„Bei der Verwendung von Oberflächenbeschichtungen zur Milderung von Zinnwhiskern haben zahlreiche Studien gezeigt, dass Zinnwhisker wachsen und die Beschichtung durchdringen können. Einer der Hauptgründe für die Gefahr, dass Zinnwhisker die Beschichtung durchdringen, ist eine unzureichende Schichtdicke.“ Der Zinnwhisker ist derjenige, der auf der verzinnten Oberfläche weiß wächstEine Art Zinnkristall. Diese Art von Zinnkristall ist in der Regel nadelförmig, aufgrund dieser abnormen Leitfähigkeit werden benachbarte Leiter überbrückt, was zu Leckage- und Kurzschlussgefahr führt. Es gab viele Studien über den Wachstumsmechanismus von Zinnwhiskern sowie die Umwelt- und mechanischen Faktoren, die das Wachstum von Zinnwhiskern fördern können [1-5]. Ähnlich gibt es viele Untersuchungen zu Methoden, um das Wachstum von Zinn-Whiskern zu lindern [6, 7]. Mathew ua untersuchten Methoden zur Linderung von Zinnwhiskern, wie die Verwendung von Oberflächenbeschichtungen, verschiedene Galvanotechniken, verschiedene Oberflächenbehandlungsmethoden, die Verwendung von Zinnlegierungen, das Galvanisieren einer Schicht anderer Metalle unter Zinn und das Glühen [6].
Das Verfahren der Verwendung von Oberflächenbeschichtungen, um das Wachstum von Zinnwhiskern zu vermindern, zeigt, dass unterschiedliche Beschichtungsmaterialien und unterschiedliche Lagerumgebungsbedingungen unterschiedliche Auswirkungen auf die Verringerung des Wachstums von Zinnwhiskern haben. NASA-Forschungen [8-10] zeigten, dass bei glanzverzinnten Messingproben Uralan-basierte Materialien auf der Oberfläche beschichtet werden, wenn die Beschichtungsdicke mindestens 2,0 mil beträgt, in einer Umgebung mit einer Temperatur von 50 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% Nach 9 Jahren Lagerung kann es verhindern, dass Zinnwhisker die Beschichtung durchdringen. Wenn die Beschichtung dünner als 2,0 mil ist, wird beobachtet, dass Zinnwhisker die Beschichtung durchdringen.
Zwei Veröffentlichungen von Woodrow und Ledbury [11, 12] untersuchten das Wachstum von Zinnwhiskern auf mehreren Oberflächenbeschichtungen. Die in diesen beiden Studien verwendeten Proben waren blank verzinntes Messing. In Woodrows Studie wurde die Probe in einer Umgebung mit einer Temperatur von 50 ° C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % platziert Nach etwa einem Jahr durchdrang der Zinnwhisker die Beschichtung mit einer Dicke von 1,5 mil und einer Dicke von weniger als 1,5 mil, aber trug es nicht.Eine Beschichtung mit einer Dicke von mindestens 3,9 mil durch. Ledbury erforschte Polyurethan-Acryl-Hybridbeschichtungen und Silikon-, Acryl- und Parylene-Beschichtungen. Versuchen
Abbildung 2 Gebogene Probe. (Hinweis: Bei gebogenen Proben führt die Druck- und Zugspannung am verzinnten Teil dazu, dass das Material nach dem Biegevorgang einen Relaxationsprozess durchläuft, siehe schematische Darstellung).
Tabelle 1 Eigenschaften der im Test verwendeten Oberflächenbeschichtungen
Die Probe wird in eine Umgebung mit einer Temperatur von 25°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 97% gebracht. Alle Proben zeigten, dass die Zinnwhisker die Beschichtung durchdrangen, sogar Proben mit einer Beschichtungsdicke von 6,0 mil.
Das Advanced Life Cycle Engineering Center (CALCE) der University of Maryland hat die Grenzflächenfestigkeit von Oberflächenbeschichtungen untersucht und mit der Knickkraft von Zinnwhiskern verglichen [13] Kadesch und Leidecker [8] waren die ersten, die diese Forschung durchführen. Vorläufige Tests zeigen, dass Beschichtungen mit einer Dicke von 25 Mikrometer (etwa 1,0 mil) oder dünner einen Elastizitätsmodul von 100 MPa oder weniger aufweisen und die Gefahr des Eindringens von Zinnwhiskern besteht. Auch Nakagawa ua glauben, dass eine härtere Beschichtung mit hoher Haftung das beste Material sein könnte, um das Eindringen von Zinnwhiskern zu verhindern [14].
