1, Nejprve si ujasněme: co vlastně povrchová úprava řeší
Holá měď oxiduje od okamžiku, kdy je naleptána, a během několika hodin vytvoří vrstvu oxidu. Základní poslání povrchové úpravy jsou pouze dvě:
Chraňte měděný povrch před oxidací a vulkanizací během skladování a svařování;
Ujistěte se, že pájka může během svařování spolehlivě smáčet pájecí plošku.
Tyto tři procesní cesty dosahují stejného cíle zcela odlišnými způsoby, což určuje jejich diferenciaci v rovinnosti, tepelné odolnosti, skladovatelnosti a ceně. Pamatujte si tuto větu: neexistuje nejlepší povrchová úprava, pouze ta nejlepší shoda.
Rozměr cínový nástřik HASL ponor zlatá ENIG OSP
Složení povrchu: Slitina cínu, stříbra a mědi (bez olova), vrstva niklu + vrstva zlata, organický ochranný film
Špatná rovinnost (s cínovými noduly a meniskem), extrémně vysoká (úroveň ≈ 0,1 μm), nejvyšší
Doba skladování 3-12 měsíců 6-12 měsíců nebo více 3-6 měsíců
Dobrá odolnost proti refluxu (vícenásobná), vynikající (4-10krát), špatná (1-2krát)
2-3 nejnižší úroveň nástřiku cínem s nejnižšími relativními náklady
Pluginy typického scénáře, hrubé rozestupy, ovládací panel BGA/jemné rozestupy, vysoce spolehlivá jednoprůchodová pec, dávková deska pro spotřebitele
2, ENIG (Chemical Nickel Gold) - Preferována vysoká spolehlivost, ale něco stojí
Princip procesu: Chemická depozice, nejprve naneste vrstvu niklu o tloušťce 3-6 μm na holou měď jako vrstvu difúzní bariéry a poté naneste velmi tenkou vrstvu zlata (0,05-0,1 μm), aby se zabránilo oxidaci niklu. Pod 100 stupňů během celého procesu, bez tepelného šoku. Samotná vrstva zlata se neúčastní svařování a svařování tvoří intermetalické sloučeniny Ni Sn.
Základní výhody
Extrémně vysoká rovinnost: drsnost lze ovládat na úrovni 0,1 μm, kuličky pájky BGA s roztečí 0,3 mm lze rovnoměrně přilepit a jemné kolíkové komponenty nejsou přemostěny;
Dlouhá skladovatelnost: Svařitelnost zůstává v podstatě nezměněna po dobu více než 12 měsíců ve vakuovém balení;
Odolnost proti vícenásobnému přetavení: vydrží 4-10 cyklů pájení přetavením, vhodné pro vícenásobnou montáž nebo opravu, se širokým procesním oknem;
Silná odolnost proti korozi: Zlato je chemicky inertní a funguje lépe v prostředí s vysokou vlhkostí a vysokou solnou mlhou než nástřik cínem, takže je nezbytností pro automobilovou elektroniku, průmyslové řízení, skladování energie a další scénáře.
Rizika a nedostatky
Black Pad: Během ponoření do zlata roztok nadměrně napadá vrstvu niklu, což způsobuje oxidaci a korozi vrstvy niklu za vzniku křehké černé vrstvy. Vzhled může být stále lesklý, ale pevnost pájených spojů je extrémně nízká. Skryté pájené spoje jako BGA/QFN jsou obzvláště nebezpečné a odhalení problémů často trvá měsíce nebo dokonce roky. Klíčové kontrolní body: hodnota pH imerzního roztoku (měla by být udržována na 5,0-5,5), obsah fosforu ve vrstvě niklu (7-10 %) a tloušťka vrstvy zlata;
Čím silnější je vrstva zlata, tím lépe: příliš silné zlato se rozpustí v pájce a vytvoří křehké AuSn ₄, což ve skutečnosti sníží pevnost pájeného spoje. IPC-4552B určuje, že vrstva niklu by měla být 3,0–6,0 μm a vrstva zlata 0,05–0,10 μm, což je optimální rozsah po rozsáhlém ověření;
Tenká zlatá vrstva, neodolná proti opotřebení: Standardní zlaté prsty musí být pokoveny tvrdým zlatem a zapuštěné zlato se používá pro připojení a odpojení rozhraní, obvykle odhaluje měď do 50krát;
Není vhodné pro lepení zlatým drátem: Nikl bude migrovat a oxidovat směrem ke zlaté vrstvě a místo něj je třeba použít nikl-palladium zlato (ENEPIG);
Vysoká cena: Při použití zlata z drahých kovů a složitých chemických procesů jsou náklady asi 2-3krát vyšší než u stříkání cínem.
3, HASL (horkovzdušné vyrovnávání) - král nákladové efektivity, ale s jasnými hranicemi
Princip procesu: Fyzikální tepelný proces, PCB je ponořen do roztavené slitiny cínu při asi 260 stupních a po odstranění je přebytečná pájka odfouknuta vysokotlakým horkým vzduchovým nožem a zanechává povlak ze slitiny cínu doprovázený silným tepelným šokem. Existují olovo (63Sn/37Pb, postupně vyřazeno) a bezolovnaté (SAC305, bod tání asi 217 stupňů).
