Přehled

Chemické pocínování, často nazývané ponorný cín, je povrchová úprava používaná pro SMT a balení čipů. Chemickou reakcí se na měď nanáší vrstva cínu. Dobře se hodí pro desky s vysokou hustotou a přesností. Hodí se také pro jemné stopy, úzké podložky a desky plošných spojů s malou roztečí. Tato povrchová úprava je ekologický proces, který může nahradit pokovování slitinou Pb-Sn. Nanesená vrstva cínu má jemnou krystalickou strukturu, stříbřitě bílý vzhled, rovný povrch, dobrou pájitelnost a stabilní výkon.

Princip chemického pocínování spočívá ve změně chemického potenciálu měďnatých iontů tak, aby ionty cínu v lázni prošly vytěsňovací reakcí. Redukovaný kovový cín se usazuje na povrchu mědi a vytváří vrstvu cínu. Komplexy kovů, které se adsorbují na povrchu ponořeného cínu, pomáhají katalyzovat redukci cíničitých iontů. Tím udržují redukční reakci v chodu a zajišťují, aby vrstva cínu narostla do potřebné tloušťky.

Hlavní funkce

1. Ochrana měděných stop
   Ponorný cín vytváří na měděných stopách vrstvu cínu. Tato vrstva chrání měď před oxidací a korozí. Pomáhá prodloužit životnost desky s plošnými spoji.

2. Zlepšení kvality pájení
   Vrstva cínu poskytuje dobré podmínky pro pájení. Pájené spoje jsou pevnější a spolehlivější. Tím se zvyšuje výkonnost a spolehlivost desky.

3. Zlepšení elektrických vlastností
   Cín může zlepšit elektrický výkon. V některých případech může snížit odpor a pomoci s kapacitou a indukčností. To pomáhá obvodům pracovat efektivněji.

4. Zvýšení odolnosti proti opotřebení
   Cín má slušnou odolnost proti opotřebení. Chrání desku před poškozením způsobeným vnějším prostředím.

Scénáře použití

Ponorný cín je levný a jednoduchý na obsluhu. Poskytuje jasné výsledky. Je široce používán v elektronice, která je citlivá na náklady a potřebuje přiměřený pájecí výkon. Ponorný cín se hodí také pro případy, které vyžadují lepší ekologické vlastnosti. Ve srovnání s ponorným zlatem je ponorný cín v mnoha případech šetrnější k životnímu prostředí.

Rozdíl mezi cínem ve spreji na PCB a chemickým (ponorným) cínem

• Cín ve spreji (vyrovnávání plošných spojů horkým vzduchem stříkáním) stojí o něco méně. Při této metodě se cín stříká pouze na podložky.

• Chemický cín (ponorný cín) usazuje cín chemickou cestou na plochách podložek a zahrnuje i povrchovou měď. Používá se tenká vrstva cínu, obvykle 10-30 µm, především k zabránění oxidace a ke zlepšení smáčení pájky SMT. Její cíl je stejný jako u imerzního zlata nebo OSP. SMT vyžaduje, aby byla deska pocínována.

• Plechovka ve spreji používá fyzikální metody k nanášení vrstvy cínu. Její tloušťka je obvykle 50-150 µm, tedy větší. Pro SMT není potřeba žádné další pocínování. Postačí pájení dílů roztavenou pájkou.

• Složení se liší. Chemický cín používá soli cínu v kyselém roztoku obsahujícím cín. Plechovka ve spreji obvykle se používají slitiny cínu s olovem nebo bezolovnaté směsi (čistý cín se nepoužívá kvůli jeho vysokému bodu tání).

• Chemický cín, nazývaný také imerzní cín, je povrchová úprava pro ochranu podložek jako OSP, imerzní zlato a imerzní stříbro. Chrání především povrchovou měděnou fólii v místech podložky.

• Galvanické pokovování cínem (pokovený cín) je proces používaný v továrnách na výrobu desek plošných spojů při dvouměděných postupech. Chrání stopy a pokovené otvory před leptáním. Po leptání se ochranný cín odstraní a výroba přejde k tisku pájecí masky. V montážních závodech SMT se pokovený cín nevyskytuje.

Průběh procesu

Poznámky k procesu

1. Čištění kyselinou a odmašťování / čištění otvorů
   GZ-2061 a GZ-2062 odstraňují organické nečistoty, otisky prstů a oxidy mědi z podložek a průchozích otvorů. Připravují čistý měděný povrch pro ponorný cín. Použité materiály: GZ-2061 / GZ-2062.

2. Aktivace
   GZ-2066 chrání následnou ponornou cínovou lázeň. Snižuje kontaminaci a prodlužuje životnost lázně. Použitý materiál: GZ-2066.

3. Pre-plating
   Před ponořením do cínu se na měděný základ nanese tenká vrstva cínu. To pomáhá získat dobrý konečný vzhled a hustou vrstvu cínu. Použitý materiál: GZ-2069.

