1, Öncelikle şunu anlayalım: yüzey işleminin gerçekte ne çözdüğü
Çıplak bakır, kazındığı andan itibaren oksitlenir ve birkaç saat içinde oksit tabakası oluşturur. Yüzey işlemenin temel misyonu yalnızca ikidir:
Depolama ve kaynak işlemleri sırasında bakır yüzeyini oksidasyon ve vulkanizasyondan koruyun;
Kaynak sırasında lehimin lehim pedini güvenilir şekilde ıslatabildiğinden emin olun.
Bu üç süreç rotası aynı hedefe tamamen farklı yollarla ulaşır; bu da bunların düzlük, ısı direnci, depolama ömrü ve maliyet açısından farklılıklarını belirler. Şu cümleyi unutmayın: En iyi yüzey işlemi yoktur, yalnızca en iyi eşleşme vardır.
Boyut kalay püskürtme HASL daldırma altın ENIG OSP
Yüzey bileşimi: Kalay gümüş bakır alaşımı (kurşunsuz), nikel katman + altın katman, organik koruyucu film
Zayıf düzlük (kalay nodülleri ve menisküslerle birlikte), son derece yüksek (≈ 0,1 μ m seviyesi), en yüksek
Saklama süresi 3-12 ay 6-12 ay ve üzeri 3-6 ay
İyi reflü direnci (birden fazla kez), mükemmel (4-10 kez), zayıf (1-2 kez)
2-3 en düşük bağıl maliyetle en düşük kalay püskürtme seviyesi
Tipik senaryo eklentileri, kaba aralık, kontrol paneli BGA/ince aralık, yüksek güvenilirlikli tek geçişli fırın, tüketici grup panosu
2, ENIG (Kimyasal Nikel Altın) - Yüksek güvenilirlik tercih edilir, ancak bir bedeli vardır
İşlem prensibi: Kimyasal biriktirme, önce bir difüzyon bariyeri tabakası olarak çıplak bakır üzerine 3-6 μm'lik bir nikel tabakası biriktirin ve ardından nikel oksidasyonunu önlemek için çok ince bir altın katmanı (0,05-0,1 μm) biriktirin. Proses boyunca 100 derecenin altında, termal şok olmadan. Altın tabakanın kendisi kaynağa katılmaz ve kaynak, Ni Sn intermetalik bileşikleri oluşturur.
Temel avantajlar
Son derece yüksek düzlük: pürüzlülük 0,1 μm seviyesinde kontrol edilebilir, 0,3 mm aralıklı BGA lehim topları eşit şekilde yapıştırılabilir ve ince pim bileşenleri köprülenmez;
Uzun depolama ömrü: Kaynaklanabilirlik, vakumlu paketleme altında 12 aydan fazla temelde değişmeden kalır;
Çoklu yeniden akış direnci: geniş bir işlem penceresine sahip, çoklu montaj veya onarım için uygun, 4-10 yeniden akışlı lehimleme döngüsüne dayanabilir;
Güçlü korozyon direnci: Altın kimyasal olarak inerttir ve yüksek nem ve yüksek tuz püskürtme ortamlarında kalay püskürtmeye göre daha iyi performans gösterir; bu da onu otomotiv elektroniği, endüstriyel kontrol, enerji depolama ve diğer senaryolar için olmazsa olmaz hale getirir.
Riskler ve Eksiklikler
Siyah Ped: Altına daldırma sırasında çözelti nikel tabakasına aşırı derecede saldırır, nikel tabakasının oksidasyonuna ve korozyonuna neden olarak kırılgan siyah bir tabaka oluşturur. Görünüm hala parlak olabilir ancak lehim bağlantılarının mukavemeti son derece düşüktür. BGA/QFN gibi gizli lehim bağlantıları özellikle tehlikelidir ve sorunların açığa çıkması genellikle aylar hatta yıllar alır. Anahtar kontrol noktaları: Daldırma çözeltisinin pH değeri (5,0-5,5'te tutulmalıdır), nikel tabakasının fosfor içeriği (%7-10) ve altın tabakasının kalınlığı;
Altın tabakası ne kadar kalınsa o kadar iyidir: çok kalın altın lehimin içinde çözünecek ve kırılgan AuSn ₄ oluşturacak, bu da lehim bağlantısının gücünü gerçekten azaltacaktır. IPC-4552B, nikel katmanının 3,0-6,0 μm ve altın katmanının 0,05-0,10 μm olması gerektiğini belirtir; bu, kapsamlı doğrulamanın ardından en uygun aralıktır;
İnce altın katman, aşınmaya dayanıklı değil: Standart altın parmaklar sert altınla kaplanmalıdır ve arayüzleri takmak ve çıkarmak için batırılmış altın kullanılır, genellikle bakır 50 kez açığa çıkar;
Altın tel bağlama için uygun değildir: Nikel, altın katmanına doğru hareket edecek ve oksitlenecektir ve bunun yerine nikel paladyum altının (ENEPIG) kullanılması gerekir;
Yüksek maliyet: Değerli metal altın ve karmaşık kimyasal işlemler kullanıldığında, maliyet kalay püskürtmenin yaklaşık 2-3 katıdır.
3, HASL (sıcak hava seviyelendirme) - maliyet etkinliğinin kralı, ancak sınırları net
İşlem prensibi: Fiziksel termal işlem, PCB yaklaşık 260 derecede erimiş kalay alaşımına daldırılır ve çıkarıldıktan sonra fazla lehim, yüksek basınçlı sıcak hava bıçağıyla üflenir ve şiddetli termal şokun eşlik ettiği kalay alaşımlı bir kaplama bırakılır. Kurşun (63Sn/37Pb, kademeli olarak kullanımdan kaldırılmıştır) ve kurşunsuz (SAC305, erime noktası yaklaşık 217 derece) mevcuttur.
