1, Hajde da prvo shvatimo: šta zaista rešava površinska obrada
Goli bakar oksidira od trenutka kada je urezan i formira oksidni sloj u roku od nekoliko sati. Osnovna misija površinske obrade je samo dva:
Zaštitite površinu bakra od oksidacije i vulkanizacije tokom procesa skladištenja i zavarivanja;
Uverite se da lem može pouzdano da navlaži podlogu za lemljenje tokom zavarivanja.
Ova tri procesna puta postižu isti cilj na potpuno različite načine, što određuje njihovu diferencijaciju u ravnosti, otpornosti na toplinu, vijeku skladištenja i cijeni. Zapamtite ovu rečenicu: ne postoji najbolji tretman površine, samo najbolji spoj.
Dimenzija lima za prskanje HASL imersion zlato ENIG OSP
Površinski sastav: kalaj srebrna legura bakra (bez olova), sloj nikla + sloj zlata, organski zaštitni film
Loša ravnost (sa limenim čvorićima i meniskusom), izuzetno visoka (≈ 0,1 μm nivo), najviša
Rok skladištenja 3-12 mjeseci 6-12 mjeseci ili više 3-6 mjeseci
Dobra otpornost na refluks (više puta), odlična (4-10 puta), loša (1-2 puta)
2-3 najniži nivo prskanja lima uz najnižu relativnu cijenu
Tipični dodaci scenarija, grubi razmaci, kontrolna ploča BGA/fini razmaci, visokopouzdana peć s jednim prolazom, potrošačka šaržna ploča
2, ENIG (kemijsko zlato od nikla) - poželjna je visoka pouzdanost, ali dolazi po cijeni
Princip procesa: Kemijsko taloženje, prvo nanesite sloj nikla od 3-6 μm na goli bakar kao sloj difuzijske barijere, a zatim nanesite vrlo tanak sloj zlata (0,05-0,1 μm) kako biste spriječili oksidaciju nikla. Ispod 100 stepeni tokom celog procesa, bez termičkog udara. Sam sloj zlata ne učestvuje u zavarivanju, a zavarivanje stvara Ni Sn intermetalne spojeve.
Osnovne prednosti
Ekstremno visoka ravnost: hrapavost se može kontrolisati na nivou od 0,1 μm, BGA kuglice za lemljenje sa razmakom od 0,3 mm mogu se ravnomerno zalepiti, a fine komponente igle nisu premoštene;
Dug vek skladištenja: Zavarljivost ostaje u osnovi nepromenjena više od 12 meseci pod vakuumom;
Višestruka otpornost na reflow: može izdržati 4-10 ciklusa reflow lemljenja, pogodna za višestruku montažu ili popravku, sa širokim prozorom procesa;
Jaka otpornost na koroziju: zlato je hemijski inertno i bolje se ponaša u okruženjima s visokom vlagom i visokim sadržajem slanog spreja od prskanja lima, što ga čini neophodnim za automobilsku elektroniku, industrijsku kontrolu, skladištenje energije i druge scenarije.
Rizici i nedostaci
Crni jastučić: Tokom potapanja u zlato, rastvor prekomerno napada sloj nikla, uzrokujući oksidaciju i koroziju sloja nikla da bi se formirao krhki crni sloj. Izgled može i dalje biti sjajan, ali je čvrstoća lemnih spojeva izuzetno niska. Skriveni spojevi za lemljenje kao što su BGA/QFN su posebno opasni, a problemi često traju mjesecima ili čak godinama da se otkriju. Ključne kontrolne tačke: pH vrednost rastvora za potapanje (treba da se održava na 5,0-5,5), sadržaj fosfora u sloju nikla (7-10%) i debljina sloja zlata;
Što je sloj zlata deblji, to bolje: previše debelo zlato će se otopiti u lemu i formirati krhki AuSn ₄, što će zapravo smanjiti čvrstoću lemnog spoja. IPC-4552B specificira da sloj nikla treba da bude 3,0-6,0 μm, a sloj zlata 0,05-0,10 μm, što je optimalan raspon nakon opsežne provjere;
Tanak sloj zlata, nije otporan na habanje: Standardni zlatni prsti moraju biti obloženi tvrdim zlatom, a utopljeno zlato se koristi za uključivanje i isključivanje interfejsa, obično otkrivajući bakar u roku od 50 puta;
Nije pogodno za spajanje zlatnom žicom: Nikl će migrirati i oksidirati prema zlatnom sloju, a umjesto njega treba koristiti nikl paladijum zlato (ENEPIG);
Visoka cijena: Korištenjem zlata od plemenitih metala i složenih hemijskih procesa, cijena je oko 2-3 puta veća od cijene prskanja lima.
3, HASL (niveliranje vrućim zrakom) - kralj isplativosti, ali sa jasnim granicama
Princip procesa: Fizički termički proces, PCB je uronjen u rastopljenu leguru kalaja na oko 260 stepeni, a nakon uklanjanja, višak lema se otpuhuje nožem vrućeg vazduha pod visokim pritiskom, ostavljajući premaz od legure kalaja praćen jakim termičkim udarom. Postoje olovni (63Sn/37Pb, postepeno ugađani) i bezolovni (SAC305, tačka topljenja oko 217 stepeni).
