1, Vispirms sapratīsim: ko īsti atrisina virsmas apstrāde
Kails varš oksidējas no iegravēšanas brīža un veido oksīda slāni dažu stundu laikā. Virsmas apstrādes pamatuzdevumi ir tikai divi:
Aizsargāt vara virsmu no oksidēšanās un vulkanizācijas uzglabāšanas un metināšanas procesu laikā;
Pārliecinieties, ka metināšanas laikā lodmetāls var droši samitrināt lodēšanas paliktni.
Šie trīs procesa ceļi pilnīgi atšķirīgos veidos sasniedz vienu un to pašu mērķi, kas nosaka to atšķirību līdzenumā, karstumizturībā, glabāšanas laikā un izmaksās. Atcerieties šo teikumu: nav labākās virsmas apstrādes, ir tikai vislabākā atbilstība.
Izmēru alvas izsmidzināšana HASL iegremdēšanas zelta ENIG OSP
Virsmas sastāvs: Alvas sudraba vara sakausējums (bezsvina), niķeļa slānis+zelta slānis, organiskā aizsargplēve
Slikts līdzenums (ar skārda mezgliņiem un menisku), ārkārtīgi augsts (≈ 0,1 μm līmenis), visaugstākais
Uzglabāšanas laiks 3-12 mēneši 6-12 mēneši vai vairāk 3-6 mēneši
Laba atteces pretestība (vairākas reizes), teicama (4-10 reizes), slikta (1-2 reizes)
2-3 zemākais alvas izsmidzināšanas līmenis ar viszemākajām relatīvajām izmaksām
Tipiski scenāriju spraudņi, rupja atstarpe, vadības paneļa BGA/smalkas atstatums, augstas uzticamības vienas caurlaides krāsns, patērētāja partiju panelis
2, ENIG (ķīmiskais niķeļa zelts) — vēlama augsta uzticamība, taču par to ir jāmaksā
Procesa princips: ķīmiskā nogulsnēšana, vispirms uz tukša vara uzklāj 3–6 μm niķeļa slāni kā difūzijas barjeras slāni un pēc tam uzklāj ļoti plānu zelta slāni (0,05–0,1 μm), lai novērstu niķeļa oksidēšanos. Zem 100 grādiem visa procesa laikā, bez termiskā šoka. Pats zelta slānis metināšanā nepiedalās, un metināšana veido Ni Sn intermetāliskus savienojumus.
Galvenās priekšrocības
Īpaši augsts līdzenums: raupjumu var kontrolēt 0,1 μm līmenī, var vienmērīgi pielīmēt BGA lodēšanas lodītes ar atstarpi 0,3 mm, un smalkās tapu sastāvdaļas netiek savienotas;
Ilgs glabāšanas laiks: Vakuuma iepakojumā metināmība būtībā paliek nemainīga vairāk nekā 12 mēnešus;
Vairāku atkārtotas plūsmas pretestība: var izturēt 4-10 atkārtotas plūsmas lodēšanas ciklus, piemērots vairākkārtējai montāžai vai remontam, ar plašu procesa logu;
Spēcīga izturība pret koroziju: zelts ir ķīmiski inerts, un vidē ar augstu mitruma līmeni un augstu sāls izsmidzināšanu tas darbojas labāk nekā alvas izsmidzināšana, tāpēc tas ir obligāts automobiļu elektronikas, rūpnieciskās kontroles, enerģijas uzglabāšanas un citos scenārijos.
