1. Innanzitutto capiamo: cos'è veramente risolutivo il trattamento superficiale
Il rame nudo si ossida dal momento in cui viene inciso e forma uno strato di ossido nel giro di poche ore. Le missioni principali del trattamento superficiale sono solo due:
Proteggere la superficie del rame dall'ossidazione e dalla vulcanizzazione durante i processi di stoccaggio e saldatura;
Assicurarsi che la saldatura possa bagnare in modo affidabile il pad di saldatura durante la saldatura.
Questi tre percorsi di processo raggiungono lo stesso obiettivo in modi completamente diversi, il che determina la loro differenziazione in termini di planarità, resistenza al calore, durata di conservazione e costi. Ricorda questa frase: non esiste il miglior trattamento superficiale, solo il migliore abbinamento.
Dimension stagno spruzzatura HASL immersione oro ENIG OSP
Composizione superficiale: lega di rame stagno-argento (senza piombo), strato di nichel+strato d'oro, pellicola protettiva organica
Scarsa planarità (con noduli di stagno e menisco), estremamente elevata (livello ≈ 0,1 μ m), massima
Periodo di conservazione 3-12 mesi 6-12 mesi o più 3-6 mesi
Buona resistenza al reflusso (più volte), eccellente (4-10 volte), scarsa (1-2 volte)
2-3 livello più basso di spruzzatura di stagno con il costo relativo più basso
Plugin per scenari tipici, spaziatura grossolana, pannello di controllo BGA/spaziatura fine, forno a passaggio singolo ad alta affidabilità, scheda batch consumer
2, ENIG (Chemical Nickel Gold): preferibile alta affidabilità, ma ha un costo
Principio del processo: deposizione chimica, depositare prima uno strato di nichel da 3-6 μm su rame nudo come strato barriera alla diffusione, quindi depositare uno strato d'oro molto sottile (0,05-0,1 μm) per prevenire l'ossidazione del nichel. Sotto i 100 gradi durante tutto il processo, senza shock termico. Lo strato d'oro stesso non partecipa alla saldatura e la saldatura forma composti intermetallici Ni Sn.
Vantaggi fondamentali
Planarità estremamente elevata: la ruvidità può essere controllata a livello di 0,1 μm, le sfere di saldatura BGA con una spaziatura di 0,3 mm possono essere incollate uniformemente e i componenti dei perni fini non sono collegati a ponte;
Lunga conservazione: la saldabilità rimane sostanzialmente invariata per più di 12 mesi sotto vuoto;
Resistenza multipla al riflusso: può sopportare 4-10 cicli di saldatura a riflusso, adatto per assemblaggi o riparazioni multipli, con un'ampia finestra di processo;
Elevata resistenza alla corrosione: l'oro è chimicamente inerte e offre prestazioni migliori in ambienti ad alta umidità e nebbia salina rispetto alla spruzzatura di stagno, rendendolo un must per l'elettronica automobilistica, il controllo industriale, lo stoccaggio di energia e altri scenari.
Rischi e carenze
Tampone nero: durante l'immersione nell'oro, la soluzione attacca eccessivamente lo strato di nichel, provocando l'ossidazione e la corrosione dello strato di nichel fino a formare uno strato nero fragile. L'aspetto può essere ancora lucido, ma la resistenza dei giunti di saldatura è estremamente bassa. I giunti di saldatura nascosti come BGA/QFN sono particolarmente pericolosi e i problemi spesso richiedono mesi o addirittura anni per essere scoperti. Punti di controllo chiave: valore del pH della soluzione di immersione (deve essere mantenuto a 5,0-5,5), contenuto di fosforo dello strato di nichel (7-10%) e spessore dello strato d'oro;
Più spesso è lo strato d'oro, meglio è: l'oro troppo spesso si dissolverà nella saldatura e formerà un fragile AuSn ₄, che ridurrà effettivamente la resistenza del giunto di saldatura. IPC-4552B specifica che lo strato di nichel dovrebbe essere 3,0-6,0 μm e lo strato d'oro dovrebbe essere 0,05-0,10 μm, che è l'intervallo ottimale dopo una verifica approfondita;
Strato d'oro sottile, non resistente all'usura: i dita d'oro standard devono essere placcati con oro duro e l'oro affondato viene utilizzato per collegare e scollegare le interfacce, di solito esponendo il rame entro 50 volte;
Non adatto per l'incollaggio di fili d'oro: il nichel migrerà e si ossiderà verso lo strato d'oro ed è necessario utilizzare invece oro al nichel-palladio (ENEPIG);
Costo elevato: utilizzando metalli preziosi, oro e processi chimici complessi, il costo è circa 2-3 volte quello della spruzzatura di stagno.
3, HASL (livellamento dell'aria calda): il re dell'economicità, ma con confini chiari
Principio del processo: processo fisico-termico, il PCB viene immerso in una lega di stagno fuso a circa 260 gradi e, dopo la rimozione, la saldatura in eccesso viene soffiata via con un coltello ad aria calda ad alta pressione, lasciando un rivestimento di lega di stagno accompagnato da un forte shock termico. Esistono piombo (63Sn/37Pb, gradualmente eliminato) e senza piombo (SAC305, punto di fusione a circa 217 gradi).
