1، بیایید ابتدا بفهمیم: درمان سطح واقعاً حل کننده چیست
مس لخت از لحظه ای که حکاکی می شود اکسید می شود و در عرض چند ساعت یک لایه اکسید تشکیل می دهد. ماموریت اصلی درمان سطحی تنها دو مورد است:
محافظت از سطح مس در برابر اکسیداسیون و ولکانیزاسیون در طول فرآیندهای ذخیره سازی و جوشکاری.
اطمینان حاصل کنید که لحیم می تواند به طور قابل اعتماد لحیم کاری را در حین جوشکاری خیس کند.
این سه مسیر فرآیند به روش های کاملاً متفاوت به یک هدف می رسند، که تمایز آنها را در صافی، مقاومت در برابر حرارت، عمر ذخیره سازی و هزینه تعیین می کند. این جمله را به خاطر بسپارید: بهترین درمان سطحی وجود ندارد، فقط بهترین تطبیق وجود دارد.
اسپری قلع ابعادی HASL غوطه وری طلا ENIG OSP
ترکیب سطح: آلیاژ مس نقره قلع (بدون سرب)، لایه نیکل + لایه طلا، فیلم محافظ ارگانیک
صافی ضعیف (با گره های قلع و منیسک)، بسیار زیاد (سطح ≈ 0.1 میکرومتر)، بالاترین
مدت زمان نگهداری 3-12 ماه 6-12 ماه یا بیشتر 3-6 ماه
مقاومت رفلاکس خوب (چند بار)، عالی (4-10 بار)، ضعیف (1-2 بار)
2-3 پایین ترین سطح قلع پاشی با کمترین هزینه نسبی
پلاگین های سناریوی معمولی، فاصله درشت، پانل کنترل BGA/فاصله ریز، کوره تک پاس با قابلیت اطمینان بالا، بچ برد مصرف کننده
2، ENIG (طلا نیکل شیمیایی) - قابلیت اطمینان بالا ترجیح داده می شود، اما هزینه دارد
اصل فرآیند: رسوب شیمیایی، ابتدا یک لایه نیکل 3-6 میکرومتر را به عنوان لایه مانع انتشار روی مس خالی قرار دهید و سپس یک لایه بسیار نازک طلا (0.05-0.1 میکرومتر) را برای جلوگیری از اکسیداسیون نیکل قرار دهید. زیر 100 درجه در طول فرآیند، بدون شوک حرارتی. خود لایه طلا در جوشکاری شرکت نمی کند و جوشکاری ترکیبات بین فلزی Ni Sn را تشکیل می دهد.
مزایای اصلی
صافی بسیار بالا: زبری را می توان در سطح 0.1 میکرومتر کنترل کرد، توپ های لحیم کاری BGA با فاصله 0.3 میلی متر را می توان به طور یکنواخت به هم چسباند، و اجزای پین ریز پل نمی شوند.
عمر ذخیره سازی طولانی: قابلیت جوشکاری اساساً برای بیش از 12 ماه تحت بسته بندی خلاء بدون تغییر باقی می ماند.
مقاومت در برابر جریان مجدد: می تواند 4-10 چرخه لحیم کاری مجدد را تحمل کند، مناسب برای مونتاژ یا تعمیر چندگانه، با یک پنجره فرآیند گسترده.
مقاومت در برابر خوردگی قوی: طلا از نظر شیمیایی خنثی است و در محیط‌های با رطوبت بالا و پاشش نمک بالا نسبت به پاشش قلع بهتر عمل می‌کند و آن را برای الکترونیک خودرو، کنترل صنعتی، ذخیره‌سازی انرژی و سایر سناریوها ضروری می‌کند.
خطرات و کاستی ها
پد سیاه: در هنگام غوطه ور شدن در طلا، محلول بیش از حد به لایه نیکل حمله می کند و باعث اکسیداسیون و خوردگی لایه نیکل می شود و یک لایه سیاه شکننده ایجاد می کند. ظاهر ممکن است همچنان براق باشد، اما استحکام اتصالات لحیم کاری بسیار کم است. اتصالات لحیم کاری پنهان مانند BGA/QFN به ویژه خطرناک هستند و مشکلات اغلب ماه ها یا حتی سال ها طول می کشد تا آشکار شوند. نکات کلیدی کنترل: مقدار pH محلول غوطه وری (باید در 5.0-5.5 حفظ شود)، محتوای فسفر لایه نیکل (7-10٪)، و ضخامت لایه طلا.
