1, primer entenem: què és realment la solució del tractament de superfícies
El coure nu s'oxida des del moment en què es grava i forma una capa d'òxid en poques hores. La missió bàsica del tractament de superfícies és només dues:
Protegiu la superfície de coure de l'oxidació i la vulcanització durant els processos d'emmagatzematge i soldadura;
Assegureu-vos que la soldadura pugui mullar de manera fiable el coixinet de soldadura durant la soldadura.
Aquestes tres vies de procés aconsegueixen el mateix objectiu de maneres completament diferents, la qual cosa determina la seva diferenciació en planitud, resistència a la calor, vida útil i cost. Recordeu aquesta frase: no hi ha el millor tractament de superfície, només la millor combinació.
Dimensió estany polvorització HASL immersió or ENIG OSP
Composició de la superfície: aliatge de coure de plata d'estany (sense plom), capa de níquel + capa d'or, pel·lícula protectora orgànica
Poca planitud (amb nòduls d'estany i menisc), extremadament alt (nivell ≈ 0,1 μ m), més alt
Període d'emmagatzematge 3-12 mesos 6-12 mesos o més 3-6 mesos
Bona resistència al reflux (múltiples vegades), excel·lent (4-10 vegades), pobre (1-2 vegades)
2-3 nivell més baix de polvorització d'estany amb el cost relatiu més baix
Connectors d'escenaris típics, espaiat gruixut, tauler de control BGA/espai fi, forn d'una sola passada d'alta fiabilitat, tauler de lots de consumidors
2, ENIG (Or de níquel químic): es prefereix una alta fiabilitat, però té un cost
Principi del procés: deposició química, primer dipositeu una capa de níquel de 3-6 μm sobre coure nu com a capa de barrera de difusió i després dipositeu una capa d'or molt prima (0,05-0,1 μm) per evitar l'oxidació del níquel. Per sota de 100 graus durant tot el procés, sense xoc tèrmic. La capa d'or en si no participa en la soldadura, i la soldadura forma compostos intermetàl·lics Ni Sn.
Avantatges bàsics
Planitud extremadament alta: la rugositat es pot controlar a un nivell de 0,1 μ m, les boles de soldadura BGA amb un espai de 0,3 mm es poden adherir de manera uniforme i els components de pins fins no es poden pontar;
Llarga vida d'emmagatzematge: la soldabilitat es manté bàsicament sense canvis durant més de 12 mesos sota l'envasat al buit;
Resistència de refluig múltiple: pot suportar 4-10 cicles de soldadura per reflujo, adequat per a múltiples muntatges o reparacions, amb una àmplia finestra de procés;
Forta resistència a la corrosió: l'or és químicament inert i funciona millor en entorns d'alta humitat i polvorització de sal que la polvorització d'estany, el que el converteix en un imprescindible per a l'electrònica de l'automòbil, el control industrial, l'emmagatzematge d'energia i altres escenaris.
Riscos i mancances
Coixinet negre: durant la immersió a l'or, la solució ataca excessivament la capa de níquel, provocant l'oxidació i corrosió de la capa de níquel per formar una capa negra trencadissa. L'aspecte encara pot ser brillant, però la força de les juntes de soldadura és extremadament baixa. Les juntes de soldadura amagades, com ara BGA/QFN, són especialment perilloses i els problemes sovint triguen mesos o fins i tot anys a exposar-se. Punts de control clau: valor de pH de la solució d'immersió (s'ha de mantenir a 5,0-5,5), contingut de fòsfor de la capa de níquel (7-10%) i gruix de la capa d'or;
Com més gruixuda sigui la capa d'or, millor: l'or massa gruixut es dissolrà a la soldadura i formarà AuSn ₄ fràgil, que en realitat reduirà la força de la junta de soldadura. IPC-4552B especifica que la capa de níquel ha de ser de 3,0-6,0 μ m i la capa d'or ha de ser de 0,05-0,10 μ m, que és el rang òptim després d'una verificació exhaustiva;
Capa prima d'or, no resistent al desgast: els dits d'or estàndard s'han de xapar amb or dur i l'or enfonsat s'utilitza per connectar i desconnectar interfícies, generalment exposant el coure en 50 vegades;
No apte per a la unió de fils d'or: el níquel migrarà i s'oxidarà cap a la capa d'or, i cal utilitzar níquel-paladi or (ENEPIG) en el seu lloc;
Cost elevat: utilitzant or de metalls preciosos i processos químics complexos, el cost és aproximadament 2-3 vegades el de la polvorització d'estany.
3, HASL (anivellament d'aire calent): el rei de la rendibilitat, però amb límits clars
Principi del procés: procés tèrmic físic, el PCB es submergeix en un aliatge d'estany fos a uns 260 graus i, després de l'eliminació, l'excés de soldadura s'elimina amb un ganivet d'aire calent d'alta pressió, deixant un recobriment d'aliatge d'estany acompanyat d'un xoc tèrmic greu. Hi ha plom (63Sn/37Pb, eliminat gradualment) i sense plom (SAC305, punt de fusió d'uns 217 graus).
