Jak wybrać wykończenie powierzchni do projektu PCB
Ⅱ Ocena i porównanie
Wysłane: 16 listopada 2022 r
Kategorie: Blogi
Tagi: płytka drukowana,PCB,montaż PCB,produkcja płytek PCB, wykończenie powierzchni PCB
Istnieje wiele wskazówek dotyczących wykończenia powierzchni, np. bezołowiowy HASL ma problem z utrzymaniem stałej płaskości.Elektrolityczny Ni/Au jest naprawdę drogi i jeśli na podkładce odłoży się zbyt dużo złota, może to prowadzić do łamliwych połączeń lutowniczych.Cyna zanurzeniowa ulega pogorszeniu pod względem lutowności po wystawieniu na wielokrotne cykle cieplne, jak w procesie rozpływu PCBA od góry i od dołu, itp. Należy wyraźnie zdawać sobie sprawę z różnic w powyższych wykończeniach powierzchni.Poniższa tabela przedstawia przybliżoną ocenę często stosowanych wykończeń powierzchni płytek drukowanych.
Tabela 1 Krótki opis procesu produkcyjnego, istotne zalety i wady oraz typowe zastosowania popularnych bezołowiowych wykończeń powierzchni PCB
| Wykończenie powierzchni PCB | Proces | Grubość | Zalety | Niedogodności | typowe aplikacje |
| Bezołowiowy HASL | Płytki PCB zanurza się w kąpieli ze stopionej cyny, a następnie przedmuchuje nożami z gorącym powietrzem w celu uzyskania płaskich powierzchni i usunięcia nadmiaru lutowia. | 30 µin (1 µm) -1500 µin (40 µm) | Dobra lutowność;Powszechnie dostępne;Można naprawić/przerobić;Długa półka, długa | Nierówne powierzchnie;Szok termiczny;Słabe zwilżanie;Mostek lutowniczy;Zatkane PTH. | Szeroko stosowane;Nadaje się do większych podkładek i odstępów;Nie nadaje się do HDI o drobnej podziałce <20 mil (0,5 mm) i BGA;Niedobre dla PTH;Nie nadaje się do grubej miedzianej płytki drukowanej;Typowe zastosowanie: płytki drukowane do testowania elektrycznego, lutowania ręcznego, niektóre wysokowydajne urządzenia elektroniczne, takie jak urządzenia lotnicze i wojskowe. |
| OSP | Chemiczne nakładanie związku organicznego na powierzchnię płyt, tworząc organiczną warstwę metaliczną chroniącą odsłoniętą miedź przed rdzą. | 46 µin (1,15 µm)–52 µin (1,3 µm) | Niska cena;Podkładki są jednolite i płaskie;Dobra lutowność;Można łączyć z innymi wykończeniami powierzchni;Proces jest prosty;Można przerobić (w warsztacie). | Wrażliwy na manipulację;Krótki okres przydatności do spożycia.Bardzo ograniczone rozprzestrzenianie się lutu;Pogorszenie lutowalności przy podwyższonej temperaturze i cyklach;Nie przewodzący;Trudne do sprawdzenia, sonda ICT, problemy jonowe i pasowane na wcisk | Szeroko stosowane;Dobrze nadaje się do SMT/drobnych podziałek/BGA/małych komponentów;Podawaj deski;Niedobre dla PTH;Nie nadaje się do technologii zaciskania |
| ENIG | Proces chemiczny polegający na pokryciu odsłoniętej miedzi niklem i złotem, dzięki czemu powstaje podwójna warstwa metalicznej powłoki. | 2µin (0,05µm) – 5µin (0,125µm) złota ponad 120µin (3µm) – 240µin (6µm) niklu | Doskonała lutowność;Poduszki są płaskie i jednolite;Giętkość drutu Al;Niska rezystancja styku;Długi okres przydatności do spożycia;Dobra odporność na korozję i trwałość | problem „Czarnej podkładki”;Utrata sygnału w zastosowaniach związanych z integralnością sygnału;nie można przerobić | Doskonały do montażu o drobnym rozstawie i złożonego montażu powierzchniowego (BGA, QFP…);Doskonały do wielu typów lutowania;Zalecane do PTH, pasowane na wcisk;Możliwość klejenia drutem;Polecane do płytek PCB o wysokiej niezawodności, takich jak przemysł lotniczy, wojskowy, medyczny i wysokiej klasy konsumenci itp.;Niezalecane dla dotykowych padów kontaktowych. |
