1, Нека първо разберем: какво наистина решава повърхностната обработка
Голата мед се окислява от момента, в който е гравирана и образува оксиден слой в рамките на няколко часа. Основната мисия на повърхностната обработка е само две:
Защитете медната повърхност от окисление и вулканизация по време на съхранение и заваръчни процеси;
Уверете се, че спойката може надеждно да намокри спойката по време на заваряване.
Тези три процеса постигат една и съща цел по напълно различни начини, което определя тяхната диференциация по плоскост, устойчивост на топлина, живот на съхранение и цена. Запомнете това изречение: няма най-добра обработка на повърхността, само най-доброто съвпадение.
Размери калай пръскане HASL потапяне злато ENIG OSP
Повърхностен състав: Медна сплав от калай и сребро (без олово), никелов слой + златен слой, органичен защитен филм
Лоша плоскост (с калаени нодули и менискус), изключително висока (≈ 0,1 μm ниво), най-висока
Период на съхранение 3-12 месеца 6-12 месеца или повече 3-6 месеца
Добра устойчивост на обратен хладник (многократно), отлична (4-10 пъти), лоша (1-2 пъти)
2-3 най-ниско ниво на пръскане на калай с най-ниска относителна цена
Плъгини за типични сценарии, грубо разстояние, контролен панел BGA/фино разстояние, високонадеждна еднопроходна пещ, потребителска партидна платка
2, ENIG (Chemical Nickel Gold) - Предпочита се висока надеждност, но има цена
Принцип на процеса: Химично отлагане, първо нанесете 3-6 μm никелов слой върху гола мед като дифузионен бариерен слой и след това нанесете много тънък златен слой (0,05-0,1 μm), за да предотвратите окисляването на никел. Под 100 градуса през целия процес, без термичен шок. Самият златен слой не участва в заваряването, а заваряването образува интерметални съединения Ni Sn.
Основни предимства
Изключително висока плоскост: грапавостта може да се контролира на ниво от 0,1 μm, BGA топките за спояване с разстояние от 0,3 mm могат да бъдат равномерно залепени и компонентите с фини щифтове не се свързват;
Дълъг живот на съхранение: Заваряемостта остава основно непроменена за повече от 12 месеца под вакуумна опаковка;
Устойчивост на многократно преформатиране: може да издържи 4-10 цикъла на запояване чрез повторно формиране, подходящо за многократно сглобяване или ремонт, с широк прозорец на процеса;
Силна устойчивост на корозия: Златото е химически инертно и се представя по-добре при среда с висока влажност и високо съдържание на сол, отколкото пръскането с калай, което го прави задължително за автомобилната електроника, индустриалния контрол, съхранението на енергия и други сценарии.
Рискове и недостатъци
Черна подложка: По време на потапяне в злато, разтворът атакува прекомерно никеловия слой, причинявайки окисляване и корозия на никеловия слой, за да образува крехък черен слой. Външният вид може все още да е блестящ, но здравината на спойките е изключително ниска. Скритите спойки като BGA/QFN са особено опасни и проблемите често отнемат месеци или дори години, за да бъдат разкрити. Ключови контролни точки: pH стойност на разтвора за потапяне (трябва да се поддържа на 5,0-5,5), съдържание на фосфор в никеловия слой (7-10%) и дебелина на златния слой;
Колкото по-дебел е златният слой, толкова по-добре: твърде дебелото злато ще се разтвори в спойката и ще образува крехък AuSn ₄, което всъщност ще намали здравината на спойката. IPC-4552B уточнява, че никеловият слой трябва да бъде 3,0-6,0 μm, а златният слой трябва да бъде 0,05-0,10 μm, което е оптималният диапазон след задълбочена проверка;
Тънък златен слой, неустойчив на износване: Стандартните златни пръсти трябва да бъдат покрити с твърдо злато, а потъналото злато се използва за включване и изключване на интерфейси, обикновено излагайки медта в рамките на 50 пъти;
Не е подходящ за залепване на златни проводници: Никелът ще мигрира и ще се окисли към златния слой и вместо него трябва да се използва никел-паладиево злато (ENEPIG);
Висока цена: Използвайки злато от благороден метал и сложни химически процеси, цената е около 2-3 пъти по-висока от тази на пръскане с калай.
3, HASL (нивелиране с горещ въздух) - кралят на рентабилността, но с ясни граници
Принцип на процеса: Физически термичен процес, печатната платка се потапя в разтопена калаена сплав при около 260 градуса и след отстраняване излишната спойка се издухва с нож с горещ въздух под високо налягане, оставяйки покритие от калаена сплав, придружено от силен термичен шок. Има оловни (63Sn/37Pb, постепенно премахнати) и безоловни (SAC305, точка на топене около 217 градуса).
