Yleiskatsaus

Kemiallinen tinapinnoitus, jota kutsutaan usein upotustinaksi, on pintakäsittelymenetelmä, jota käytetään SMT- ja sirupakkauksissa. Siinä kupariin kerrostetaan tina-metalli kerros kemiallisella reaktiolla. Se soveltuu hyvin suuritiheyksisille ja erittäin tarkoille levyille. Se sopii myös hienoille jäljille, kapeille tyynyille ja pienille piirilevyille. Tämä viimeistely on vihreä prosessi, joka voi korvata Pb-Sn-seospinnoituksen. Pinnoitetulla tinakerroksella on hieno kiderakenne, hopeanvalkoinen ulkonäkö, tasainen pinta, hyvä juotettavuus ja vakaa suorituskyky.

Kemiallisen tinapinnoituksen periaatteena on muuttaa kupari-ionien kemiallista potentiaalia siten, että kylvyssä olevat tinaionit käyvät läpi syrjäytysreaktion. Pelkistynyt tinametalli kerrostuu kuparin pinnalle muodostaen tinakerroksen. Metallikompleksit, jotka adsorboituvat upotetun tinan pinnalle, auttavat katalysoimaan tinaionien pelkistymistä. Tämä pitää pelkistysreaktion käynnissä ja varmistaa, että tinakerros kasvaa tarvittavaan paksuuteen.

Tärkeimmät toiminnot

1. Suojaa kuparijäljet
   Upotustina muodostaa kuparijäljille tinakerroksen. Tämä kerros suojaa kuparia hapettumiselta ja korroosiolta. Se auttaa pidentämään painetun piirilevyn käyttöikää.

2. Parantaa juotoslaatua
   Tinakerros antaa hyvät juotosolosuhteet. Juotosliitoksista tulee vahvempia ja luotettavampia. Tämä parantaa levyn suorituskykyä ja luotettavuutta.

3. Parantaa sähköisiä ominaisuuksia
   Tina voi parantaa sähköistä suorituskykyä. Se voi alentaa resistanssia ja auttaa kapasitanssin ja induktanssin kanssa joissakin tapauksissa. Tämä auttaa virtapiirejä toimimaan tehokkaammin.

4. Lisää kulumiskestävyyttä
   Tina kestää hyvin kulutusta. Se suojaa levyä ulkoisen ympäristön aiheuttamilta vaurioilta.

Sovellusskenaariot

Upotustina on edullinen ja yksinkertainen käyttää. Se antaa selkeät tulokset. Sitä käytetään laajalti elektroniikassa, joka on kustannusherkkää ja jossa tarvitaan kohtuullista juottotehoa. Upotustina toimii myös tapauksissa, joissa tarvitaan parempaa ympäristönsuojelun tasoa. Upotuskultaan verrattuna upotustina on monissa tapauksissa ympäristöystävällisempi.

Ero PCB-suihkutinan ja kemiallisen (upotus) tinan välillä

• Spray tina (PCB kuumailmajuote tasoitus ruiskuttamalla) maksaa hieman vähemmän. Tässä menetelmässä tina ruiskutetaan vain tyynyihin.

• Kemiallinen tina (upotustina) laskeutuu tina kemiallisin keinoin tyynyalueille ja sisältää myös pintakuparin. Siinä käytetään ohutta tinakerrosta, yleensä 10-30 µm, pääasiassa hapettumisen estämiseksi ja SMT-juotoksen märkyyden parantamiseksi. Sen tavoite on sama kuin upotuskullan tai OSP:n. SMT edellyttää, että levy on tinattu.

• Ruiskupurkki käyttää fyysisiä menetelmiä tinakerroksen ruiskuttamiseen. Paksuus on yleensä 50-150 µm, joka on paksumpi. SMT:tä varten ei tarvita ylimääräistä tinaa. Osien juottaminen sulalla juotteella riittää.

• Koostumukset ovat erilaisia. Kemiallinen tina käyttää tinasuoloja happamassa tinaa sisältävässä liuoksessa. Ruiskupurkki käytetään yleensä tinaseoksia, joissa on lyijyä tai lyijyttömiä seoksia (puhdasta tinaa ei käytetä sen korkean sulamispisteen vuoksi).