| Elektrolityczny Ni/Au (miękkie złoto) | Czystość 99,99% – 24-karatowe złoto nałożone na warstwę niklu w procesie elektrolitycznym przed maską lutowniczą. | 99,99% Czyste złoto, 24 karaty 30 µin (0,8 µm) -50 µin (1,3 µm) powyżej 100 µin (2,5 µm) -200 µin (5 µm) niklu | Twarda, trwała powierzchnia;Świetna przewodność;Płaskość;Giętkość drutu Al;Niska rezystancja styku;Długi okres przydatności do spożycia | Drogi;kruchość, jeśli jest zbyt gruba;Ograniczenia układu;Dodatkowe przetwarzanie/pracochłonne;Nie nadaje się do lutowania;Powłoka nie jest jednolita | Stosowany głównie do łączenia drutu (Al i Au) w pakietach chipów, takich jak COB (Chip on Board) |
| Elektrolityczny Ni/Au (twarde złoto) | Czystość 98% – 23-karatowe złoto z utwardzaczami dodanymi do kąpieli galwanicznej nakładanej na warstwę niklu w procesie elektrolitycznym. | 98% czystego złota, 23 karaty, 30 µin (0,8 µm) -50 µin (1,3 µm) powyżej 100 µin (2,5 µm) -150 µin (4 µm) niklu | Doskonała lutowność;Poduszki są płaskie i jednolite;Giętkość drutu Al;Niska rezystancja styku;Możliwość ponownej obróbki | Korozja powodująca zmatowienie (obsługa i przechowywanie) w środowisku o wysokiej zawartości siarki;Ograniczone opcje łańcucha dostaw w celu wsparcia tego wykończenia;Krótkie okno operacyjne pomiędzy etapami montażu. | Stosowane głównie do połączeń elektrycznych, takich jak złącza krawędziowe (złoty palec), płytki nośne układów scalonych (PBGA/FCBGA/FCCSP...), klawiatury, styki baterii i niektóre podkładki testowe itp. |
| Zanurzenie Ag | Warstwa srebra jest osadzana na powierzchni miedzi w procesie bezprądowego powlekania po wytrawieniu, ale przed maską lutowniczą | 5 µin (0,12 µm) -20 µin (0,5 µm) | Doskonała lutowność;Poduszki są płaskie i jednolite;Giętkość drutu Al;Niska rezystancja styku;Możliwość ponownej obróbki | Korozja powodująca zmatowienie (obsługa i przechowywanie) w środowisku o wysokiej zawartości siarki;Ograniczone opcje łańcucha dostaw w celu wsparcia tego wykończenia;Krótkie okno operacyjne pomiędzy etapami montażu. | Ekonomiczna alternatywa dla ENIG dla Fine Traces i BGA;Idealny do zastosowań związanych z sygnałami o dużej prędkości;Dobry do przełączników membranowych, ekranowania EMI i łączenia drutów aluminiowych;Nadaje się do dopasowania wciskowego. |
| Zanurzenie Sn | W bezprądowej kąpieli chemicznej biała cienka warstwa cyny osadza się bezpośrednio na miedzi płytek drukowanych jako bariera zapobiegająca utlenianiu. | 25 µin (0,7 µm)–60 µin (1,5 µm) | Najlepsze do technologii pasowania na wcisk;Opłacalne;Planarny;Doskonała lutowność (świeża) i niezawodność;Płaskość | Pogorszenie lutowalności przy podwyższonych temperaturach i cyklach;Odsłonięta cyna podczas końcowego montażu może korodować;Rozwiązywanie problemów;Cynowy Wiskering;Nie nadaje się do PTH;Zawiera tiomocznik, substancję rakotwórczą. | Polecam do produkcji wielkoseryjnych;Dobry do umieszczenia SMD, BGA;Najlepsze do pasowania wciskowego i płyt montażowych;Niezalecany do PTH, przełączników stykowych i stosowania z maskami zdzieralnymi |
Tabela 2 Ocena typowych właściwości nowoczesnych wykończeń powierzchni PCB podczas produkcji i zastosowania
| Produkcja najczęściej używanych wykończeń powierzchni | |||||||||
| Nieruchomości | ENIG | ENEPIG | Miękkie złoto | Twarde złoto | Iag | ISn | HASL | HASL-LF | OSP |
| Popularność | Wysoki | Niski | Niski | Niski | Średni | Niski | Niski | Wysoki | Średni |
| Koszt procesu | Wysoka (1,3x) | Wysoka (2,5x) | Najwyższy (3,5x) | Najwyższy (3,5x) | Średni (1,1x) | Średni (1,1x) | Niski (1,0x) | Niski (1,0x) | Najniższy (0,8x) |
| Depozyt | Zanurzenie | Zanurzenie | Elektrolityczny | Elektrolityczny | Zanurzenie | Zanurzenie | Zanurzenie | Zanurzenie | Zanurzenie |
| Okres przydatności do spożycia | Długi | Długi | Długi | Długi | Średni | Średni | Długi | Długi | Krótki |
