Die Spezifikation IPC-4554 aus dem Jahr 2007 ist ausgerichtet auf die Herstellung von Chemisch Zinn-Beschichtungen (ISn) für Leiterplatten. Sie befasst sich mit der Lötbarkeit der Beschichtung und der damit verbundenen Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit in der Leiterplattenfertigung. Außerdem zeigt sie auf, wie es gelingt, eine Lagerbeständigkeit dieser Beschichtung von mehr als sechs Monaten zu erreichen.
Diese Beschichtungen bestehen aus einer einzigen Zinnschicht, die direkt auf die Kupferoberfläche von Leiterplatten aufgetragen wird. Die Zinnbeschichtung erfüllt zwei Funktionen: Schutz des Kupfers vor Oxidation und Herstellung einer zuverlässig lötbaren Oberfläche. Zinn wird darüber hinaus auch für Presspassverbindungen und als Verbindungsschicht für ZIF-(Zero Insertion Force)-Leiterplattenrandverbinder verwendet. Die IPC-Spezifikation befasst sich jedoch ausschließlich mit der Verwendung von Zinn als Beschichtung für die Aufnahme von Lötverbindungen.
Das Hauptproblem bei der Verwendung von Zinnbeschichtungen ist die starke Affinität zwischen Kupfer und Zinn. Dies führt dazu, dass die beiden Metallschichten im Laufe der Zeit an der Grenzfläche ineinander diffundieren. Dieser Vorgang führt irgendwann dazu, dass die Unversehrtheit der schützenden Zinnschicht nicht mehr gewährleistet ist und die darunter liegende Oberfläche zu oxidieren beginnt. Diese unvermeidbare Diffusion so lange wie möglich herauszuzögern ist eine wesentliche Maßnahme zur Verlängerung der Lagerbeständigkeit des Bauteils.
Im Grunde ist es die Dicke der Zinnschicht, die die Lebensdauer des Bauteils bestimmt. Vor diesem Hintergrund soll die IPC-4554 einen Standard für die Zinnschichtdicke liefern, der es Produzenten ermöglicht, für alle Leiterplattenanwendungen – oberflächen- oder durchsteckmontierte – eine zuverlässig lötbare Beschichtung herzustellen. Werden bei der Produktion die Vorgaben der Spezifikation eingehalten, dann ist eine Lagerbeständigkeit gemäß Klasse 3 J-STD-003 von sechs Monaten zu erwarten.
Wie bereits erwähnt, hat die Neigung des Kupfers, durch die darüber liegende Zinnschicht zu diffundieren, einen negativen Effekt auf die Lötbarkeit und die Lagerbeständigkeit. Darüber hinaus erschwert sie möglicherweise auch die Messung der Zinnschichtdicke. Dies ist ein ernstzunehmendes Problem, denn nur wenn die Dicke dieser Zinnschicht genau kontrolliert wird, kann ein qualitativ hochwertiges Bauteil gefertigt werden.
Für die Messung der Schichtdicke werden RFA-Geräte verwendet. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ältere RFA-Geräte möglicherweise nicht in der Lage sind, zuverlässig zwischen dem Zinn und anderen Elementen in der Beschichtung zu unterscheiden. Die Folge können ungenaue Messungen sein. Die IPC-4554 enthält detaillierte Anleitungen zur Kalibrierung von RFA-Geräten - unter anderem auch zur richtigen Verwendung von RFA-Kalibrierstandards für diese Art der Messungen -, damit die Leiterplattenhersteller sichergehen können, dass ihre Analysegeräte tatsächlich die geforderten genauen Messergebnisse liefern. Außerdem werden in der Spezifikation ausführlich die Vorteile der Verwendung von Folien auf Polyester zur Vermeidung des Diffusionseinflusses dargelegt und Empfehlungen ausgesprochen, wie dies in der Produktionsumgebung in den Kalibriervorgang der RFA-Geräte integriert werden kann.
Die Spezifikation geht auch auf die visuelle Prüfung der Beschichtung und Aspekte wie Dickenparameter, Porosität, Haftvermögen, Lötbarkeit und Whiskerbildung ein. Hier können Sie die komplette Spezifikation direkt beim Institute for Printed Circuits (IPC) anfordern.
Wir bieten eine Reihe von Analysegeräten an, die Ihnen helfen können, die Spezifikationen des IPC zu erfüllen.
Fallstudie: Werkstoffanalyse von Wälzlagerprodukten mit dem X-MET8000 RFA Handgerät bei Kugellager-Express
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