tijdens de daaropvolgende thermische test. archive.constantcontact.com

Deze bevindingen tonen aan waarom het onderzoek verder moet gaan dan alleen de reflow-oven. Hitte kan een probleem aan het licht brengen dat al eerder in het PCB-productieproces is ontstaan.

De kleur alleen geeft echter geen uitsluitsel over de exacte verontreiniging of reactie. Het daadwerkelijke proces vereist onderzoek en gecontroleerde vergelijking.

Wat SQPCB tijdens het onderzoek heeft vastgesteld

Voor dit project werd het goudbad gebruikt bij een temperatuur van ongeveer 65 ± 5 °C . Dit was de bedrijfstemperatuur van dat specifieke proces, en niet een universele ENIG-temperatuurvereiste.

Hoewel de daaropvolgende spoeltanks niet werden verwarmd, zorgde de warmte die van het voorgaande proces was overgebleven ervoor dat het water relatief warm bleef.

De eerste spoeling na het onderdompelen in goud was een statische terugwinningsspoeling, omdat de achtergebleven oplossing een goudterugwinningswaarde had. Na verloop van tijd hoopte zich vervuiling op in de tank.

Ons onderzoek richtte zich op:

• Opgehoopte procesresten.
• Organische verontreiniging en mogelijke microbiële groei.
• De effectiviteit van het daaropvolgende spoelen.
• Resten die achterblijven op het soldeermaskeroppervlak.

Onze voorlopige verklaring was dat verontreiniging bijdroeg aan onvolledige verwijdering van resten, waardoor verkleuring kon ontstaan ​​tijdens verhitting.

De corrigerende proeven bevestigden dat de reinigingseffectiviteit een belangrijke factor is. Ze hebben echter niet onafhankelijk alle details van het microbiële of chemische mechanisme vastgesteld.

Reinigen met heet water: een casusspecifieke corrigerende maatregel

In dit geval werden de aangetaste, onbedekte printplaatmonsters opnieuw gereinigd met heet water van 90-100 °C en vervolgens onderworpen aan een thermische verificatie.

De opnieuw gereinigde monsters vertoonden tijdens de vervolgtests niet dezelfde verkleuring. Dit bood een praktische aanwijzing voor een mogelijke oplossing en bevestigde dat oppervlakteresten een belangrijke rol spelen.

Dit temperatuurbereik mag niet als universele reinigingsspecificatie worden overgenomen. Een geschikte behandeling hangt af van het soldeermasker, het laminaat, de printplaatconstructie, de vervuiling en de droogvereisten.

Geassembleerde printplaten vereisen een aparte beoordeling, omdat componenten en assemblagematerialen mogelijk niet dezelfde behandeling verdragen.

Het succes van de herstelwerkzaamheden moet worden gecontroleerd na verhitting, en niet alleen worden beoordeeld op basis van het uiterlijk direct na de reiniging.

Waarom het totale verlies bijna 40,000 dollar bedroeg

De financiële gevolgen reikten veel verder dan de kosten van de kale planken.

Onze reactie omvatte vervangende productie, het terugsturen van de defecte printplaten uit de Verenigde Staten, herstelwerkzaamheden, onderhandelde kortingen op de getroffen geassembleerde producten en compensatieregelingen via volgende bestellingen.

De totale kosten omvatten:

• Internationale verzending.
• Foutanalyse en herstelwerkzaamheden.
• Afgedankte planken.
• Verlies van PCBA's bij klanten.
• Productie van vervangende printplaten.

Hoe later een fabricagefout wordt ontdekt, hoe groter de impact op de opgebouwde waarde kan zijn.

Hoe verkleuring van het witte soldeermasker te verminderen

1. Controle na het ENIG-spoelen

Een terugspoeling verwijdert waardevolle chemische resten; het vervangt echter niet de effectieve reiniging verderop in het proces.

Definieer in overleg met de procesleverancier geschikte beheersmaatregelen voor waterkwaliteit, tankonderhoud, verversing van de oplossing en spoelprestaties.

2. Controleer de compatibiliteit van materiaal en proces.

Evalueer het geselecteerde witte soldeermasker met de daadwerkelijke ENIG-chemie en verwerkingsomstandigheden.

De aanvankelijke witheid moet worden beoordeeld in samenhang met de kleurstabiliteit na oppervlaktebehandeling en blootstelling aan hitte.

3. Voer thermische inspecties uit.

Bij standaard elektrische tests kan een kleurverandering die pas na verhitting optreedt, niet worden vastgesteld.

Gebruik representatieve monsters en een geschikt thermisch profiel om het uiterlijk vóór en na blootstelling te controleren. Vermeld indien relevant de flux van de klant en het verwachte aantal reflow-cycli.

Deze overweging geldt zowel voor eenvoudige printplaten als voor meerlaagse printplaten.

4. Onderzoek de verkleuring van het prototype

Een lichte roze tint tijdens de prototypeassemblage verdient aandacht vóór de massaproductie.

Leg de omstandigheden vast, bewaar vergelijkingsmonsters en controleer de corrigerende maatregelen voordat u volgende batches vrijgeeft.

5. Verificatie behouden bij strakke leveringsschema's

Voor snelle PCB-productie moeten relevante materiaal- en procescontroles onderdeel blijven van de productieplanning.

Het vroegtijdig opsporen van een afwijking kan grotere productieverliezen en verstoringen in de levering voorkomen.

Wat te controleren als de witte soldeermaskerlaag rood wordt?

Bij het onderzoeken van verkleuring na SMT-reflow, dient u de volgende informatie samen te bekijken:

Residuen na ENIG-behandeling vormen een belangrijke onderzoeksrichting, maar men mag er niet van uitgaan dat ze elk geval verklaren.

Bij SQPCB bevestigde deze ervaring een praktische noodzaak: ENIG-printplaten met een wit soldeermasker moeten, zowel na de relevante thermische behandeling als vóór verzending, worden beoordeeld op hun uiterlijk.

Geschreven door 

— Tony Niu | PCB-fabrikant | 25 jaar ervaring in de branche

Het delen van praktische inzichten in de productie van printplaten, het leggen van contacten met branchegenoten en het opbouwen van duurzame partnerschappen met klanten wereldwijd.

.