Riski un trūkumi
Melnais spilventiņš: iegremdējot zeltā, šķīdums pārmērīgi iedarbojas uz niķeļa slāni, izraisot niķeļa slāņa oksidāciju un koroziju, veidojot trauslu melnu slāni. Izskats joprojām var būt spīdīgs, bet lodēšanas savienojumu izturība ir ārkārtīgi zema. Slēptie lodēšanas savienojumi, piemēram, BGA/QFN, ir īpaši bīstami, un problēmu atklāšana bieži prasa mēnešus vai pat gadus. Galvenie kontroles punkti: iegremdējamā šķīduma pH vērtība (jāuztur 5,0-5,5), fosfora saturs niķeļa slānī (7-10%) un zelta slāņa biezums;
Jo biezāks ir zelta slānis, jo labāk: pārāk biezs zelts izšķīst lodējumā un veidos trauslu AuSn ₄, kas faktiski samazinās lodēšanas savienojuma izturību. IPC-4552B norāda, ka niķeļa slānim jābūt 3,0–6,0 μm un zelta slānim 0,05–0,10 μm, kas ir optimālais diapazons pēc plašās pārbaudes;
Plāns zelta slānis, nav nodilumizturīgs: standarta zelta pirkstiem jābūt pārklātiem ar cieto zeltu, un iegremdēto zeltu izmanto saskarņu pievienošanai un atvienošanai, parasti pakļaujot varu 50 reižu robežās;
Nav piemērots zelta stiepļu savienošanai: niķelis migrēs un oksidēsies pret zelta slāni, un tā vietā ir jāizmanto niķeļa pallādija zelts (ENEPIG);
Augstas izmaksas: izmantojot dārgmetālu zeltu un sarežģītus ķīmiskos procesus, izmaksas ir aptuveni 2-3 reizes lielākas par alvas izsmidzināšanu.
3, HASL (karstā gaisa izlīdzināšana) - izmaksu efektivitātes karalis, bet ar skaidrām robežām
Procesa princips: Fizikālais termiskais process, PCB tiek iegremdēts izkausētā alvas sakausējumā aptuveni 260 grādu temperatūrā, un pēc noņemšanas lieko lodmetālu izpūš ar augstspiediena karstā gaisa nazi, atstājot alvas sakausējuma pārklājumu, ko pavada smags termiskais trieciens. Ir svins (63Sn/37Pb, pakāpeniski izņemts) un bezsvina (SAC305, kušanas temperatūra aptuveni 217 grādi).
Neaizvietojamas vietas
Lodēšanas savienojumu augsta mehāniskā izturība: skārda slānis ir biezs (1-40 μm), kas metināšanas laikā tieši saplūst ar lodmetālu, veidojot stingru lodēšanas savienojumu;
Zemākās izmaksas: iekārtas un materiāli ir lētāki, nobrieduši procesi un viegli remontējami;
Lieliski pielāgotas viļņu lodēšanas un pievienošanas procesiem, dēļi, kuru galvenā sastāvdaļa ir caurumiņu komponenti, joprojām ir vispiemērotākais scenārijs.
Nāvējošs vājums
Slikts līdzenums: pusmēness izliektas virsmas un alvas mezgliņi ir raksturīgi procesam, un BGA/QFN ar atstarpi, kas mazāka par 0,5 mm, ir tieši izslēgta. Smalkas atstarpes ir pakļautas savienošanai un virtuālai lodēšanai;
Augsts termiskais šoks: tūlītēja augstā 260 grādu temperatūra rada deformācijas un atslāņošanās risku plānām plāksnēm (mazākas par 0,8 mm vai vienādas ar to) un daudzslāņu plāksnēm;
Īss glabāšanas laiks: Alvas slānis ievērojami oksidējas pēc 3–6 mēnešiem, kad tiek pakļauts gaisam, un ir nepieciešami vairāki aizsardzības līdzekļi, piemēram, vakuuma iepakojums, lai veiktu eksportu vai ilgtermiņa krājumus.
4, OSP (organiskā lodēšanas maska) - zemas izmaksas un augsts līdzenums, bet šaurs logs
Procesa princips: uz tīras vara virsmas uzklāt organisko savienojumu plēves (parasti benzimidazola) kārtiņu ar biezumu 0,2-0,5 μm un metināt augstā temperatūrā, lai sadalītu plēves slāni, atklājot svaigu vara virsmu un savienojot to ar lodmetālu. Nav metāla pārklājuma.
