Исследование процесса иммерсионного оловянирования для производства печатных плат

Разработан раствор иммерсионного оловянирования для осаждения финишных оловянных покрытий на поверхность токопроводящего рисунка (далее ТПР) печатной платы (далее ПП). Финишные оловянные покрытия предназначены для защиты от коррозии ТПР печатной платы с целью обеспечения хорошей смачиваемости поверхности припоем и сохранности способности к пайке и сварке в течение длительного времени (до 6 месяцев), а финишные иммерсионные оловянные покрытия - также для обеспечения компланарности поверхности ТПР. Раствор содержит (г(мл)/л): Sn²⁺ – 12; CH₃SO₃H – 40; C₃H₅O(СООН)₃ – 300; ПЭГ-400 – 170; CS(NH₂)₂ – 100; Na(H₂PO₂)∙H₂O – 25; Ag⁺ – 0,025. Позволяет в две стадии (при t = 18…25 °С и τ = 1…2 мин; а затем при t = 60…70 °С; τ = 12…16 мин) осаждать оловянные покрытия с отвечающей требованиям паяемостью, которая не ухудшается после выдержки в атмосфере пара в течение 4 часов. С увеличением температуры рабочего раствора толщина оловянного покрытия возрастает, а кристаллическая структура укрупняется. Предварительное иммерсионное оловянирование в холодном растворе приводит к измельчению структуры последующего слоя, осаждаемого в горячем растворе. Добавление в раствор гипофосфита натрия повышает стабильность и ресурс раствора, а также улучшает воспроизводимость толщины и структуры покрытий. Установлено, что у легированных серебром оловянных покрытий образование вискеров не наблюдается спустя 3 месяца старения. Ресурс разработанного раствора по накапливающимся в процессе иммерсионного обмена ионам меди составляет 8 г/л, что сопоставимо с зарубежным аналогом.

1. Данилова Е.А., Нелюцков М.А., Тузова Д.Е. Исследование финишных защитных покрытий печатных плат // Инжиниринг и технологии. − 2022. − Т. 7, № 2. − С. 1-9. https://doi.10.21685/2587-7704-2022-7-2-4

2. Директива 2011/65 / ЕС (RoHS II) «Об ограничении использования определенных опасных веществ в электрическом и электронном оборудовании» (утв. Европейским парламентом и Советом 08.06.2011).

3. Зоткин В.В., Зайцев А.Г., Гаврилин Г.О., Архипов Е.А., Смирнов К.Н. Изучение процесса химического никелирования как стадии ENIG-процесса // Гальванотехника и обработка поверхности. − 2015. − Т. 23, № 1. − С. 47-50.

4. Астахов Н.В., Башкиров А.В., Макаров О.Ю., Пирогов А.А., Демихова А.С. Проблемы повышения надежности и качества радиоэлектронных средств и приборов при использовании бессвинцовых припоев // Вестник Воронежского государственного технического университета. − 2021. − Т. 17, № 2. − C. 48-53.

5. Орлова К.А., Григорян Н.С., Аснис Н.А. Влияние структуры медной фольги диэлектрика на толщину иммерсионного оловянного покрытия // Материалы I Всероссийской научной конференции с международным участием. (20-23 ноября 2023 г.). − Казань, 2023. − С. 68-69.

6. Бондарь А.А., Демьянов Б.Ф. Морфология фаз на границе раздела твердая медь/жидкое олово // Материалы XVII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (01-05 июня 2020 г.). − Барнаул, 2020. − С. 48-50.

7. Бондарь А.А., Агейкова Л.Н., Демьянов Б.Ф. Рост интерметаллидов и образование переходного слоя в зоне контакта меди с жидким оловом // Ползуновский вестник. − 2019. − № 2. − C. 133-137.

8. Wessling B., Rischka M., Posdorfer J. OrmeSTAR Ultra – the organic metal nanofinish // Circuit World. − 2010. − Vol. 36, № 1. − P. 1421. https://doi.10.1108/03056121011015059

9. ГОСТ 28211-89 Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание Т: Пайка. − М.: Изд-во стандартов, 1990. − 23 с.