Han et al. untersuchten die Wirksamkeit von Oberflächenbeschichtungen Wenn Beschichtungen auf tatsächlichen Leiterplatten verwendet werden, um das Wachstum von Zinnwhiskern zu verringern, ist die Bestimmung des Bedeckungszustands der Beschichtung ein wichtiger Faktor [15]. Wenn die Beschichtung entlang der Kante des Bauteilanschlusses dünner wird, können die Zinnwhisker auch bei einer starken Verdickung der Beschichtung von dieser Kante die Beschichtung durchdringen. Die Arbeiten von Hunt und Wickham vom NPL bestätigten diese Schlussfolgerung: Sie stellten mit dem von ihnen entwickelten Testwerkzeug fest, dass die Zinnwhisker dazu neigen, die Beschichtung zu durchdringen und während des Wachstums mit der angrenzenden Metallplatte in Kontakt zu treten [16].
Eine große Anzahl von Studien über die Verwendung von Oberflächenbeschichtungen als Verfahren zur Minderung von Zinnwhiskern zeigt, dass Zinnwhisker die Beschichtung beim Wachsen durchdringen können. Unter den durch Zinnwhisker verursachten Risiken besteht eines der Hauptrisiken darin, dass Zinnwhisker die Beschichtung durchdringen.
Obwohl extreme Umgebungsbedingungen dazu führen können, dass auf verzinnten Proben gewachsene Zinnwhisker alle Arten von Beschichtungen mit dickeren Dicken durchdringen, besteht ein größeres Risiko, dass Zinnwhisker Beschichtungen mit einer Dicke von weniger als 2,0 mil durchdringen.
In allen Leiterplatten unseres Unternehmens, 99% der Leiterplatten verwenden drei verschiedene Oberflächenbeschichtungsmaterialien, diese drei Beschichtungsmaterialien sind: Acryl, Polyurethan und Parylene. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Dicke dieser drei Beschichtungen auf das Wachstum von Zinnwhiskern auf den Proben untersucht.
Acrylkonforme Beschichtungen sind vielleicht das beliebteste Oberflächenbeschichtungsmaterial, da sie leicht aufzutragen und leicht zu entfernen sind [17]. Acrylharz trocknet nach der Beschichtung schnell und erreicht innerhalb weniger Minuten die besten physikalischen Eigenschaften, ist pilzhemmend und hat eine lange Topfzeit. Darüber hinaus erzeugt Acrylharz während der Aushärtung wenig oder keine Wärme und es besteht kein potenzielles Risiko, wärmeempfindliche Komponenten zu beschädigen. Sie schrumpfen beim Aushärten nicht, haben eine gute Feuchtigkeitsbeständigkeit und eine niedrige Glasübergangstemperatur.
Polyurethanbeschichtungen haben eine Einkomponentenformel und eine Zweikomponentenformel [14]. Die Feuchtigkeitsbeständigkeit der beiden Formulierungen ist sehr gut und die chemische Beständigkeit übertrifft die von Acrylfarbe bei weitem. Einkomponentige Polyurethanharze sind einfach zu verarbeiten und haben eine lange Topfzeit, jedoch dauert es bei der Verarbeitung manchmal lange, bis sie vollständig oder optimal ausgehärtet ist. Beim Erhitzen härtet die Zweikomponenten-Formel in kurzer Zeit von ein bis zwei Stunden am besten aus. Allerdings kann die Topfzeit einer Zweikomponenten-Rezeptur im Vergleich zu einer Einkomponenten-Rezeptur kürzer sein, was die Handhabung manchmal erschwert. Da Polyurethan ein vernetztes Polymermaterial ist, weist es eine gute Chemikalienbeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit auf. Die Polyurethan-Beschichtung ist sehr hart, die Oberfläche ist verschleißfest und der E-Modul ändert sich bei großen Temperaturschwankungen nur wenig. Polyurethan ist sehr klebrig, hat eine gute Haftung auf den meisten Materialien und der Beschichtungsprozess ist stabil und zuverlässig. Die ausgehärtete Polyurethanbeschichtung ist schwer zu entfernen und kann nur durch Erhitzen oder mechanische Verfahren entfernt werden.
Parylene-Beschichtungen sind chemisch inert und feuchtigkeitsbeständig [14]. Auf Oberflächen ohne Pinholes oder Löcher kann eine gleichmäßige und sehr dünne Parylene-Beschichtung verwendet werden. Parylene-Beschichtung hat gute Isoliereigenschaften. Das Parylene-Beschichtungsverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es keine flüchtigen Stoffe erzeugt. Unter den beiden untersuchten Beschichtungen hat die Parylene-Beschichtung das geringste Gewicht, aber den größten Elastizitätsmodul. Der Parylene-Beschichtungsprozess muss chargenweise durchgeführt werden und es müssen spezielle Beschichtungsgeräte verwendet werden. Die Nacharbeit dieser Art von Beschichtung ist sehr schwierig und muss in der Regel durch einen Mikroschleifprozess entfernt werden.