Nenahraditelná místa
Vysoká mechanická pevnost pájených spojů: vrstva cínu je silná (1-40 μ m), která se při svařování přímo spojuje s pájkou a vytváří pevný pájený spoj;
Nejnižší náklady: vybavení a materiálové vstupy jsou dostupnější, vyspělé procesy a snadné opravy;
Dokonale přizpůsobené pro pájení vlnou a zásuvné procesy, desky s průchozími součástmi jako hlavní součástí jsou stále nejvhodnějším scénářem.
Fatální slabost
Špatná rovinnost: Zakřivené povrchy půlměsíce a cínové noduly jsou součástí procesu a BGA/QFN s rozestupem menším než 0,5 mm jsou přímo vyloučeny. Jemné rozestupy jsou náchylné k přemostění a virtuálnímu pájení;
Vysoký tepelný šok: Okamžitá vysoká teplota 260 stupňů představuje riziko deformace a delaminace pro tenké desky (menší nebo rovno 0,8 mm) a vícevrstvé desky;
Krátká skladovatelnost: Cínová vrstva výrazně oxiduje po 3-6 měsících vystavení vzduchu a pro exportní zásilky nebo dlouhodobé zásoby jsou vyžadovány vícenásobné ochrany, jako je vakuové balení.
4, OSP (maska z organické pájky) - Nízká cena a vysoká rovinnost, ale úzké okno
Princip procesu: Naneste vrstvu filmu organické sloučeniny (obvykle benzimidazol) o tloušťce 0,2-0,5 μm na čistý měděný povrch a svařte při vysoké teplotě, aby se vrstva filmu rozložila, odkryjte čerstvý měděný povrch a spojte jej pájkou. Bez kovového povlaku.
Největší prodejní místo
Extrémně nízká cena (přírůstek téměř nule), nejhladší povrch a perfektní kompatibilita s ultra malými zařízeními 0201 a hustými piny BGA;
Neovlivňuje impedanci signálu, je to jeden z hlavních procesů pro HDI desky s vysokou hustotou, šetrné k životnímu prostředí a bezolovnaté.
Zjevná omezení
Nejkratší doba skladování: až 6 měsíců v uzavřených podmínkách, citlivé na vlhkost a po otevření by mělo být spotřebováno co nejdříve. Pot rukou a otisky prstů mohou ochranný film poškodit;
Omezená refluxní rezistence: obvykle jen 2-3krát, poté se zhoršuje;
Nevhodné pro pájení vlnou a procesy s průchozími otvory;
Nelze vytvořit kontakty, zásuvné struktury nebo dlouhodobě exponované zařízení.
5, Vyberte podle scénáře: Čtyři otázky k určení řešení
Cesta rozhodování o výběru (pořadí zeptejte se sami sebe)
Existují nějaké součástky nebo BGA s rozestupem menším než 0,5 mm? Vyloučit stříkání cínem;
Jak dlouho by měla být deska skladována? Překročení 6 měsíců → vyloučení OSP;
Existují nějaké požadavky na vysokofrekvenční/radiofrekvenční indikátory? Přednost by měla mít potápějící se stříbro nebo zlato;
Je to nákladově citlivá spotřebitelská dávková deska? Ano → OSP nebo depozice cínu.
Porovnání typického scénáře
BGA/jemné rozestupy, přesná deska s vysokou hustotou → nanášení zlata, nejbezpečnější;
Automobilová elektronika, lékařské vybavení, servery, přesná zařízení pro dlouhodobé zásoby → Depozice zlata (doporučená vrstva niklu 4-5 μm a vrstva zlata 0,05-0,1 μm podle automobilových předpisů);
Vysokofrekvenční/radiofrekvenční (5G anténa, mikrovlnný modul, radar) → stříbrné ponoření (nejnižší vysokofrekvenční ztráta) nebo zlaté ponoření;
Orientace na zásuvku, hrubé rozestupy, citlivé na náklady → nástřik cínem (výkonová deska, malá zařízení, běžná průmyslová řídicí deska);
Jednoprůchodová, krátkodobě obrátková spotřebitelská dávková deska → OSP;
Jemné rozmístění pro úsporu peněz → Depozice cínu (plochá verze nástřiku cínem jako alternativa, cenově výhodná střední varianta);
Zlaté prsty, konektory, kontakty tlačítek → galvanicky pokovené tvrdé zlato (odolné proti opotřebení), které nelze nahradit běžným ponorným zlatem.
Tři běžné mylné představy
Čím silnější je zlato použité pro ponoření, tím lepší ": Nadměrná tloušťka skutečně zvyšuje křehkost. Svařovací vrstva zlata 1-3 μ" je dostatečná a ty, které skutečně vyžadují silné zlato, jsou kontaktní jako zlaté prsty, které by měly být potaženy tvrdým zlatem;
Pokud je OSP levné, měl by OSP používat každý. „Když je na výrobní lince mnoho ručních operací a desky je třeba expedovat po dávkách, rychle se projeví nedostatky OSP;
Povrchová úprava neovlivňuje impedanci: Povrchová úprava mírně změní tloušťku a ztrátu povrchového vodiče a do simulace je třeba zahrnout scénáře extrémních vysokých frekvencí.