1. Laten we eerst begrijpen: wat is oppervlaktebehandeling werkelijk aan het oplossen?
Blank koper oxideert vanaf het moment dat het wordt geëtst en vormt binnen enkele uren een oxidelaag. De kernmissie van oppervlaktebehandeling is slechts twee:
Bescherm het koperoppervlak tegen oxidatie en vulkanisatie tijdens opslag- en lasprocessen;
Zorg ervoor dat het soldeer tijdens het lassen het soldeervlak betrouwbaar kan bevochtigen.
Deze drie procesroutes bereiken op totaal verschillende manieren hetzelfde doel, wat hun differentiatie in vlakheid, hittebestendigheid, houdbaarheid en kosten bepaalt. Onthoud deze zin: er is geen beste oppervlaktebehandeling, alleen de beste match.
Afmeting tinspuiten HASL onderdompeling goud ENIG OSP
Oppervlaktesamenstelling: Tin-zilver-koperlegering (loodvrij), nikkellaag+goudlaag, organische beschermfolie
Slechte vlakheid (met tinknobbeltjes en meniscus), extreem hoog (≈ 0,1 μm niveau), hoogste
Bewaartermijn 3-12 maanden 6-12 maanden of langer 3-6 maanden
Goede refluxbestendigheid (meerdere keren), uitstekend (4-10 keer), slecht (1-2 keer)
2-3 laagste niveau van tinspuiten met de laagste relatieve kosten
Typische scenario-plug-ins, grove afstand, BGA/fijne afstand van het bedieningspaneel, hoogbetrouwbare oven met enkele doorgang, consumentenbatchbord
2, ENIG (Chemical Nickel Gold) - Hoge betrouwbaarheid heeft de voorkeur, maar daar zijn kosten aan verbonden
Procesprincipe: Chemische afzetting, eerst een nikkellaag van 3-6 μm op blank koper afzetten als diffusiebarrièrelaag, en vervolgens een zeer dunne goudlaag (0,05-0,1 μm) afzetten om nikkeloxidatie te voorkomen. Onder de 100 graden gedurende het hele proces, zonder thermische schok. De goudlaag zelf neemt niet deel aan het lassen en bij het lassen worden Ni Sn-intermetaalverbindingen gevormd.
Kernvoordelen
Extreem hoge vlakheid: ruwheid kan worden geregeld op een niveau van 0,1 μm, BGA-soldeerkogels met een afstand van 0,3 mm kunnen gelijkmatig worden gehecht en fijne pincomponenten worden niet overbrugd;
Lange houdbaarheid: Lasbaarheid blijft in principe ongewijzigd gedurende meer dan 12 maanden onder vacuümverpakking;
Meervoudige reflow-weerstand: bestand tegen 4-10 reflow-soldeercycli, geschikt voor meervoudige montage of reparatie, met een breed procesvenster;
Sterke corrosieweerstand: Goud is chemisch inert en presteert beter in omgevingen met hoge luchtvochtigheid en zoutnevel dan tinspuiten, waardoor het een must-have is voor auto-elektronica, industriële controle, energieopslag en andere scenario's.
Risico's en tekortkomingen
Black Pad: Tijdens onderdompeling in goud tast de oplossing de nikkellaag overmatig aan, waardoor oxidatie en corrosie van de nikkellaag ontstaat en een broze zwarte laag ontstaat. Het uiterlijk kan nog steeds glanzend zijn, maar de sterkte van de soldeerverbindingen is extreem laag. Verborgen soldeerverbindingen zoals BGA/QFN zijn bijzonder gevaarlijk, en het duurt vaak maanden of zelfs jaren voordat problemen aan het licht komen. Belangrijke controlepunten: pH-waarde van de onderdompelingsoplossing (moet op 5,0-5,5 worden gehouden), fosforgehalte van de nikkellaag (7-10%) en de dikte van de goudlaag;
Hoe dikker de goudlaag, hoe beter: te dik goud zal oplossen in het soldeer en broos AuSn ₄ vormen, wat de sterkte van de soldeerverbinding juist zal verminderen. IPC-4552B specificeert dat de nikkellaag 3,0-6,0 μm moet zijn en de goudlaag 0,05-0,10 μm, wat het optimale bereik is na uitgebreide verificatie;
Dunne goudlaag, niet slijtvast: standaard gouden vingers moeten worden bedekt met hard goud, en verzonken goud wordt gebruikt voor het aansluiten en loskoppelen van interfaces, waarbij koper meestal binnen 50 keer wordt blootgelegd;
Niet geschikt voor het verbinden van gouddraad: nikkel zal migreren en oxideren naar de goudlaag, en in plaats daarvan moet nikkelpalladiumgoud (ENEPIG) worden gebruikt;
Hoge kosten: Bij gebruik van edelmetaal, goud en complexe chemische processen zijn de kosten ongeveer 2-3 keer zo hoog als die van tinspuiten.
3, HASL (hete luchtnivellering) - de koning van kosteneffectiviteit, maar met duidelijke grenzen
Procesprincipe: Fysisch thermisch proces, de PCB wordt ondergedompeld in gesmolten tinlegering op ongeveer 260 graden, en na verwijdering wordt overtollig soldeer weggeblazen met een hogedruk-heteluchtmes, waardoor een coating van tinlegering achterblijft die gepaard gaat met ernstige thermische schokken. Er zijn lood (63Sn/37Pb, geleidelijk uitgefaseerd) en loodvrij (SAC305, smeltpunt ongeveer 217 graden).