Llocs insubstituïbles
Alta resistència mecànica de les juntes de soldadura: la capa d'estany és gruixuda (1-40 μ m), que es fusiona directament amb la soldadura durant la soldadura, formant una junta de soldadura ferma;
Cost més baix: les entrades d'equips i materials són més assequibles, processos madurs i reparacions fàcils;
Perfectament adaptades als processos de soldadura per ona i endollament, les plaques amb components de forat pasant com a component principal segueixen sent el seu escenari més adequat.
Debilitat fatal
Poca planitud: les superfícies corbes de mitja lluna i els nòduls d'estany són inherents al procés, i s'exclouen directament BGA/QFN amb un espai inferior a 0,5 mm. L'espaiat fi és propens a ponts i soldadures virtuals;
Xoc tèrmic elevat: l'alta temperatura instantània de 260 graus suposa un risc de deformació i delaminació per a plaques primes (menys o igual a 0,8 mm) i plaques multicapa;
Vida d'emmagatzematge curta: la capa d'estany s'oxida significativament després de 3-6 mesos d'exposició a l'aire i es requereixen múltiples proteccions, com ara l'envasament al buit, per a l'enviament d'exportació o l'inventari a llarg termini.
4, OSP (màscara de soldadura orgànica): baix cost i gran planitud, però finestra estreta
Principi del procés: apliqueu una capa de pel·lícula composta orgànica (generalment benzimidazol) amb un gruix de 0,2-0,5 μm a la superfície neta de coure i soldeu a alta temperatura per descompondre la capa de pel·lícula, exposant la superfície de coure fresca i unint-la amb soldadura. Sense recobriment metàl·lic.
El punt de venda més gran
Cost extremadament baix (incremental proper a zero), la superfície més llisa i compatibilitat perfecta amb dispositius ultra petits 0201 i pins BGA densos;
No afecta la impedància del senyal, és un dels processos principals per a plaques d'alta densitat HDI, respectuós amb el medi ambient i sense plom.
Limitacions evidents
Període d'emmagatzematge més curt: fins a 6 mesos en condicions tancades, sensible a la humitat, i s'ha d'utilitzar tan aviat com sigui possible després de l'obertura. La suor de les mans i les empremtes dactilars poden danyar la pel·lícula protectora;
Resistència limitada al reflux: normalment només 2-3 vegades, després de la qual cosa es deteriora;
No apte per a processos de soldadura per ona i forats passants;
No es poden establir contactes, estructures endollables o equips exposats a llarg termini.
5, Selecciona per escenari: quatre preguntes per determinar la solució
Camí de decisió de selecció (pregunteu-vos per ordre)
Hi ha components o BGA amb un espai inferior a 0,5 mm? Exclou la polvorització d'estany;
Quant de temps s'ha d'emmagatzemar el tauler? Més de 6 mesos → descartar OSP;
Hi ha algun requisit per als indicadors d'alta freqüència/radiofreqüència? S'ha de donar prioritat a enfonsar plata o or;
És un tauler de lots de consumidors sensible als costos? Sí → OSP o deposició d'estany.
Comparació d'escenaris típics
BGA/espai fi, tauler de precisió d'alta densitat → deposició d'or, el més segur;
Electrònica d'automoció, equips mèdics, servidors, equips de precisió d'inventari a llarg termini → Dipòsit d'or (capa de níquel recomanada 4-5 μ m i capa d'or 0,05-0,1 μ m segons la normativa d'automoció);
Alta freqüència/radiofreqüència (antena 5G, mòdul de microones, radar) → immersió de plata (pèrdua d'alta freqüència més baixa) o immersió d'or;
Endoll orientat, espai gruixut, sensible al cost → polvorització d'estany (tauler elèctric, petits electrodomèstics, tauler de control industrial normal);
Tauler de lots de consumidors d'una sola passada, facturació a curt termini → OSP;
Espaiat fi per estalviar diners → Deposició d'estany (una versió plana de la polvorització d'estany com a alternativa, una opció mitjana rendible);
Dits d'or, connectors, contactes de botons → or dur galvanitzat (resistent al desgast), que no es pot substituir per or d'immersió normal.
Tres idees errònies habituals
Com més gruixut sigui l'or utilitzat per a la immersió, millor ": un gruix excessiu augmenta realment la fragilitat. Una capa d'or de soldadura d'1-3 μ" és suficient, i els que realment requereixen or gruixut són el contacte com els dits d'or, que haurien d'estar recoberts d'or dur;
Si OSP és barat, tothom hauria d'utilitzar OSP. "Quan hi ha moltes operacions manuals a la línia de producció i els taulers s'han d'enviar per lots, les deficiències de l'OSP s'exposaran ràpidament;
El tractament superficial no afecta la impedància: el tractament superficial canviarà lleugerament el gruix i la pèrdua del conductor superficial, i s'han d'incloure escenaris d'alta freqüència extrema a la simulació.