• Kemiallinen tina, jota kutsutaan myös nimellä upotustina, on pintakäsittely, joka on tarkoitettu OSP:n, upotuskullan ja upotushopean kaltaiseen tyynynsuojaukseen. Se suojaa pääasiassa kuparifolion pintaa tyynyjen kohdalla.

• Galvanointitina (pinnoitettu tina) on prosessi, jota käytetään PCB-tehtaissa kahden kuparimenetelmän aikana. Se suojaa jälkiä ja läpipäällystettyjä reikiä ennen syövytystä. Syövytyksen jälkeen suojaava tina poistetaan ja tuotanto siirtyy juotosmaskin painamiseen. Pinnoitettua tinaa ei käytetä SMT-kokoonpanotehtaissa.

Prosessin kulku

Prosessin huomautukset

1. Happopuhdistus ja rasvanpoisto / reikien puhdistus
   GZ-2061 ja GZ-2062 poistavat orgaanisen lian, sormenjäljet ja kuparioksidit tyynyistä ja läpivientirei'istä. Ne valmistelevat puhtaan kuparipinnan upotustinausta varten. Käytetyt materiaalit: GZ-2061 / GZ-2062.

2. Aktivointi
   GZ-2066 suojaa myöhempää upotuskylpytinaa. Se vähentää kontaminaatiota ja pidentää kylvyn käyttöikää. Käytetty materiaali: GZ-2066.

3. Esiplatinointi
   Esipinnoituksessa kuparialustalle levitetään ohut tinakerros ennen upotustinausta. Tämä auttaa saamaan hyvän lopullisen ulkonäön ja tiheän tinakerroksen. Käytetty materiaali: GZ-2069.

4. Upotuspurkki
   Upotuspelti voi korvata ruiskupellin. Siinä tina kerrostuu kupariin syrjäyttämällä. Juotettavuus voi kestää yli kuusi kuukautta. Käytetty materiaali: GZ-2069.

Tuotteen ominaisuudet

Upotustinauksen jälkeen levyt saavat hyvän ulkonäön ja yhtenäisen, tiheän tinakerroksen, jolla on vahva tartunta. Tyypillinen paksuus on 0,8-1,2 µm. Tinakerroksessa ei ole vispilöitä tai dendriittisiä kiteitä.

Laitteita ja säiliöiden materiaaleja koskevat vaatimukset

Prosessin valvonta

1. Kylvyn käynnistäminen (liuoksen valmistaminen)

2. Toimintaolosuhteet

3. Kylpyammeen täydentämistä ja vaihtamista koskevat säännöt

4. Varastointiolosuhteet

• GZ-2001, GZ-2002, GZ-2004: vältä suoraa auringonvaloa. Säilyvyysaika kaksi vuotta. Säilytä -5 ℃ - 40 ℃.

• GZ-2003: säilytä 3 ℃ - 30 ℃.

5. Jäteveden käsittely

• Puhdas säiliöjäte: neutraloidaan hapolla ja tyhjennetään sitten ympäristösääntöjen mukaisesti.

• Läpivientisäiliöjäte: neutraloidaan hapolla ja tyhjennetään sitten sääntöjen mukaisesti.

• Aktivointisäiliöjäte: neutraloidaan ja tyhjennetään sitten sääntöjen mukaisesti.

• Uppopeltisäiliöjäte: neutraloidaan emäksellä ja tyhjennetään sitten sääntöjen mukaisesti.

• Mikroetsausjäte: kuparisulfaatin talteenotto sähköpuhdistamalla ja uudelleenkiteyttämällä. Tämän jälkeen neutraloidaan emäksellä ja tyhjennetään sääntöjen mukaisesti.

Reagenssien analyysimenetelmät

1. H₂SO₄ mikroetsauskylvyssä.

Reagenssit

1. NaOH-standardiliuos [c(NaOH)=1 mol/L].

2. 0.1% metyylioranssi-indikaattori

Askeleet

1. Ota 5 ml säiliöliuosta 250 ml:n kartiopulloon.

2. Lisätään 50 ml puhdasta vettä ja 2-5 tippaa metyylioranssia.

3. Titrataan NaOH:lla (1 mol/l), kunnes väri muuttuu punaisesta keltaiseksi. Kirjataan tilavuus V.

Laskenta
H₂SO₄ (ml/l) = 5,43 × c × V
c = NaOH:n todellinen pitoisuus (mol/l)
V = käytetyn NaOH:n määrä (ml)

Lisää
H₂SO₄ (ml) = (asetusarvo - analyysiarvo) × säiliön tilavuus (L).