Onvervangbare plaatsen
Hoge mechanische sterkte van soldeerverbindingen: de tinlaag is dik (1-40 μm), die tijdens het lassen direct versmelt met het soldeer, waardoor een stevige soldeerverbinding ontstaat;
Laagste kosten: apparatuur en materiaalinputs zijn betaalbaarder, volwassen processen en eenvoudige reparaties;
Perfect aangepast aan golfsoldeer- en plug-in-processen, zijn platen met through-hole componenten als hoofdcomponent nog steeds het meest geschikte scenario.
Fatale zwakte
Slechte vlakheid: Gebogen halvemaanoppervlakken en tinknobbeltjes zijn inherent aan het proces, en BGA/QFN met een tussenruimte van minder dan 0,5 mm zijn direct uitgesloten. Fijne afstanden zijn gevoelig voor overbrugging en virtueel solderen;
Hoge thermische schokken: de onmiddellijke hoge temperatuur van 260 graden brengt het risico van kromtrekken en delaminatie met zich mee voor dunne platen (kleiner dan of gelijk aan 0,8 mm) en meerlaagse platen;
Korte houdbaarheid: de tinlaag oxideert aanzienlijk na 3-6 maanden blootstelling aan lucht, en meerdere beschermingsmaatregelen, zoals vacuümverpakking, zijn vereist voor exportverzending of langetermijninventarisatie.
4, OSP (organisch soldeermasker) - Lage kosten en hoge vlakheid, maar smal venster
Procesprincipe: Breng een laag organische verbindingsfilm (meestal benzimidazool) met een dikte van 0,2-0,5 μm aan op het schone koperoppervlak en las bij hoge temperatuur om de filmlaag te ontleden, waardoor het verse koperoppervlak bloot komt te liggen en het met soldeer wordt verbonden. Geen metalen coating.
Het grootste verkoopargument
Extreem lage kosten (bijna nul incrementeel), het gladste oppervlak en perfecte compatibiliteit met 0201 ultrakleine apparaten en dichte BGA-pinnen;
Het heeft geen invloed op de signaalimpedantie en is een van de reguliere processen voor HDI-platen met hoge dichtheid, milieuvriendelijk en loodvrij.
Duidelijke beperkingen
Kortste opslagperiode: tot 6 maanden onder gesloten omstandigheden, gevoelig voor vocht, en moet na opening zo snel mogelijk worden gebruikt. Handzweet en vingerafdrukken kunnen de beschermfolie beschadigen;
Beperkte refluxbestendigheid: meestal slechts 2-3 keer, waarna het verslechtert;
Niet geschikt voor golfsolderen en through-hole-processen;
Kan geen contacten, plug-in-structuren of langdurig blootgestelde apparatuur tot stand brengen.
5, Selecteer op scenario: Vier vragen om de oplossing te bepalen
Selectiebeslissingspad (vraag jezelf in volgorde)
Zijn er componenten of BGA met een tussenruimte van minder dan 0,5 mm? Exclusief tinspuiten;
Hoe lang moet het bord bewaard worden? Langer dan 6 maanden → OSP uitsluiten;
Zijn er vereisten voor hoogfrequente/radiofrequentie-indicatoren? Prioriteit moet worden gegeven aan het laten zinken van zilver of goud;
Is het een kostengevoelig consumentenbatchbord? Ja → OSP of tindepositie.
Typische scenariovergelijking
BGA/fijne afstand, precisieplaat met hoge dichtheid → goudafzetting, de veiligste;
Auto-elektronica, medische apparatuur, servers, precisie-apparatuur voor langetermijninventarisatie → Goudafzetting (aanbevolen nikkellaag 4-5 μm en goudlaag 0,05-0,1 μm volgens automobielvoorschriften);
Hoge frequentie/radiofrequentie (5G-antenne, microgolfmodule, radar) → zilverimmersie (laagste hoogfrequent verlies) of goudimmersie;
Plug-in georiënteerd, grove afstand, kostengevoelig → tinspuiten (voedingsbord, kleine apparaten, gewone industriële besturingskaart);
Single-pass, consumentenbatchbord op korte termijn → OSP;
Fijne tussenruimte om geld te besparen → Tindepositie (een vlakke versie van tinspuiten als alternatief, een kosteneffectieve middenoptie);
Gouden vingers, connectoren, knopcontacten → gegalvaniseerd hard goud (slijtvast), dat niet kan worden vervangen door gewoon immersiegoud.
Drie veel voorkomende misvattingen
Hoe dikker het goud dat voor onderdompeling wordt gebruikt, hoe beter ": een te grote dikte verhoogt feitelijk de broosheid. Een lasgoudlaag van 1-3 μ" is voldoende, en degenen die echt dik goud nodig hebben, zijn contactachtig als gouden vingers, die bedekt moeten worden met hard goud;
Als OSP goedkoop is, zou iedereen OSP moeten gebruiken. "Als er veel handmatige handelingen aan de productielijn plaatsvinden en de platen in batches moeten worden verzonden, zullen de tekortkomingen van OSP snel aan het licht komen;
Oppervlaktebehandeling heeft geen invloed op de impedantie: oppervlaktebehandeling zal de dikte en het verlies van de oppervlaktegeleider enigszins veranderen, en scenario's met extreem hoge frequenties moeten in de simulatie worden opgenomen.