Der Spritzprozess eines Unternehmens, das Acryl- und Polyurethanmaterialien verwendet, verwendet eine automatische rotierende Düse zum Spritzen. Die für dieses Spritzverfahren konzipierte mobile Düse kann eine vorgegebene Breite aus allen Winkeln abdecken. <br Beim Spritzen müssen die Bereiche, die nicht beschichtet werden müssen, abgeschirmt werden. Parylene wird mit Beschichtungsgeräten bei Raumtemperatur beschichtet, und die Beschichtungsgeschwindigkeit und die Enddicke müssen kontrolliert werden. Die Beschichtung dieses Polymers erfolgt auf molekularer Ebene in drei Stufen. Der Rohstoff verdampft im Vakuum und wird zu einem Dimergas erhitzt. Das Gas wird dann pyrolysiert und das Dimer wird in die monomere Form zerlegt. Das Monomergas wird in der Beschichtungskammer bei Raumtemperatur abgeschieden, um einen transparenten Polymerfilm zu bilden.
Zusätzlich zu den wachsenden Zinnwhiskern auf den Oberflächen und Beschichtungen der Komponentenleiter ist auch das Risiko des Wachsens von Zinnwhiskern auf verzinnten Gitterspuren besorgniserregend. Hillman et al., wies darauf hin, dass das Risiko des Wachsens von Zinnwhiskern auf verzinnten Kupferleiterbahnen, geflochtenen Drähten und Flachbandkabeln für Proben in einer Umgebung mit einer Temperatur von 85 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 85 % relativ gering ist [18].
Umfang und Ziele der Forschung Die Forschung in dieser Arbeit soll das Wachstum von Zinnwhiskern der drei Beschichtungen untersuchen und den Einfluss von Beschichtungen mit unterschiedlichen Dicken auf das Wachstum von Zinnwhiskern testen. Darüber hinaus haben wir auch geflochtene Drähte, Litzen und Massivdrähte von hochzuverlässigen Produkten getestet, die eine reine Verzinnung verwenden, um das Risiko von Zinn-Whisker-Wachstum in diesen Produkten zu bestimmen.
Um die Wirkung von Oberflächenbeschichtungsmaterialien auf das Vermindern des Zinnwhiskerwachstums zu untersuchen, gibt es zwei Arten von Substratmaterialien (Kupfer C110 und Legierung 42), und beide Substrate werden mit "Glanzzinn" galvanisiert. Kupfer C110 und die Legierung Nr. 42 sind gängige Materialien für Komponentenanschlüsse. Nach dem Galvanisieren und vor dem Beschichten des Oberflächenmaterials werden an einigen verzinnten Proben Kratzer angebracht, um die Situation zu simulieren, die unter den Verarbeitungs- und Transportbedingungen des Produkts auftreten kann, und einige andere verzinnte Proben werden gebogen (keine Kratzer). In der verzinnten Schicht werden Zug- und Druckspannungen erzeugt. Dann wurde Farbe auf etwa die Hälfte der Oberfläche aller Proben aufgetragen, und die andere Hälfte der Oberfläche wurde unlackiert gelassen. Maskieren Sie die Probe, tragen Sie die Maske auf und entfernen Sie sie, um sicherzustellen, dass die Dicke der Beschichtung gleichmäßig ist und die Kanten der Beschichtung nicht dünner werden. Legen Sie die Probe in eine Kammer, in der Temperatur und Feuchtigkeit kontrolliert werden können, um das Wachstum von Zinnwhiskern zu fördern.
Zu vorbestimmten Zeitintervallen wurden die Proben aus der Temperatur- und Feuchtigkeitsumgebungskammer genommen, um das Wachstum von Zinnwhiskern auf den beschichteten und unbeschichteten Oberflächen zu bewerten und die unbeschichtete Oberfläche und die beschichtete Oberfläche zu vergleichen. Sammeln Sie die Daten jeder Probe, untersuchen Sie die Probe unter einem Hochleistungsmikroskop, machen Sie eine mikroskopische Aufnahme oder scannen Sie mit einem Elektronenmikroskop. Die Analyse der energiedispersiven Spektroskopie (EDS) kann auch die Anomalie von Zinnwhiskern aus metallurgischer Sicht bestätigen. Alle gesammelten Daten werden gespeichert und aufgezeichnet und grafisch dargestellt, um das Wachstum von Zinnwhiskern und anderen Veränderungen zu veranschaulichen.
Die drei Hauptzwecke des Tests sind:
1. Untersuchen Sie das Wachstum von Zinnwhiskern auf glänzend verzinnten Proben;
2. Beweisen Sie, dass die Beschichtung auf glänzend verzinnten Proben verhindern kann und reduzieren oder hemmen das Wachstum von Zinnwhiskern
3. Bewerten Sie das Wachstum von Zinnwhiskern mit verschiedenen Beschichtungsdicken, um zu beurteilen, welches Material und welche Beschichtungsdicke den besten Schutz gegen das Wachstum von Zinnwhiskern bieten.