2. SPS mikroetsauskylvyssä

Reagenssit

1. Natriumtiosulfaatin standardiliuos [c(Na₂S₂O₃)=0,1 mol/l].

2. 1% tärkkelysindikaattori

3. KI

4. 20% H₂SO₄

Askeleet

1. Ota 2 ml säiliöliuosta 250 ml:n pulloon.

2. Lisätään 50 ml puhdasta vettä, 5 ml 20% H₂SO₄, 2 g KI, säilytetään pimeässä 20 minuuttia.

3. Titrataan Na₂S₂O₂O₃:lla vaaleankeltaiseksi. Lisätään muutama tippa tärkkelysindikaattoria.

4. Titrausta jatketaan, kunnes se on väritön. Kirjataan tilavuus V.

Laskenta
SPS (g/l) = 60 × c × V

Lisää
Lisättävän SPS:n kokonaismäärä (g) = (asetusarvo - analyysiarvo) × säiliön tilavuus (L).

3. Cu²⁺ mikroetsauskylvyssä

Reagenssit

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

2. pH=10 ammoniakki-ammoniumkloridipuskuri

3. 0.1% PAN-ilmaisin

Askeleet

1. Ota 1 ml säiliöliuosta 250 ml:n pulloon.

2. Lisätään 100 ml puhdasta vettä, 20 ml pH=10-puskuria, 5 tippaa PAN.

3. Titrataan EDTA-2Na:lla, kunnes se on ruohonvihreä. Kirjataan tilavuus V.

Laskenta
Cu²⁺ (g/L) = 63,5 × c × V

Säätöalue: Cu²⁺ < 30 g/L

4. H₂SO₄ puhdistus- / läpivientiaineessa.

Sama kuin mikroetsaus H₂SO₄-testi. Valvonta-alue: 40-50 ml/l.

5. Hapon ekvivalentti aktivoinnissa

Reagenssit: NaOH-standardi 0,1 mol/L, 0,1% bromifenolivihreä indikaattori.
Menetelmä: Otetaan 5 ml näytettä, lisätään 150 ml puhdasta vettä ja indikaattori, titrataan NaOH:lla 0,1 mol/l siniseen loppupisteeseen.
Laskenta: Happo ekv = 0,02 × V. Valvonta-alue: 0.1-0.2 N.

Upotuskylpyanalyysi

1. Happoekvivalenttianalyysi

Reagenssit: NaOH 1 mol/L, 0.1% fenolftaleiini-indikaattori.
Menetelmä: Otetaan 2 ml näytettä, lisätään 100 ml puhdasta vettä ja indikaattori, titrataan NaOH:lla, kunnes väritön muuttuu punaiseksi. Kirjataan V.
Laskenta: Happoyhtälö = 0,5 × c × V.

2. Tinan sisällön analyysi

Reagenssit: EDTA-2Na 0,05 mol/l, dimetyylifenolioranssi-indikaattori (sekoita 100 mg dimetyylifenolioranssia 10 g:aan KNO₃), pH 4,5 asetaattipuskuri.
Menetelmä: Otetaan 5 ml näytettä, lisätään 25 ml pH 4,5 -puskuria ja 100 ml puhdasta vettä. Sekoitetaan ja lisätään noin 50 mg indikaattoria. Titrataan EDTA-2Na:lla, kunnes väri muuttuu vaaleanpunaisesta keltaiseksi. Kirjataan V.
Laskenta: Sn (g/L) = 24 × c × V.

3. Cu²⁺ upotettuna tinahauteeseen

Sama EDTA-menetelmä kuin edellä. Kontrolli Cu²⁺: käytetään kaavaa Cu²⁺ (g/L) = 63,5 × c × V.

Laadunvalvonta

Tinan paksuus gravimetrisesti

1. Ota 5 × 5 cm²:n kokoinen kaksipuolinen kuparipinnoitettu levy, jossa ei ole reikiä. Paista 120 ℃:ssa 15 minuutin ajan. Jäähdytä 15 min. Punnitaan tarkasti = W1.