Luoghi insostituibili
Elevata resistenza meccanica dei giunti di saldatura: lo strato di stagno è spesso (1-40 μ m), che si fonde direttamente con la saldatura durante la saldatura, formando un giunto di saldatura solido;
Costo più basso: attrezzature e materiali in ingresso sono più convenienti, processi maturi e facili da riparare;
Perfettamente adattate alla saldatura ad onda e ai processi plug-in, le schede con componenti a foro passante come componente principale rappresentano ancora lo scenario più adatto.
Debolezza fatale
Scarsa planarità: le superfici curve a mezzaluna e i noduli di stagno sono inerenti al processo e BGA/QFN con una spaziatura inferiore a 0,5 mm sono direttamente esclusi. La spaziatura fine è soggetta a ponti e saldature virtuali;
Elevato shock termico: l'elevata temperatura istantanea di 260 gradi comporta un rischio di deformazione e delaminazione per piastre sottili (inferiori o uguali a 0,8 mm) e piastre multistrato;
Breve durata di conservazione: lo strato di stagno si ossida in modo significativo dopo 3-6 mesi di esposizione all'aria e sono necessarie molteplici protezioni come l'imballaggio sottovuoto per la spedizione di esportazione o l'inventario a lungo termine.
4, OSP (maschera di saldatura organica) - Basso costo ed elevata planarità, ma finestra stretta
Principio del processo: applicare uno strato di pellicola di composto organico (solitamente benzimidazolo) con uno spessore di 0,2-0,5 μm sulla superficie di rame pulita e saldare ad alta temperatura per decomporre lo strato di pellicola, esponendo la superficie di rame fresca e legandola con lega per saldatura. Nessun rivestimento metallico.
Il più grande punto di forza
Costo estremamente basso (incrementale vicino allo zero), superficie più liscia e perfetta compatibilità con dispositivi ultra piccoli 0201 e pin BGA densi;
Non influenzando l'impedenza del segnale, è uno dei processi principali per le schede HDI ad alta densità, ecologico e senza piombo.
Limitazioni evidenti
Periodo di conservazione più breve: fino a 6 mesi in condizioni sigillate, sensibile all'umidità e deve essere utilizzato il prima possibile dopo l'apertura. Il sudore delle mani e le impronte digitali potrebbero danneggiare la pellicola protettiva;
Resistenza al reflusso limitata: solitamente solo 2-3 volte, dopodiché peggiora;
Non adatto per la saldatura ad onda e i processi a foro passante;
Non è possibile stabilire contatti, strutture plug-in o apparecchiature esposte a lungo termine.
5, Seleziona per scenario: quattro domande per determinare la soluzione
Percorso decisionale di selezione (chiediti in ordine)
Sono presenti componenti o BGA con una spaziatura inferiore a 0,5 mm? Escludere la spruzzatura di stagno;
Per quanto tempo deve essere conservata la tavola? Superiore a 6 mesi → esclusione dell'OSP;
Esistono requisiti per gli indicatori ad alta frequenza/radiofrequenza? La priorità dovrebbe essere data all'affondamento dell'argento o dell'oro;
È una scheda batch consumer sensibile ai costi? Sì → OSP o deposizione di stagno.
Confronto di scenari tipici
BGA/spaziatura fine, pannello di precisione ad alta densità → deposizione d'oro, la più sicura;
Elettronica automobilistica, apparecchiature mediche, server, apparecchiature di precisione per inventario a lungo termine → Deposizione di oro (strato di nichel consigliato 4-5 μm e strato d'oro 0,05-0,1 μm secondo le normative automobilistiche);
Alta frequenza/radiofrequenza (antenna 5G, modulo a microonde, radar) → immersione in argento (perdita in alta frequenza minima) o immersione in oro;
Orientamento alla spina, spaziatura grossolana, sensibile ai costi → spruzzatura di stagno (scheda di alimentazione, piccoli elettrodomestici, normale scheda di controllo industriale);
Bacheca batch di consumo a passaggio singolo, fatturato a breve termine → OSP;
Spaziatura fine per risparmiare denaro → Deposizione di stagno (una versione piatta della spruzzatura di stagno in alternativa, un'opzione intermedia economicamente vantaggiosa);
Dita, connettori, contatti dei pulsanti in oro → oro duro elettrolitico (resistente all'usura), che non può essere sostituito dal normale oro da immersione.
Tre malintesi comuni
Più spesso è l'oro utilizzato per l'immersione, meglio è ": uno spessore eccessivo aumenta infatti la fragilità. È sufficiente uno strato di oro per saldatura di 1-3 μ", e quelli che richiedono veramente oro spesso sono contatti come le dita d'oro, che dovrebbero essere rivestite con oro duro;
Se l’OSP è economico, allora tutti dovrebbero usarlo. "Quando ci sono molte operazioni manuali sulla linea di produzione e le schede devono essere spedite in lotti, le carenze dell'OSP verranno rapidamente evidenziate;
Il trattamento superficiale non influisce sull'impedenza: il trattamento superficiale modificherà leggermente lo spessore e la perdita del conduttore superficiale e nella simulazione dovranno essere inclusi scenari ad alta frequenza estrema.