| Zgodny z RoHS | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | No | Tak | Tak |
| Współpłaszczyznowość powierzchni dla SMT | Doskonały | Doskonały | Doskonały | Doskonały | Doskonały | Doskonały | Słaby | Dobry | Doskonały |
| Odsłonięta miedź | No | No | No | Tak | No | No | No | No | Tak |
| Obsługiwanie | Normalna | Normalna | Normalna | Normalna | Krytyczny | Krytyczny | Normalna | Normalna | Krytyczny |
| Wysiłek procesowy | Średni | Średni | Wysoki | Wysoki | Średni | Średni | Średni | Średni | Niski |
| Pojemność przeróbki | No | No | No | No | Tak | Nie sugerowane | Tak | Tak | Tak |
| Wymagane cykle termiczne | wiele | wiele | wiele | wiele | wiele | 2-3 | wiele | wiele | 2 |
| Problem z wąsami | No | No | No | No | No | Tak | No | No | No |
| Szok termiczny (PCB MFG) | Niski | Niski | Niski | Niski | Bardzo niski | Bardzo niski | Wysoki | Wysoki | Bardzo niski |
| Niski opór / duża prędkość | No | No | No | No | Tak | No | No | No | Nie dotyczy |
| Zastosowania najczęściej stosowanych wykończeń powierzchni | |||||||||
| Aplikacje | ENIG | ENEPIG | Miękkie złoto | Twarde złoto | Iag | ISn | HASL | LF-HASL | OSP |
| Sztywny | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak |
| Przewód | Ograniczony | Ograniczony | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak |
| Elastyczny-sztywny | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Nie preferowane |
| Świetny skok | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Nie preferowane | Nie preferowane | Tak |
| BGA i uBGA | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Nie preferowane | Nie preferowane | Tak |
| Możliwość lutowania wielokrotnego | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Ograniczony |
| Odwróć chip | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | No | No | Tak |
| Naciśnij Dopasuj | Ograniczony | Ograniczony | Ograniczony | Ograniczony | Tak | Doskonały | Tak | Tak | Ograniczony |
| Przez otwór | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak | No | No | No | No |
| Klejenie drutu | Tak (Al) | Tak (Al, Au) | Tak (Al, Au) | Tak (Al) | Zmienna (Al) | No | No | No | Tak (Al) |
| Zwilżalność lutu | Dobry | Dobry | Dobry | Dobry | Bardzo dobry | Dobry | Słaby | Słaby | Dobry |
| Integralność połączenia lutowanego | Dobry | Dobry | Słaby | Słaby | Doskonały | Dobry | Dobry | Dobry | Dobry |
Okres przydatności do spożycia jest krytycznym elementem, który należy wziąć pod uwagę podczas tworzenia harmonogramów produkcji.Okres przydatności do spożyciato okno operacyjne, które zapewnia wykończenie zapewniające pełną spawalność PCB.Bardzo ważne jest, aby upewnić się, że wszystkie płytki PCB zostały zmontowane w okresie przydatności do spożycia.Oprócz materiału i procesu, z którego wykonane są wykończenia powierzchni, duży wpływ ma trwałość wykończeniapoprzez pakowanie i przechowywanie PCB.Ścisłe przestrzeganie właściwej metodologii przechowywania sugerowanej w wytycznych IPC-1601 pozwoli zachować spawalność i niezawodność wykończeń.
Tabela 3 Porównanie okresu trwałości popularnych wykończeń powierzchni PCB
|
| Typowe ŻYCIE SHEL | Sugerowany okres trwałości | Szansa na przeróbkę |
| HASL-LF | 12 miesięcy | 12 miesięcy | TAK |
| OSP | 3 miesiące | 1 miesiąc | TAK |
| ENIG | 12 miesięcy | 6 miesięcy | NIE* |
| ENEPIG | 6 miesięcy | 6 miesięcy | NIE* |
| Elektrolityczny Ni/Au | 12 miesięcy | 12 miesięcy | NO |
| Iag | 6 miesięcy | 3 miesiące | TAK |
| ISn | 6 miesięcy | 3 miesiące | TAK** |
* W przypadku ENIG i ENEPIG dostępny jest cykl reaktywacji w celu poprawy zwilżalności powierzchni i trwałości.
** Nie zaleca się chemicznej przeróbki cyny.
Z powrotemdo Blogów
Czas publikacji: 16 listopada 2022 r