2. Rasvanpoiston ja mikro-etsinnän jälkeen paista 120 ℃ 15 min. Jäähdytä 15 min. Punnitaan = W2.

3. Jälkeen upotus tinaa, paista 120 ℃ 15 min. Jäähdytä 15 min. Punnitse = W3.

4. Mikroetsauksen paksuus (µm) = 22,42 × (W1 - W2).

5. Upotustinan paksuus (µm) = 386,13 × (W3 - W2).

W1 = paino ennen mikroetsausta (g).
W2 = paino mikroetsauksen jälkeen (g)
W3 = paino tinapinnoituksen jälkeen (g)
22,42 ja 386,13 ovat muuntokertoimia.

Erityiset huomautukset

1. Käytä painomenetelmää tai röntgenkuvausta tinan paksuuden mittaamiseen. Pidä paksuus 0,8-1,2 µm:n tasolla juotettavuuden ja säilyvyyden varmistamiseksi.

2. Ennen juotosmaskin tulostusta karhenna kuparin pinta karkealla prosessilla ja käytä korkealaatuista mustetta juotosmaskia varten. Näin varmistetaan, että juotosmaski kestää upottamalla tinakemikaaleja.

Vianmääritys ja korjaustoimenpiteet

• Ongelma: Tinan paksuus liian alhainen

  • Mahdollinen syy 1: Säiliön lämpötila liian alhainen.

    • Korjaus: Tarkista lämmitin. Varmista, että lämpötila on prosessialueen sisällä ennen levyjen pinnoittamista.

  • Mahdollinen syy 2: Säiliön happamuus liian korkea.

    • Korjaus: Lisää puhdasta vettä happamuuden säätämiseksi.

  • Mahdollinen syy 3: Tinapitoisuus alhainen.

    • Korjaus: Lisää GZ-2069-B:tä tinan tason nostamiseksi.

  • Mahdollinen syy 4: Mikroetsausnopeus alhainen.

    • Korjaus: Nosta mikrosyövytysnopeutta prosessialueella.

• Ongelma: Tinapinta tummuu

  • Mahdollinen syy 1: Huono säiliön suodatus.

    • Korjaus: Tarkista suodatinjärjestelmä. Vaihda suodatin. Suodata 40 ℃:ssa 2-4 tuntia.

  • Mahdollinen syy 2: Säiliön happamuus liian korkea.

    • Korjaus: Lisää puhdasta vettä happamuuden säätämiseksi.

  • Mahdollinen syy 3: Mikroetsauksen nopeus liian alhainen.

    • Korjaus: Tarkista H₂SO₄-, Na₂S₂O₈-, Cu²⁺-pitoisuudet mikro-etsissä. Pidä ne normaaleina.

  • Mahdollinen syy 4: Huuhtelu ei ole puhdasta tinapinnoituksen jälkeen.

    • Korjaus: Paranna huuhtelua tai vaihda huuhtelusäiliö.

• Ongelma: epätasainen tinan väri

  • Mahdollinen syy 1: Säiliön ominaispaino liian korkea.

    • Korjaus: Laimenna liuos ja analysoi.

  • Mahdollinen syy 2: Mikroetsauksen nopeus liian alhainen.

    • Korjaus: Tarkista mikro-etsin H₂SO₄, Na₂S₂O₈, Cu²⁺.

  • Mahdollinen syy 3: Esilevyn tai upotuskylvyn tinakylvyn saastuminen.

    • Korjaus: Vaihda esipelti tai upotuskylpy.

  • Mahdollinen syy 4: Kuparin pinta epänormaali.

    • Korjaus: Puhdista kuparin pinta.

• Ongelma: Huono juotettavuus

  • Mahdollinen syy 1: Cu²⁺ tinasäiliössä liian korkea.

    • Korjaus: Vaihda tinakylpyliuos.

  • Mahdollinen syy 2: Huuhtelu ei ole puhdasta tinapinnoituksen jälkeen.

    • Korjaus: Paranna huuhtelua tai vaihda huuhtelusäiliö.

  • Mahdollinen syy 3: Saastuminen ilmakuivauksen aikana.

    • Korjaus: Puhdista kuivausosa ja puhallin.