Незаменими места
Висока механична якост на спойките: калаеният слой е дебел (1-40 μm), който директно се слива със спойката по време на заваряване, образувайки здрава спойка;
Най-ниска цена: оборудването и вложените материали са по-достъпни, зрели процеси и лесни ремонти;
Перфектно адаптирани към процеси на вълново запояване и добавяне, платките с компоненти с отвори като основен компонент все още са най-подходящият сценарий.
Фатална слабост
Лоша плоскост: Извитите повърхности на полумесец и калаените нодули са присъщи на процеса, а BGA/QFN с разстояние по-малко от 0,5 mm са директно изключени. Финото разстояние е склонно към мостове и виртуално запояване;
Силен термичен удар: Моментната висока температура от 260 градуса представлява риск от изкривяване и разслояване за тънки плочи (по-малки или равни на 0,8 мм) и многослойни плочи;
Кратък живот на съхранение: Слоят от калай се окислява значително след 3-6 месеца излагане на въздух и са необходими многобройни защити като вакуумно опаковане за експортно транспортиране или дългосрочен инвентар.
4, OSP (органична маска за запояване) - Ниска цена и висока плоскост, но тесен прозорец
Принцип на процеса: Нанесете слой от филм от органично съединение (обикновено бензимидазол) с дебелина 0,2-0,5 μm върху чистата медна повърхност и заварете при висока температура, за да разложите слоя филм, излагайки прясна медна повърхност и свързвайки я с спойка. Без метално покритие.
Най-голямата точка за продажба
Изключително ниска цена (близка до нулева инкрементална), най-гладка повърхност и перфектна съвместимост с ултра малки устройства 0201 и плътни BGA щифтове;
Без да влияе на импеданса на сигнала, това е един от основните процеси за HDI платки с висока плътност, екологичен и без олово.
Очевидни ограничения
Най-кратък период на съхранение: до 6 месеца при затворени условия, чувствителен към влага и трябва да се използва възможно най-скоро след отваряне. Потта на ръцете и пръстовите отпечатъци могат да повредят защитното фолио;
Ограничена рефлуксна устойчивост: обикновено само 2-3 пъти, след което се влошава;
Не е подходящ за процеси на вълново запояване и през отвори;
Не може да прави контакти, щепселни структури или дълготрайно изложено оборудване.
5, Изберете по сценарий: Четири въпроса за определяне на решението
Път за вземане на решение за избор (запитайте се по ред)
Има ли компоненти или BGA с разстояние по-малко от 0,5 mm? Изключете пръскането с калай;
Колко дълго трябва да се съхранява дъската? Над 6 месеца → изключване на OSP;
Има ли изисквания за високочестотни/радиочестотни индикатори? Приоритет трябва да се дава на потъване на сребро или злато;
Чувствителна ли е към разходите потребителска партидна платка? Да → OSP или отлагане на калай.
Сравнение на типичен сценарий
BGA/фино разстояние, прецизна платка с висока плътност → отлагане на злато, най-сигурното;
Автомобилна електроника, медицинско оборудване, сървъри, прецизно оборудване за дълготраен инвентар → Отлагане на злато (препоръчителен никелов слой 4-5 μm и златен слой 0,05-0,1 μm според автомобилните разпоредби);
Висока честота/радио честота (5G антена, микровълнов модул, радар) → сребърно потапяне (най-ниска загуба на висока честота) или златно потапяне;
Ориентиран към щепсела, грубо разстояние, чувствителен към разходите → пръскане с калай (захранващо табло, малки уреди, обикновен промишлен контролен панел);
Единично преминаване, краткосрочен оборот потребителска партидна платка → OSP;
Фино разстояние за спестяване на пари → Отлагане на калай (плоска версия на пръскане с калай като алтернатива, рентабилен среден вариант);
Златни пръсти, конектори, контакти на бутони → галванично покритие от твърдо злато (устойчиво на износване), което не може да бъде заменено с обикновено потапящо злато.
Три често срещани погрешни схващания
Колкото по-дебело е златото, използвано за потапяне, толкова по-добре ": Прекомерната дебелина всъщност увеличава крехкостта. Заваръчен златен слой от 1-3 μ" е достатъчен, а тези, които наистина изискват дебело злато, са контактни като златни пръсти, които трябва да бъдат покрити с твърдо злато;
Ако OSP е евтин, тогава всеки трябва да използва OSP. „Когато има много ръчни операции на производствената линия и платките трябва да се доставят на партиди, недостатъците на OSP ще бъдат разкрити бързо;
Повърхностната обработка не влияе на импеданса: Повърхностната обработка леко ще промени дебелината и загубата на повърхностния проводник и в симулацията трябва да бъдат включени сценарии с екстремни високи честоти.