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Messung nach IPC-4552B und IPC-4556A mit dem FISCHERSCOPE® X-RAY XDAL®-PCB 200

Qualitätsprüfung von Leiterplattentechnologie

Die Qualitätsprüfung wird in der industriellen Produktion immer wichtiger. Dies gilt auch für die Leiterplattentechnologie, in der Chemisch Nickel Chemisch Gold (ENIG) oder Chemisch Nickel Chemisch Palladium Chemisch Gold (ENEPIG) wichtige Oberflächenveredelungen sind. Die Dicke der einzelnen Schichten ist entscheidend für deren Funktion und Zuverlässigkeit. IPC-4552B (für ENIG) und IPC-4556A (für ENEPIG) definieren die Anforderungen an Messgeräte zur Überprüfung der Schichtdicke. Dies geschieht mit Hilfe einer Messsystemanalyse (MSA). Das FISCHERSCOPE® X-RAY XDAL®-PCB 200 wurde speziell für die Anforderungen in der Leiterplattenindustrie entwickelt und erfüllt die IPC-Anforderungen vollumfassend.

 

Oberflächenveredelungen von Kupfer

Aufgrund seiner hohen Leitfähigkeit und moderaten Kosten ist Kupfer das bevorzugte Material in der Leiterplattentechnologie. Chemische Reaktionen mit der Atmosphäre oder ungeschützter Umgang führen zu unkontrollierten Alterungseffekten der Kupferoberfläche. Aus diesem Grund ist die Herstellung eines elektrischen Kontakts direkt auf Kupfer, z. B. durch Löten, nicht prozesssicher. Als Lösung wurden Oberflächenveredelungen auf der stromführenden Kupferschicht Schichtdicken müssen innerhalb vorgegebener Toleranzen liegen, um die Qualität konstant auf einem hohen Niveau zu halten. Um dies zu gewährleisten, muss nicht nur der Prozess überwacht werden, sondern auch die Messeinrichtung. IPC-4552B (für ENIG) und IPC-4556A (für ENEPIG) verlangen den Nachweis der Leistungsfähigkeit des Messsystems und die Verwendung von Akzeptanzlimits. Eine fehlende Schicht muss als statischer Nullpunkt gemessen werden. Dies wird auch von der IPC gefordert und muss verifiziert werden.

 

Messsystemanalyse

Das Ergebnis der Analyse eines Messsystems sind die Messmittelfähigkeitsindizes. Sie werden aus der vorgegebenen Toleranz T und der Statistik von 30 (ENIG), 25 (ENEPIG) oder mehr Messungen auf einem rückführbaren Normal mit den folgenden Formeln berechnet:

Dabei ist T die Toleranz, s die Standardabweichung und  x̄ - xdie Verzerrung, die als Abweichung des gemessenen Mittelwerts x̄ vom Nennwert des Standards ₓm berechnet wird.

Der Standardwert sollte dem Nennwert der Produktion so nahe wie möglich sein. Cg und Cgk müssen größer oder gleich 1,33 sein, damit die MSA als bestanden gilt. Für die Goldschicht von ENEPIG gibt es keinen oberen Grenzwert, so dass keine Dehnungsfähigkeit berechnet wird. Stattdessen wird das MSA-Verfahren angewandt, um das untere Akzeptanzlimit zu berechnen, das nicht unterschritten werden sollte.

Zusammenfassung der Messfähigkeit und der Akzeptanzlimits von IPC-4552B

Tabelle 1 und 2 fasst die MSA-Ergebnisse für das FISCHERSCOPE XDAL-PCB 200 mit einem Spotdurchmesser von 0,3 mm, einer Messzeit von 60 s und einem Messabstand von 5,5 mm zusammen. Besonders dünne Gold- und Palladiumschichten können mit der Silizium- Drift-Detektor-Technologie (SDD), wie sie im XDAL-PCB 200 verwendet wird, sehr präzise gemessen werden.

 

Oberes Akzeptanzlimit (UGB); Unteres Akzeptanzlimit (LGB)

IPC

4552B
     

Standard
 
CAYGL
 
CAVZY

Schicht

Au

NiP9

Au

NiP9

Dicke [nm]

26

3200

47

2340

Cg

1,69

7,18

1,54

6,72

Cgk

1,49

7,08

1,45

6,61

UGB [nm]

96,4

5958

96,1

5955

LGB [nm]

43,6

3042

43,9

3045

Zusammenfassung der Messfähigkeit und der Akzeptanzlimits von IPC-4556A

Oberes Akzeptanzlimit (UGB); Unteres Akzeptanzlimit (LGB)

IPC

4556A
         

Standard
 
CCHZU
 
CCIFP
   

Schicht

Au

Pd

NiP10

Au

Pd

NiP10

Dicke [nm]

20

31

4700

49

105

4700

Cg

-

2,67

5,38

-

1,42

6,54

Cgk

-

2,54

5,33

-

1,39

6,13

UGB [nm]

-

287,5

5926

-

276,5

5939

LGB [nm]

33,5

62,5

3074

35,2

73,5

3061

Anforderungen der IPC-4552B und IPC-4556A

IPC-4552B erfordert, dass fehlende Schichten gemessen werden (0 ±3) nm. IPC-4556A hingegen verlangt keine statistische Signifikanz. Wir haben k=2 als Akzeptanzkriterium gewählt, was bedeutet, dass die fehlenden Schichten mit einer Standardabweichung von ±2 von Null gemessen werden müssen. Die XDAL-PCB 200 erfüllt die IPC-4552B- und IPC-4555A-Kriterien unter den oben genannten Messbedingungen.

 

Fazit

Das FISCHERSCOPE X-RAY XDAL-PCB 200 ist für die Messung von ENIG und ENEPIG nach IPC-4552B und IPC-4556A geeignet. Es erfüllt vollumfassend die MSA-Anforderungen und fehlende Schichten werden, wie von IPC vorgegeben, statistisch als Null gemessen. Gemäß IPC verwenden wir die neueste Silizium-Drift-Detektor (SDD)-Technologie, die es ermöglicht, ultradünne Schichten aus Gold und Palladium zu messen. Das XDAL-PCB 200 wurde speziell für die Bedürfnisse der PCB-Industrie entwickelt.

 

FISCHERSCOPE X-RAY PCB-Serie
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