RU184905U1

RU184905U1 - PCB COVERING

Info

Publication number: RU184905U1
Application number: RU2018103150U
Authority: RU
Inventors: Юрий Фёдорович Воронцов; Алексей Валерьевич Иванов; Виталий Петрович Леушев; Татьяна Александровна Леушева; Людмила Тимофеевна Захарова
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2018-11-14

Abstract

Полезная модель относится к области электроники, приборостроения и может быть использована при разработке современных конструкций печатных плат (ГШ) с многослойным токопроводящим финишным покрытиям, гибко-жестких печатных плат, гибких печатных плат, трехмерных электронных схем на пластиках.Печатная плата с покрытием, полученным путем нанесения иммерсионного олова с барьерным подслоем из органического металла на медный слой основания, дополнительно введен слой органического защитного покрытия, нанесенный поверх иммерсионного олова. Достигаемым техническим результатом является создание покрытия за счет изменения конструкции структуры слоев ПП, что позволяет повысить качество и технологичность печатных плат на монтажных операциях. 1 ил.The utility model relates to the field of electronics, instrumentation and can be used in the development of modern designs of printed circuit boards (GS) with multilayer conductive finish coatings, flexible-rigid printed circuit boards, flexible printed circuit boards, three-dimensional electronic circuits on plastics. deposition of immersion tin with a barrier sublayer of organic metal on a copper base layer, an additional layer of organic protective coating deposited on top of immersion tin is added. Achievable technical result is the creation of a coating by changing the design of the structure of the PP layers, which allows to improve the quality and manufacturability of printed circuit boards during installation operations. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области электроники, приборостроения и может быть использована при разработке современных конструкций печатных плат (ПП) с многослойным токопроводящим финишным покрытием, гибко-жестких печатных плат, гибких печатных плат, трехмерных электронных схем на пластиках.The utility model relates to the field of electronics, instrumentation and can be used in the development of modern designs of printed circuit boards (PP) with a multilayer conductive finish coating, flexible-rigid printed circuit boards, flexible printed circuit boards, three-dimensional electronic circuits on plastics.

ПП представляет собой подложку, выполненную из изоляционного материала, на которой нанесены токопроводящие дорожки, выполняющие функцию проводов, соединяющих требуемые выводы электронных компонентов (ЭК), которые на более поздней стадии монтируют на плату, например, путем пайки. Токопроводящие дорожки на ПП могут быть выполнены из любого токопроводящего материала. Предпочтительным материалом для токопроводящих дорожек является медь, в основном ввиду своей высокой электропроводности, при этом, медь легко подвергается окислению на воздухе, в результате чего образуется слой оксида меди, или оксидной пленки на поверхности металла, которая приводит к снижению эффективности пайки. В частности могут возникнуть непропаи, которые имеют тенденцию к отказу во время работы устройства, и слабые соединения с низкой механической прочностью.PP is a substrate made of insulating material, on which conductive paths are applied, performing the function of wires connecting the required terminals of electronic components (EC), which at a later stage are mounted on a board, for example, by soldering. Conductive tracks on the PP can be made of any conductive material. The preferred material for the conductive tracks is copper, mainly due to its high electrical conductivity, while copper is easily oxidized in air, resulting in the formation of a layer of copper oxide or an oxide film on the metal surface, which leads to a decrease in the soldering efficiency. In particular, nepropies can occur that tend to fail during operation of the device, and weak joints with low mechanical strength.

С целью устранения указанных проблем производители ПП наносят ряд покрытий или защитных покрытий на участки, на которых предусматривается проведение пайки. В современных электронных изделиях (ЭИ) находят применение разнообразные финишные покрытия, различающиеся своими свойствами.In order to eliminate these problems, PP manufacturers apply a number of coatings or protective coatings to areas where soldering is provided. In modern electronic products (EI) find a variety of topcoats, differing in their properties.

К финишным покрытиям относятся защитные консервирующие покрытия (ЗКП) на основе флюсующих композиций, которые перед передачей ПП на монтажные технологические операции удаляют спиртовым раствором. Недостатком ЗКП является обязательное выполнение операций снятия этих покрытий.Finishing coatings include protective preservative coatings (ZKP) based on fluxing compositions, which are removed with an alcohol solution before transferring the PP to the assembly technological operations. The disadvantage of the RFP is the obligatory performance of the operations of removing these coatings.