Vazgeçilmez yerler
Lehim bağlantılarının yüksek mekanik mukavemeti: kalay tabakası kalındır (1-40 μm), kaynak sırasında doğrudan lehimle birleşerek sağlam bir lehim bağlantısı oluşturur;
En düşük maliyet: Ekipman ve malzeme girdileri daha uygun maliyetlidir, olgun süreçlere sahiptir ve onarımları kolaydır;
Dalga lehimleme ve geçmeli işlemlere mükemmel şekilde uyarlanmış, ana bileşen olarak açık delikli bileşenlere sahip kartlar hala en uygun senaryodur.
Ölümcül zayıflık
Zayıf düzlük: Yarım ay şeklinde kavisli yüzeyler ve kalay nodülleri sürecin doğasında vardır ve 0,5 mm'den az aralıklı BGA/QFN doğrudan hariç tutulur. İnce aralıklar köprülemeye ve sanal lehimlemeye eğilimlidir;
Yüksek termal şok: 260 derecelik anlık yüksek sıcaklık, ince plakalar (0,8 mm'den küçük veya eşit) ve çok katmanlı plakalar için eğrilme ve delaminasyon riski oluşturur;
Kısa depolama ömrü: Kalay tabakası 3-6 ay havaya maruz kaldıktan sonra önemli ölçüde oksitlenir ve ihracat nakliyesi veya uzun vadeli envanter için vakumlu paketleme gibi çoklu korumalar gerekir.
4, OSP (organik lehim maskesi) - Düşük maliyetli ve yüksek düzlük, ancak dar pencere
Proses prensibi: Temiz bakır yüzeyine 0,2-0,5 μm kalınlığında bir organik bileşik film tabakası (genellikle benzimidazol) uygulayın ve film tabakasını ayrıştırmak, taze bakır yüzeyini açığa çıkarmak ve lehimle bağlamak için yüksek sıcaklıkta kaynak yapın. Metal kaplama yok.
En büyük satış noktası
Son derece düşük maliyet (sıfıra yakın artımlı), en pürüzsüz yüzey ve 0201 ultra küçük cihazlarla ve yoğun BGA pinleriyle mükemmel uyumluluk;
Sinyal empedansını etkilemeyen, çevre dostu ve kurşunsuz HDI yüksek yoğunluklu kartlar için ana süreçlerden biridir.
Açık sınırlamalar
En kısa saklama süresi: Kapalı ortamda 6 aya kadar, neme karşı hassastır ve açıldıktan sonra en kısa sürede kullanılmalıdır. El teri ve parmak izleri koruyucu filme zarar verebilir;
Sınırlı reflü direnci: genellikle yalnızca 2-3 kez, sonrasında kötüleşir;
Dalga lehimleme ve açık delik işlemleri için uygun değildir;
Temas, eklenti yapıları veya uzun süre açıkta kalan ekipmanlar yapılamaz.
5, Senaryoya göre seçim yapın: Çözümü belirlemek için dört soru
Seçim Karar Yolu (Sırayla Kendinize Sorun)
Aralığı 0,5 mm'den az olan herhangi bir bileşen veya BGA var mı? Kalay püskürtmeyi hariç tutun;
Tahta ne kadar süre saklanmalı? 6 ayı aşmak → OSP'nin hariç tutulması;
Yüksek frekans/radyo frekansı göstergelerine yönelik herhangi bir gereksinim var mı? Gümüş veya altının batırılmasına öncelik verilmeli;
Maliyete duyarlı bir tüketici toplu panosu mu? Evet → OSP veya kalay biriktirme.
Tipik senaryo karşılaştırması
BGA/ince aralık, yüksek yoğunluklu hassas tahta → altın biriktirme, en güvenli;
Otomotiv elektroniği, tıbbi ekipman, sunucular, uzun vadeli envanter hassas ekipmanları → Altın biriktirme (otomotiv düzenlemelerine göre önerilen nikel katmanı 4-5 μm ve altın katmanı 0,05-0,1 μm);
Yüksek frekans/radyo frekansı (5G anten, mikrodalga modülü, radar) → gümüş daldırma (en düşük yüksek frekans kaybı) veya altın daldırma;
Fiş odaklı, kaba aralıklı, maliyete duyarlı → kalay püskürtme (güç panosu, küçük ev aletleri, sıradan endüstriyel kontrol panosu);
Tek geçişli, kısa vadeli cirolu tüketici parti panosu → OSP;
Paradan tasarruf etmek için ince aralık → Kalay biriktirme (alternatif olarak kalay püskürtmenin düz versiyonu, uygun maliyetli bir orta seçenek);
Altın parmaklar, konektörler, düğme kontakları → sıradan daldırma altınıyla değiştirilemeyen elektrolizle kaplanmış sert altın (aşınmaya dayanıklı).
Üç yaygın yanılgı
Daldırma için kullanılan altın ne kadar kalınsa o kadar iyidir: Aşırı kalınlık aslında kırılganlığı arttırır. 1-3 μ'luk bir kaynak altın tabakası yeterlidir ve gerçekten kalın altın gerektirenler, sert altınla kaplanması gereken altın parmaklar gibi temas halindedir;
OSP ucuzsa herkes OSP kullanmalıdır. "Üretim hattında çok sayıda manuel işlem olduğunda ve kartların gruplar halinde sevk edilmesi gerektiğinde, OSP'nin eksiklikleri hızla ortaya çıkacak;
Yüzey işlemi empedansı etkilemez: Yüzey işlemi, yüzey iletkeninin kalınlığını ve kaybını biraz değiştirecektir ve aşırı yüksek frekans senaryolarının simülasyona dahil edilmesi gerekir.