Nezamjenjiva mjesta
Visoka mehanička čvrstoća lemnih spojeva: sloj kalaja je debeo (1-40 μm), koji se direktno spaja sa lemom tokom zavarivanja, formirajući čvrst lemni spoj;
Najniži troškovi: oprema i materijalni inputi su pristupačniji, zreliji procesi i lake popravke;
Savršeno prilagođene talasnom lemljenju i procesima umetanja, ploče sa komponentama kroz rupe kao glavnom komponentom i dalje su najprikladniji scenario.
Fatalna slabost
Loša ravnost: Polumjesečne zakrivljene površine i limene nodule su svojstvene procesu, a BGA/QFN sa razmakom manjim od 0,5 mm su direktno isključeni. Fini razmaci su skloni premošćivanju i virtuelnom lemljenju;
Visok toplotni udar: Trenutna visoka temperatura od 260 stepeni predstavlja opasnost od savijanja i raslojavanja za tanke ploče (manje ili jednake 0,8 mm) i višeslojne ploče;
Kratak vek skladištenja: Limeni sloj značajno oksidira nakon 3-6 meseci izlaganja vazduhu, a potrebne su višestruke zaštite kao što je vakuumsko pakovanje za izvoz ili dugoročne zalihe.
4, OSP (organska lemna maska) - Niska cijena i visoka ravnost, ali uzak prozor
Princip procesa: Naneti sloj filma organskog jedinjenja (obično benzimidazola) debljine 0,2-0,5 μm na čistu bakarnu površinu i zavariti na visokoj temperaturi kako bi se sloj filma razgradio, otkrivajući svežu površinu bakra i spajajući je lemom. Bez metalnog premaza.
Najveća prodajna tačka
Izuzetno niska cijena (približno nula inkrementalnih), najglatkija površina i savršena kompatibilnost sa 0201 ultra malim uređajima i gustim BGA pinovima;
Ne utiče na impedanciju signala, to je jedan od glavnih procesa za HDI ploče visoke gustine, ekološki prihvatljive i bez olova.
Očigledna ograničenja
Najkraći rok skladištenja: do 6 meseci u zatvorenim uslovima, osetljivo na vlagu, i treba ga iskoristiti što je pre moguće nakon otvaranja. Znoj ruku i otisci prstiju mogu oštetiti zaštitni film;
Ograničena otpornost na refluks: obično samo 2-3 puta, nakon čega se pogoršava;
Nije pogodno za talasno lemljenje i procese kroz rupe;
Ne mogu uspostaviti kontakte, priključne strukture ili opremu koja je dugotrajno izložena.
5, Odaberite prema scenariju: Četiri pitanja za utvrđivanje rješenja
Put donošenja odluke o odabiru (pitajte se po redu)
Postoje li komponente ili BGA s razmakom manjim od 0,5 mm? Isključiti prskanje limom;
Koliko dugo treba da se čuva ploča? Prekoračenje od 6 mjeseci → isključivanje OSP-a;
Postoje li neki zahtjevi za visokofrekventne/radio frekvencijske indikatore? Prioritet treba dati potapanju srebra ili zlata;
Je li to troškovno osjetljiva serijska ploča za potrošače? Da → OSP ili taloženje kalaja.
Tipično poređenje scenarija
BGA/fini razmaci, precizna ploča visoke gustine → taloženje zlata, najsigurnije;
Automobilska elektronika, medicinska oprema, serveri, oprema za dugotrajni inventar → Taloženje zlata (preporučeni sloj nikla 4-5 μm i sloj zlata 0,05-0,1 μm prema automobilskim propisima);
Visoka frekvencija/radio frekvencija (5G antena, mikrotalasni modul, radar) → srebrno uranjanje (najmanji gubitak visoke frekvencije) ili potapanje u zlato;
Orjentisan na utikač, grubi razmaci, osjetljiv na troškove → prskanje lima (napajačka ploča, mali uređaji, obična industrijska kontrolna ploča);
Jednokratni prolaz, kratkoročni obrt potrošača šaržna tabla → OSP;
Fini razmaci radi uštede → Taloženje kalaja (ravna verzija prskanja kalajem kao alternativa, isplativa srednja opcija);
Zlatni prsti, konektori, tipkasti kontakti → galvanizirano tvrdo zlato (otporno na habanje), koje se ne može zamijeniti običnim potopljenim zlatom.
Tri uobičajene zablude
Što je zlato deblje koje se koristi za potapanje, to bolje ": Prekomjerna debljina zapravo povećava krhkost. Dovoljan je sloj zlata za zavarivanje od 1-3 μ", a oni koji zaista zahtijevaju debelo zlato su kontaktni poput zlatnih prstiju, koje treba premazati tvrdim zlatom;
Ako je OSP jeftin, onda bi svi trebali koristiti OSP. „Kada postoji mnogo ručnih operacija na proizvodnoj liniji i ploče moraju biti isporučene u serijama, nedostaci OSP-a će brzo biti otkriveni;
Površinska obrada ne utječe na impedanciju: površinska obrada će neznatno promijeniti debljinu i gubitak površinskog provodnika, a ekstremni visokofrekventni scenariji moraju biti uključeni u simulaciju.