4. Ponorná plechovka
   Ponořovací plech může nahradit stříkací plech. Cín se na měď nanáší vytěsňováním. Pájitelnost může trvat déle než šest měsíců. Použitý materiál: GZ-2069.

Charakteristika produktu

Po ponoření do cínu získají desky dobrý vzhled a rovnoměrnou, hustou vrstvu cínu se silnou přilnavostí. Typická tloušťka je 0,8-1,2 µm. Vrstva cínu nevykazuje žádné whiskery ani dendritické krystaly.

Požadavky na vybavení a materiál nádrží

Řízení procesu

1. Spuštění lázně (výroba roztoku)

2. Provozní podmínky

3. Pravidla pro doplňování a výměnu lázní

4. Podmínky skladování

• GZ-2001, GZ-2002, GZ-2004: vyhněte se přímému slunečnímu záření. Skladovatelnost dva roky. Skladujte při teplotě -5 ℃ až 40 ℃.

• GZ-2003: skladujte při teplotě 3 ℃ až 30 ℃.

5. Čištění odpadních vod

• Čistý odpad z nádrží: neutralizujte kyselinou a poté vypusťte podle pravidel ochrany životního prostředí.

• Odpad z průchozích nádrží: neutralizujte kyselinou a poté vypusťte podle pravidel.

• Odpad z aktivační nádrže: neutralizujte a poté vypusťte podle pravidel.

• Odpad z ponorné cínové nádrže: neutralizujte alkálií a poté vypusťte podle předpisů.

• Odpad z mikroleptání: zpětné získávání síranu měďnatého elektrolytickou purifikací a rekrystalizací. Poté neutralizujte alkálií a vypusťte podle pravidel.

Metody analýzy činidel

1. H₂SO₄ v mikroleptací lázni

Reagencie

1. Standardní roztok NaOH [c(NaOH)=1 mol/l]

2. 0.1% indikátor methylové oranžové

Kroky

1. Odeberte 5 ml roztoku z nádrže do 250ml kónické baňky.

2. Přidejte 50 ml čisté vody a 2-5 kapek methyloranže.

3. Titrujte NaOH (1 mol/l), dokud se barva nezmění z červené na žlutou. Zaznamenejte objem V.

Výpočet
H₂SO₄ (ml/l) = 5,43 × c × V
c = skutečná koncentrace NaOH (mol/l)
V = objem použitého NaOH (ml)

Přidat
H₂SO₄ (ml) = (nastavená hodnota - hodnota analýzy) × objem nádrže (L)

2. SPS v mikroleptací lázni

Reagencie

1. Standardní roztok thiosíranu sodného [c(Na₂S₂O₃)=0,1 mol/l]

2. 1% indikátor škrobu

3. KI

4. 20% H₂SO₄

Kroky

1. Odeberte 2 ml roztoku nádrže do 250ml baňky.

2. Přidejte 50 ml čisté vody, 5 ml 20% H₂SO₄, 2 g KI, uchovávejte 20 min ve tmě.

3. Titrujte Na₂S₂O₃ do světle žluté barvy. Přidejte několik kapek škrobového indikátoru.

4. Pokračujte v titraci, dokud nebude bezbarvá. Zaznamenejte objem V.

Výpočet
SPS (g/l) = 60 × c × V

Přidat
Celková SPS (g) k přidání = (nastavená hodnota - hodnota analýzy) × objem nádrže (L)

3. Cu²⁺ v mikroleptací lázni

Reagencie

1. Standardní roztok EDTA-2Na [c=0,05 mol/l]

2. pH=10 amoniakálně-chloridový pufr

3. 0.1% Indikátor PAN

Kroky

1. Naberte 1 ml tankového roztoku do 250ml baňky.

2. Přidejte 100 ml čisté vody, 20 ml pufru pH=10, 5 kapek PAN.

3. Titrujte pomocí EDTA-2Na, dokud není tráva zelená. Zaznamenejte objem V.

Výpočet
Cu²⁺ (g/L) = 63,5 × c × V

Rozsah kontroly: Cu²⁺ < 30 g/l

4. H₂SO₄ v čisticím / průchozím prostředku

Stejně jako test mikroleptání H₂SO₄. Kontrolní rozsah: 40-50 ml/l.

5. Ekvivalent kyseliny při aktivaci

Reagencie: NaOH standard 0,1 mol/l, 0,1% indikátor bromfenolové zeleně
Metoda: Odeberte 5 ml vzorku, přidejte 150 ml čisté vody a indikátor, titrujte NaOH 0,1 mol/l do modrého koncového bodu.
Výpočet: Ekvivalent kyseliny = 0,02 × V. Kontrolní rozsah: 0.1-0.2 N.

Analýza ponorné cínové lázně

1. Analýza kyselinového ekvivalentu

Reagencie: NaOH 1 mol/l, 0,1% fenolftaleinový indikátor
Metoda: Odeberte 2 ml vzorku, přidejte 100 ml čisté vody a indikátor, titrujte NaOH, dokud se bezbarvý nezmění na červený. Zaznamenejte V.
Výpočet: Kyselina = 0,5 × c × V.