Одним из приоритетных финишных покрытий для современных конструкций ЭИ является иммерсионное олово (ImmSn), которое успешно используется в России и за рубежом.One of the priority finishing coatings for modern EI constructions is immersion tin (ImmSn), which is successfully used in Russia and abroad.

Иммерсионные процессы - это контактное восстановление металлов из их растворов на электроотрицательных поверхностях. Для начала процесса иммерсионного осаждения следует погрузить изделие в раствор из менее электроотрицательного металла, чтобы начать процесс иммерсионного осаждения. После образования плотной пленки процесс останавливается, поскольку прекращается контактный обмен. Поэтому иммерсионные процессы образуют тонкие покрытия - порядка десятых долей микрометра. Но и при такой толщине в осаждаемой пленке не может быть участков с отсутствием покрытия, поскольку на них продолжится контактный процесс восстановления до того, как поверхность меди-основы полностью не закроется.Immersion processes are the contact reduction of metals from their solutions on electronegative surfaces. To begin the process of immersion deposition, the product should be immersed in a solution of a less electronegative metal to begin the process of immersion deposition. After the formation of a dense film, the process stops because contact exchange ceases. Therefore, immersion processes form thin coatings - of the order of tenths of a micrometer. But even with such a thickness, there can be no areas with no coating in the deposited film, since the contact restoration process will continue on them before the surface of the copper base is completely closed.

Возможности использования ImmSn крайне ограничены потому, что при непосредственном контакте олово с медью-основой образует интерметаллические соединения. Интерметаллид - тонкий пограничный слой взаимопроникновения металлов друг в друга. Постоянно растущий слой интерметаллидов поглощает чистое олово, окисляется и ухудшает смачиваемость припоев во время процессов пайки. Образование интерметаллидов может быть причиной образования усов олова. Усы олова - вискерсы (whiskers) представляют собой тонкие нити, которые могут расти вертикально, изгибаясь спиралевидно в виде кристаллов олова. Длина усов может достигать 150 мкм, что вызывает серьезную опасность замыкания соседних элементов проводящего рисунка ПП.The possibilities of using ImmSn are extremely limited because, upon direct contact, tin with a copper base forms intermetallic compounds. Intermetallic is a thin boundary layer of the interpenetration of metals into each other. A constantly growing layer of intermetallic compounds absorbs pure tin, oxidizes and degrades the wettability of solders during soldering processes. The formation of intermetallic compounds can cause the formation of tin whiskers. Tin whiskers - whiskers (whiskers) are thin threads that can grow vertically, curving in a spiral shape in the form of tin crystals. The length of the whiskers can reach 150 microns, which causes a serious danger of shorting the adjacent elements of the conductive pattern of the PP.

Введение между медью-основой и ImmSn барьера из органического металла (ОМ) решила проблему образования интерметаллидов и вискерсов. Барьер не мешает обмену электронами для протекания реакции замещения, но предотвращает взаимодиффузию меди и олова. Благодаря наличию барьерного подслоя (0,08…0,1 мкм) не образуются интерметаллические соединения олова и меди, не теряется свойство паяемости покрытия в течение длительного срока. ОМ - соединение, не содержащее металлических добавок, проводит электрический ток, имеет потенциал серебра.The introduction of an organic metal (OM) barrier between the copper base and ImmSn solved the problem of the formation of intermetallic compounds and whiskers. The barrier does not interfere with the exchange of electrons for the substitution reaction, but prevents the interdiffusion of copper and tin. Due to the presence of a barrier sublayer (0.08 ... 0.1 μm), intermetallic compounds of tin and copper are not formed, the property of the solderability of the coating is not lost for a long time. OM - a compound that does not contain metal additives, conducts electric current, has the potential of silver.

Присутствие ОМ оказывает прямое влияние на структуру последующего осадка иммерсионного олова. Создается более совершенная и менее напряженная структура олова, что дает возможность получить более плотную, гладкую поверхность. Это предотвращает также возможность роста вискерсов.The presence of OM has a direct effect on the structure of the subsequent sediment immersion tin. A more perfect and less stressed tin structure is created, which makes it possible to obtain a more dense, smooth surface. This also prevents the possibility of whiskers growth.

