1, Poďme si najprv porozumieť: čo vlastne povrchová úprava rieši
Čistá meď oxiduje od okamihu leptania a v priebehu niekoľkých hodín vytvorí vrstvu oxidu. Základné poslanie povrchovej úpravy sú len dve:
Chráňte povrch medi pred oxidáciou a vulkanizáciou počas skladovania a procesov zvárania;
Zabezpečte, aby spájka mohla počas zvárania spoľahlivo namočiť spájkovaciu podložku.
Tieto tri procesné cesty dosahujú rovnaký cieľ úplne odlišnými spôsobmi, čo určuje ich diferenciáciu v rovinnosti, tepelnej odolnosti, skladovateľnosti a nákladoch. Zapamätajte si túto vetu: neexistuje najlepšia povrchová úprava, len tá najlepšia zhoda.
Rozmer cínový nástrek HASL ponorná zlatá ENIG OSP
Povrchové zloženie: Zliatina cínu, striebra a medi (bez olova), vrstva niklu + vrstva zlata, organický ochranný film
Slabá rovinnosť (s cínovými uzlinami a meniskom), extrémne vysoká (úroveň ≈ 0,1 μm), najvyššia
Doba skladovania 3-12 mesiacov 6-12 mesiacov alebo viac 3-6 mesiacov
Dobrá odolnosť proti refluxu (viacnásobne), výborná (4-10-krát), slabá (1-2-krát)
2-3 najnižšia úroveň nástreku cínu s najnižšími relatívnymi nákladmi
Zásuvné moduly pre typické scenáre, hrubé rozstupy, ovládací panel BGA/jemné rozstupy, vysoká spoľahlivosť jednopriechodovej pece, spotrebiteľská dávková doska
2, ENIG (Chemical Nickel Gold) - Uprednostňuje sa vysoká spoľahlivosť, ale stojí to za to
Princíp procesu: Chemické nanášanie, najskôr naneste 3-6 μm vrstvu niklu na holú meď ako vrstvu difúznej bariéry a potom naneste veľmi tenkú vrstvu zlata (0,05-0,1 μm), aby ste zabránili oxidácii niklu. Pod 100 stupňov počas celého procesu, bez tepelného šoku. Samotná vrstva zlata sa nezúčastňuje zvárania a zváranie vytvára intermetalické zlúčeniny Ni Sn.
Hlavné výhody
Extrémne vysoká rovinnosť: drsnosť možno regulovať na úrovni 0,1 μm, guľôčky spájky BGA s rozstupom 0,3 mm možno rovnomerne prilepiť a jemné kolíkové komponenty nie sú premostené;
Dlhá skladovateľnosť: Zvárateľnosť zostáva v podstate nezmenená viac ako 12 mesiacov pri vákuovom balení;
Odolnosť proti viacnásobnému pretaveniu: vydrží 4-10 spájkovacích cyklov pretavenia, vhodné na viacnásobnú montáž alebo opravu, so širokým procesným oknom;
Silná odolnosť proti korózii: Zlato je chemicky inertné a funguje lepšie v prostrediach s vysokou vlhkosťou a vysokou soľou ako striekanie cínom, čo z neho robí nevyhnutnosť pre automobilovú elektroniku, priemyselné riadenie, skladovanie energie a iné scenáre.
Riziká a nedostatky
Black Pad: Počas ponorenia do zlata roztok nadmerne napáda vrstvu niklu, čo spôsobuje oxidáciu a koróziu vrstvy niklu, čím sa vytvorí krehká čierna vrstva. Vzhľad môže byť stále lesklý, ale pevnosť spájkovaných spojov je extrémne nízka. Skryté spájkované spoje ako BGA/QFN sú obzvlášť nebezpečné a odhalenie problémov často trvá mesiace alebo dokonca roky. Kľúčové kontrolné body: hodnota pH imerzného roztoku (mala by sa udržiavať na 5,0-5,5), obsah fosforu vo vrstve niklu (7-10%) a hrúbka vrstvy zlata;
Čím hrubšia vrstva zlata, tým lepšie: príliš hrubé zlato sa rozpustí v spájke a vytvorí krehké AuSn ₄, čo v skutočnosti zníži pevnosť spájkovaného spoja. IPC-4552B určuje, že vrstva niklu by mala byť 3,0 – 6,0 μm a vrstva zlata 0,05 – 0,10 μm, čo je optimálny rozsah po rozsiahlom overovaní;
Tenká zlatá vrstva, ktorá nie je odolná voči opotrebovaniu: Štandardné zlaté prsty musia byť pokovované tvrdým zlatom a zapustené zlato sa používa na pripájanie a odpájanie rozhraní, zvyčajne odhaľuje meď do 50-krát;
Nie je vhodné na spájanie zlatým drôtom: Nikel bude migrovať a oxidovať smerom k zlatej vrstve a namiesto toho je potrebné použiť nikl-paládiové zlato (ENEPIG);
Vysoké náklady: Pri použití zlata z drahých kovov a zložitých chemických procesov sú náklady asi 2-3 krát vyššie ako pri striekaní cínu.
3, HASL (teplovzdušné vyrovnávanie) - kráľ nákladovej efektívnosti, ale s jasnými hranicami
Princíp procesu: Fyzikálny tepelný proces, doska plošných spojov je ponorená do roztavenej zliatiny cínu pri teplote asi 260 stupňov a po odstránení sa prebytočná spájka odfúkne vysokotlakovým nožom s horúcim vzduchom, pričom zanechá povlak zo zliatiny cínu sprevádzaný silným tepelným šokom. Existujú olovo (63Sn/37Pb, postupne vyraďované) a bezolovnaté (SAC305, bod topenia asi 217 stupňov).