2. Analýza obsahu cínu

Reagencie: EDTA-2Na 0,05 mol/l, indikátor dimethylfenolová oranž (smíchejte 100 mg dimethylfenolové oranžové s 10 g KNO₃), pH 4,5 acetátového pufru.
Metoda: Odeberte 5 ml vzorku, přidejte 25 ml pufru o pH 4,5 a 100 ml čisté vody. Promíchejte a přidejte asi 50 mg indikátoru. Titrujte pomocí EDTA-2Na, dokud se barva nezmění z růžové na žlutou. Zaznamenejte V.
Výpočet: Sn (g/L) = 24 × c × V.

3. Cu²⁺ v imerzní cínové lázni

Stejná metoda EDTA jako výše. Kontrola Cu²⁺: použijte vzorec Cu²⁺ (g/L) = 63,5 × c × V.

Kontrola kvality

Tloušťka cínu gravimetrickou metodou

1. Vezměte oboustrannou desku s měděným pláštěm o rozměrech 5 × 5 cm² bez otvorů. Pečte při teplotě 120 ℃ po dobu 15 minut. Nechte vychladnout 15 min. Zvažte přesně = W1.

2. Po odmaštění a mikroleptání zapékejte při 120 ℃ 15 min. Ochlaďte 15 min. Zvažte = W2.

3. Po ponoření do plechu pečte při 120 ℃ 15 minut. Vychladněte 15 min. Zvažte = W3.

4. Tloušťka mikroleptů (µm) = 22,42 × (W1 - W2).

5. Tloušťka ponorného cínu (µm) = 386,13 × (W3 - W2).

Kde W1 = hmotnost před mikroleptáním (g)
W2 = hmotnost po mikroleptání (g)
W3 = hmotnost po pocínování (g)
22,42 a 386,13 jsou přepočítací koeficienty.

Zvláštní poznámky

1. K měření tloušťky cínu použijte váhovou metodu nebo rentgen. Udržujte tloušťku 0,8-1,2 µm, abyste zajistili pájitelnost a životnost.

2. Před tiskem pájecí masky zdrsněte měděný povrch hrubým procesem a použijte vysoce kvalitní inkoust pro pájecí masku. Tím zajistíte, že pájecí maska odolá ponoření cínu do chemikálií.

Řešení problémů a náprava

• Problém: příliš malá tloušťka cínu

  • Možná příčina 1: Příliš nízká teplota nádrže.

    • Náprava: Zkontrolujte ohřívač. Před pokovováním desek se ujistěte, že je teplota v procesním rozsahu.

  • Možná příčina 2: Příliš vysoká kyselost nádrže.

    • Náprava: Přidejte čistou vodu, abyste upravili kyselost.

  • Možná příčina 3: nízký obsah cínu.

    • Náprava: Přidejte GZ-2069-B, abyste zvýšili hladinu cínu.

  • Možná příčina 4: Nízká rychlost mikroleptání.

    • Náprava: Zvyšte rychlost mikroleptání v rámci procesního rozsahu.

• Problém: povrch cínu tmavne

  • Možná příčina 1: Špatná filtrace nádrže.

    • Náprava: Zkontrolujte filtrační systém. Vyměňte filtr. Filtrujte při teplotě 40 ℃ po dobu 2-4 hodin.

  • Možná příčina 2: Příliš vysoká kyselost nádrže.

    • Náprava: Přidejte čistou vodu, abyste upravili kyselost.

  • Možná příčina 3: Příliš nízká rychlost mikroleptání.

    • Náprava: Zkontrolujte obsah H₂SO₄, Na₂S₂O₈, Cu²⁺ v mikroleptě. Udržujte je v normě.

  • Možná příčina 4: Oplach není po pocínování čistý.

    • Náprava: Zlepšete oplachování nebo vyměňte oplachovací nádrž.

• Problém: Nerovnoměrná barva cínu

  • Možná příčina 1: Příliš vysoká specifická hmotnost nádrže.

    • Náprava: Roztok zřeďte a analyzujte.

  • Možná příčina 2: Příliš nízká rychlost mikroleptání.

    • Náprava: Zkontrolujte mikroleptání H₂SO₄, Na₂S₂O₈, Cu²⁺.

  • Možná příčina 3: Kontaminace předplotny nebo ponorné cínové lázně.

    • Náprava: Vyměňte předřazenou desku nebo ponornou cínovou lázeň.

  • Možná příčina 4: měděný povrch je abnormální.

    • Náprava: Vyčistěte měděný povrch.

• Problém: Špatná pájitelnost

  • Možná příčina 1: Příliš vysoká koncentrace Cu²⁺ v cínové nádrži.

    • Náprava: Vyměňte roztok cínových lázní.

  • Možná příčina 2: Oplach není po pocínování čistý.

    • Náprava: Zlepšete oplachování nebo vyměňte oplachovací nádrž.

  • Možná příčina 3: Kontaminace při sušení na vzduchu.

    • Náprava: Vyčistěte sušicí část a ventilátor.