Lielākais pārdošanas punkts
Īpaši zemas izmaksas (tuvu nullei pieauguma), gludākā virsma un perfekta saderība ar 0201 īpaši mazām ierīcēm un blīvām BGA tapām;
Neietekmē signāla pretestību, tas ir viens no HDI augsta blīvuma paneļu galvenajiem procesiem, videi draudzīgs un bez svina.
Acīmredzami ierobežojumi
Īsākais glabāšanas laiks: līdz 6 mēnešiem noslēgtos apstākļos, jutīgi pret mitrumu, un pēc atvēršanas jāizlieto pēc iespējas ātrāk. Roku sviedri un pirkstu nospiedumi var sabojāt aizsargplēvi;
Ierobežota refluksa pretestība: parasti tikai 2-3 reizes, pēc tam tā pasliktinās;
Nav piemērots viļņu lodēšanai un caurumu procesiem;
Nevar izveidot kontaktus, spraudņu struktūras vai ilgstoši pakļautas iekārtas.
5, atlasiet pēc scenārija: četri jautājumi, lai noteiktu risinājumu
Izvēles lēmuma ceļš (jautājiet sev kārtībā)
Vai ir kādi komponenti vai BGA, kuru atstatums ir mazāks par 0,5 mm? Izslēgt alvas izsmidzināšanu;
Cik ilgi tāfele jāuzglabā? Pārsniedz 6 mēnešus → izslēdz OSP;
Vai ir kādas prasības augstfrekvences/radiofrekvences indikatoriem? Prioritāte jāpiešķir sudraba vai zelta grimšanai;
Vai tā ir izmaksu ziņā jutīga patērētāju partijas plate? Jā → OSP vai alvas uzklāšana.
Tipisks scenāriju salīdzinājums
BGA/smalkas atstatums, augsta blīvuma precizitātes plāksne → zelta pārklājums, visdrošākais;
Automobiļu elektronika, medicīnas aprīkojums, serveri, ilgtermiņa inventāra precizitātes iekārtas → Zelta uzklāšana (ieteicams niķeļa slānis 4-5 μm un zelta slānis 0,05-0,1 μm saskaņā ar autobūves noteikumiem);
Augstas frekvences/radio frekvences (5G antena, mikroviļņu modulis, radars) → sudraba iegremdēšana (zemākais augstfrekvences zudums) vai zelta imersija;
Pieslēdziet orientētu, rupju atstarpi, izmaksu ziņā jutīga → alvas izsmidzināšana (elektrības panelis, mazas ierīces, parasta rūpnieciskā vadības plate);
Vienreizēja caurlaide, īstermiņa apgrozījuma patērētāju partiju padome → OSP;
Smalkas atstarpes, lai ietaupītu naudu → Alvas uzklāšana (alvas izsmidzināšanas plakana versija kā alternatīva, rentabls vidējais variants);
Zelta pirksti, savienotāji, pogu kontakti → galvanizēts cietais zelts (nodilumizturīgs), ko nevar aizstāt ar parasto iegremdējamo zeltu.
Trīs izplatīti maldīgi priekšstati
Jo biezāks zelts tiek izmantots iegremdēšanai, jo labāk ": Pārmērīgs biezums faktiski palielina trauslumu. Pietiek ar 1-3 μ" metināšanas zelta slāni, un tie, kuriem patiešām nepieciešams biezs zelts, ir kontakti kā zelta pirksti, kas jāpārklāj ar cieto zeltu;
Ja OSP ir lēts, tad visiem vajadzētu izmantot OSP. "Kad ražošanas līnijā ir daudz manuālu darbību un dēļi ir jānosūta partijās, OSP trūkumi tiks atklāti ātri;
Virsmas apstrāde neietekmē pretestību: Virsmas apstrāde nedaudz mainīs virsmas vadītāja biezumu un zudumus, un simulācijā ir jāiekļauj ekstremāli augstas frekvences scenāriji.