Nenahraditeľné miesta
Vysoká mechanická pevnosť spájkovaných spojov: vrstva cínu je hrubá (1-40 μm), ktorá sa pri zváraní priamo spája s spájkou a vytvára pevný spájkovaný spoj;
Najnižšie náklady: vybavenie a materiálové vstupy sú cenovo dostupnejšie, vyspelé procesy a jednoduché opravy;
Dosky s komponentmi s priechodnými otvormi ako hlavným komponentom, dokonale prispôsobené na vlnové spájkovanie a zásuvné procesy, sú stále najvhodnejším scenárom.
Smrteľná slabosť
Zlá rovinnosť: Polmesiac zakrivené povrchy a cínové uzliny sú súčasťou procesu a BGA/QFN s rozostupom menším ako 0,5 mm sú priamo vylúčené. Jemné rozstupy sú náchylné na premostenie a virtuálne spájkovanie;
Vysoký tepelný šok: Okamžitá vysoká teplota 260 stupňov predstavuje riziko deformácie a delaminácie pre tenké platne (menej alebo rovné 0,8 mm) a viacvrstvové platne;
Krátka skladovateľnosť: Cínová vrstva výrazne oxiduje po 3-6 mesiacoch vystavenia vzduchu a pri exportnej preprave alebo pri dlhodobom skladovaní sú potrebné viaceré ochrany, ako napríklad vákuové balenie.
4, OSP (maska z organickej spájky) - Nízka cena a vysoká rovinnosť, ale úzke okno
Princíp procesu: Naneste vrstvu filmu organickej zlúčeniny (zvyčajne benzimidazolu) s hrúbkou 0,2-0,5 μm na čistý medený povrch a zvarte pri vysokej teplote, aby sa vrstva filmu rozložila, čím sa odkryje čerstvý medený povrch a spojí sa spájkou. Bez kovového povlaku.
Najväčší predajný argument
Extrémne nízka cena (približne k nule), najhladší povrch a perfektná kompatibilita s ultra malými zariadeniami 0201 a hustými BGA kolíkmi;
Bez ovplyvnenia impedancie signálu je to jeden z hlavných procesov pre dosky HDI s vysokou hustotou, šetrné k životnému prostrediu a bez obsahu olova.
Zjavné obmedzenia
Najkratšia doba skladovania: do 6 mesiacov v uzavretých podmienkach, citlivých na vlhkosť a po otvorení by sa malo spotrebovať čo najskôr. Pot rúk a odtlačky prstov môžu poškodiť ochranný film;
Obmedzená refluxná odolnosť: zvyčajne len 2-3 krát, potom sa zhoršuje;
Nevhodné pre vlnové spájkovanie a procesy s priechodnými otvormi;
Nie je možné nadviazať kontakty, zásuvné štruktúry alebo dlhodobo vystavené zariadenia.
5, Vyberte podľa scenára: Štyri otázky na určenie riešenia
Cesta rozhodovania o výbere (postupne sa opýtajte)
Existujú nejaké komponenty alebo BGA s rozstupom menším ako 0,5 mm? Vylúčte striekanie cínu;
Ako dlho by sa mala doska skladovať? Prekročenie 6 mesiacov → vylúčenie OSP;
Existujú nejaké požiadavky na vysokofrekvenčné/rádiofrekvenčné indikátory? Prioritou by malo byť potápanie striebra alebo zlata;
Je to nákladovo citlivá spotrebiteľská dávková doska? Áno → OSP alebo depozícia cínu.
Porovnanie typického scenára
BGA/jemné rozostupy, presná doska s vysokou hustotou → nanášanie zlata, najbezpečnejšie;
Automobilová elektronika, zdravotnícke zariadenia, servery, presné zariadenia na dlhodobé skladovanie → Depozícia zlata (odporúčaná vrstva niklu 4-5 μm a vrstva zlata 0,05-0,1 μm podľa automobilových predpisov);
Vysoká frekvencia/rádiová frekvencia (5G anténa, mikrovlnný modul, radar) → strieborné ponorenie (najnižšia vysokofrekvenčná strata) alebo zlaté ponorenie;
Orientované na zásuvku, hrubé rozstupy, citlivé na náklady → striekanie cínom (napájacia doska, malé spotrebiče, obyčajná priemyselná riadiaca doska);
Spotrebiteľská dávková tabuľa s jedným prechodom s krátkodobým obratom → OSP;
Jemné rozmiestnenie na úsporu peňazí → Nanášanie cínu (plochá verzia striekania cínom ako alternatíva, cenovo výhodná stredná možnosť);
Zlaté prsty, konektory, kontakty tlačidiel → galvanicky pokovované tvrdé zlato (odolné voči opotrebovaniu), ktoré sa nedá nahradiť obyčajným ponorným zlatom.
Tri bežné mylné predstavy
Čím hrubšie je zlato použité na ponorenie, tým lepšie ": Nadmerná hrúbka v skutočnosti zvyšuje krehkosť. Postačuje vrstva zváracieho zlata 1-3 μ" a tie, ktoré skutočne vyžadujú hrubé zlato, sú kontaktné ako zlaté prsty, ktoré by mali byť potiahnuté tvrdým zlatom;
Ak je OSP lacné, tak by OSP mal používať každý. „Keď je na výrobnej linke veľa manuálnych operácií a dosky je potrebné expedovať v dávkach, nedostatky OSP sa rýchlo prejavia;
Povrchová úprava neovplyvňuje impedanciu: Povrchová úprava mierne zmení hrúbku a stratu povrchového vodiča a do simulácie je potrebné zahrnúť extrémne vysokofrekvenčné scenáre.