Известна печатная плата с покрытием, полученным путем нанесения иммерсионного олова с барьерным подслоем из органического металла (OM-ImmSn) на медный слой основания (см. журнал «Технологии в электронной промышленности», №3'2010 г., стр. 25), совместимым со всеми способами пайки, и обеспечивающим высокую плоскостность контактных площадок платы для установки и пайки электронных компонентов поверхностного монтажа.A known printed circuit board with a coating obtained by applying immersion tin with an organic metal barrier underlayer (OM-ImmSn) on a copper base layer (see the journal "Technologies in the electronic industry", No. 3'2010, p. 25) is compatible with all methods of soldering, and providing high flatness of the contact pads of the board for installation and soldering of electronic components for surface mounting.

Вышеуказанное решение является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и поэтому выбрано в качестве прототипа.The above solution is the closest in technical essence to the claimed and therefore selected as a prototype.

Недостатком вышеуказанной печатной платы с финишным иммерсионным покрытием OM-ImmSn является его малая толщина (0,5-0,8 мкм), что требует дополнительной защиты от воздействия агрессивных химикатов, температурных и механических воздействий.The disadvantage of the above printed circuit board with an OM-ImmSn finish immersion coating is its small thickness (0.5-0.8 microns), which requires additional protection against aggressive chemicals, temperature and mechanical influences.

Решаемой задачей является создание печатной платы с покрытием, защищающим коммутационные основания от воздействия агрессивных химикатов, температурных и механических воздействий.The problem to be solved is the creation of a printed circuit board with a coating that protects the switching base from the effects of aggressive chemicals, temperature and mechanical influences.

Достигаемым техническим результатом заявляемой полезной модели является создание покрытия за счет изменения конструкции структуры слоев ПП, что позволяет повысить качество и технологичность ПП на монтажных операциях.Achievable technical result of the claimed utility model is to create a coating by changing the design of the structure of the PP layers, which allows to improve the quality and manufacturability of the PP during installation operations.

Для достижения технического результата в ПП с покрытием, полученным путем нанесения OM-ImmSn на медный слой основания, новым является то, что дополнительно введен слой органического защитного покрытия (ОЗП), нанесенный поверх иммерсионного олова.To achieve a technical result in PP with a coating obtained by applying OM-ImmSn on a copper base layer, it is new that an additional layer of organic protective coating (OZP) deposited on top of immersion tin is added.

Новая конструкция структуры слоев финишного покрытия позволяет защитить ПП от воздействия агрессивных химикатов при монтаже электронных компонентов, температурных и химических воздействий, обеспечивает возможность пайки и перепайки, не требует удаления, в отличие от ЗКП.The new design of the structure of the layers of the finish coating allows you to protect the PCB from the effects of aggressive chemicals during the installation of electronic components, temperature and chemical influences, provides the ability to solder and solder, does not require removal, unlike ZKP.

Полезная модель реализуется схемой, представленной на фигуре.The utility model is implemented by the circuit shown in the figure.

На ПП 1, прошедшей стадии нанесения медных токопроводящих дорожек 2, паяльной маски 3, производят операции нанесения покрытия ОМ 4 и ImmSn 5 в соответствии с действующим стандартом отрасли ОСТ 107.460092.028-96. Затем производят промывку ПП 1 водой с последующей сушкой, после чего наносят ОЗП 6 в растворе ОЗП 904.At PP 1, which has passed the stage of applying copper conductive tracks 2, soldering mask 3, the coating operations are performed for OM 4 and ImmSn 5 in accordance with the current industry standard OST 107.460092.028-96. Then wash the PP 1 with water, followed by drying, and then apply OZP 6 in a solution of OZP 904.

Перед передачей ПП на монтажные технологические операции пропадает необходимость в очистке образца ПП или удалении слоя покрытия до начала пайки. Это связано с тем, что новое финишное покрытие позволяет «производить пайку через покрытие».Before transferring the PP to the assembly technological operations, there is no need to clean the PP sample or to remove the coating layer before the start of soldering. This is due to the fact that the new finish coating allows you to "solder through the coating."

Был изготовлен опытный образец ПП с новым финишным покрытием OM-ImmSn-ОЗП. Качество паяных соединений образца ПП по признаку смачиваемости и сцепления с паяемой поверхностью подтверждены монтажными операциями электронных компонентов по заявляемому покрытию.A prototype PP was manufactured with the new OM-ImmSn-OZP topcoat. The quality of the soldered joints of the PP sample on the basis of wettability and adhesion to the brazed surface is confirmed by the installation operations of electronic components on the claimed coating.

Claims

The coating of printed circuit boards obtained by applying immersion tin with an organic metal barrier underlayer on a copper base layer, characterized in that an additional layer of organic protective coating deposited on top of immersion tin is added.