10. Martell A.E., Smith R.M. Critical Stability Constants, Vol. 3, Other organic ligands. New York: Plenum Press, 1977. − 495 p.

11. Котик Ф.И., Ускоренный контроль электролитов, растворов и расплавов. Справочник. − М.: «Машиностроение», 1978. − 191 с.

12. Substitution type electroless tin-silver alloy plating solution: pat. JP 2000309876A. Japan; заявл. 23.04.1999; опубл. 07.11.2000. 12 p.

13. Arazna A., Koziol G., Krolikowski A., Bielinski J. The corrosion characteristics and solderability of immersion tin coatings on copper // Materials and Corrosion. − 2013. − Vol. 64, № 10. − P. 914-925. https://doi.10.1016/j.surfcoat.2007.06.004

14. Брусницына Л.А. Электрохимическая металлизация печатных плат: учеб. пособие для студентов, обучающихся по программе бакалавриата направлений: 18.03.01 Химическая технология; 18.03.02 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии. − Екатеринбург: Изд-во ФГАОУ ВПО УрФУ, 2017. − 44 с.

15. Muhd Amli S.F., Mohd Salleh M.A.A., Ramli M.I.I., Abdul Aziz M.S., Yasuda H., Chaiprapa J., Nogita K. Effects of immersion silver (ImAg) and immersion tin (ImSn) surface finish on the microstructure and joint strength of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder // J Mater Sci: Mater Electron. − 2022. − Vol. 33. − P. 14249-14263. https://doi.10.1007/s10854-022-08353-z

16. Wessling B. Use of Organic Metal to enhance the operating window and solderability of immersion tin // Circuit World. − 1999. − Vol. 25, № 4. − P. 8-16. https://doi.10.1108/03056129910290733

17. Медведев А.М. Финишные покрытия под пайку // Гальванотехника и обработка поверхности. − 2012. − № 4. − С. 47-57.

18. Huttunen-Saarivirta E. Observations on the uniformity of immersion tin coatings on copper // Surface and Coatings Technology. − 2002. − Vol. 160. − P. 288-294. https://doi.10.1016/S0257-8972(02)00412-7

19. Kovac Z., Tu K.N. Immersion tin: Its chemistry, metallurgy and application in electronic packaging technology // Res. Develop. − 1984. − Vol. 28, № 6. − P. 726-734. https://doi.10.1147/RD.286.0726

20. Huang Y., Yang Ch., Tan X., Zhang Zh., Wang Sh., Hu J., He W., Du Zh., Du Y., Tang Y., Su X., Chen Y. Benzaldehyde derivatives on tin electroplating as corrosion resistance for fabricating copper circuit // Nanotechnology Reviews. − 2022. − Vol. 11, № 1. − P. 3125-3137. https://doi.10.1515/ntrev-2022-0497

21. Orlova K.A., Grigoryan N.S., Asnis N.A., Smirnov K.N., Abrashov A.A., Vagramyan T.A., Zhirukhin D.A. Study of immersion tin plating for the production of printed circuit boards // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. − 2023. − Vol. 12, № 4. − P. 17191732. https://doi.10.17675/2305-6894-2023-12-4-17

22. Fadil N.A., Yusof S.Z., Abu Bakar T.A., Ghazali H., Mat Yajid M.A., Osman S.A., Ourdjini A. Tin Whiskers’ Behavior under Stress Load and the Mitigation Method for Immersion Tin Surface Finish // Materials. − 2021. − Vol. 14. − P. 6817-6832. https://doi.10.3390/ma14226817

23. Смертина Т. Иммерсионное олово как финишное покрытие // Технологии в электронной промышленности. − 2007. − № 4. − С. 16-19.

24. Delhaise A.M., Bagheri Z., Meschter S., Snugovsky P., Kennedy J. Tin Whisker Growth on Electronic Assemblies Soldered with Bi-Containing, Pb-Free Alloys // Journal of Electronic Materials. − 2020. − Vol. 50, № 3. − P. 842-854. https://doi.10.1007/s11664-020-08544-6