هرچه لایه طلا ضخیم تر باشد، بهتر است: طلای خیلی ضخیم در لحیم کاری حل می شود و AuSn ₄ شکننده را تشکیل می دهد که در واقع استحکام اتصال لحیم را کاهش می دهد. IPC-4552B مشخص می‌کند که لایه نیکل باید 3.0-6.0 میکرومتر باشد و لایه طلا باید 0.05-0.10 میکرومتر باشد که محدوده بهینه پس از تأیید گسترده است.
لایه نازک طلا، مقاوم در برابر سایش: انگشتان طلای استاندارد باید با طلای سخت اندود شوند و طلای غرق شده برای اتصال و جدا کردن رابط ها استفاده می شود که معمولاً مس را تا 50 بار در معرض دید قرار می دهد.
برای اتصال سیم طلا مناسب نیست: نیکل به سمت لایه طلا مهاجرت می کند و اکسید می شود و به جای آن باید از نیکل پالادیوم طلا (ENEPIG) استفاده شود.
هزینه بالا: استفاده از طلای گرانبها و فرآیندهای شیمیایی پیچیده، هزینه حدود 2 تا 3 برابر قلع پاشی است.
3، HASL (تسطیح هوای گرم) - پادشاه مقرون به صرفه بودن، اما با مرزهای روشن
اصل فرآیند: در فرآیند حرارتی فیزیکی، PCB در آلیاژ قلع مذاب در حدود 260 درجه غوطه ور می شود و پس از حذف، لحیم کاری اضافی با یک چاقوی هوای داغ با فشار بالا دور می شود و یک پوشش آلیاژ قلع همراه با شوک حرارتی شدید باقی می ماند. سرب (63Sn/37Pb، به تدریج حذف می شود) و بدون سرب (SAC305، نقطه ذوب حدود 217 درجه) وجود دارد.
مکان های غیر قابل تعویض
استحکام مکانیکی بالا اتصالات لحیم کاری: لایه قلع ضخیم است (1-40 میکرومتر) که به طور مستقیم با لحیم کاری در حین جوشکاری فیوز می شود و یک اتصال لحیم کاری محکم را تشکیل می دهد.
کمترین هزینه: تجهیزات و مواد ورودی مقرون به صرفه تر، فرآیندهای بالغ و تعمیرات آسان هستند.
تخته هایی که کاملاً با فرآیندهای لحیم کاری موجی و پلاگین سازگار شده اند، با اجزای سوراخ دار به عنوان جزء اصلی هنوز هم مناسب ترین سناریوی آن هستند.
ضعف کشنده
مسطح بودن ضعیف: سطوح خمیده نیمه ماه و گره های حلبی در این فرآیند ذاتی هستند و BGA/QFN با فاصله کمتر از 0.5 میلی متر مستقیماً حذف می شوند. فاصله ریز مستعد پل زدن و لحیم کاری مجازی است.
شوک حرارتی بالا: دمای بالای 260 درجه، خطر تاب برداشتن و لایه لایه شدن صفحات نازک (کمتر یا مساوی 0.8 میلی متر) و صفحات چند لایه را به همراه دارد.
عمر ذخیره سازی کوتاه: لایه قلع پس از 3-6 ماه قرار گرفتن در معرض هوا به طور قابل توجهی اکسید می شود و حفاظت های متعددی مانند بسته بندی خلاء برای حمل و نقل صادراتی یا موجودی طولانی مدت مورد نیاز است.
4، OSP (ماسک لحیم کاری ارگانیک) - هزینه کم و صافی بالا، اما پنجره باریک
اصل فرآیند: لایه ای از فیلم ترکیبی آلی (معمولاً بنزیمیدازول) به ضخامت 0.2-0.5 میکرومتر را روی سطح مس تمیز بمالید و در دمای بالا جوش دهید تا لایه فیلم تجزیه شود و سطح مس تازه ظاهر شود و آن را با لحیم بچسبانید. بدون پوشش فلزی
بزرگترین نقطه فروش
هزینه بسیار کم (نزدیک به صفر افزایشی)، صاف ترین سطح، و سازگاری کامل با دستگاه های فوق العاده کوچک 0201 و پین های متراکم BGA.
بدون تأثیر بر امپدانس سیگنال، یکی از فرآیندهای اصلی برای بردهای HDI با چگالی بالا، سازگار با محیط زیست و بدون سرب است.
محدودیت های آشکار
کوتاه ترین مدت نگهداری: حداکثر تا 6 ماه در شرایط آب بندی شده، حساس به رطوبت است و باید در اسرع وقت پس از باز کردن استفاده شود. عرق دست و اثر انگشت ممکن است به فیلم محافظ آسیب برساند.
مقاومت محدود به رفلاکس: معمولاً فقط 2-3 بار، پس از آن بدتر می شود.
برای لحیم کاری موجی و فرآیندهای سوراخی مناسب نیست.
نمی توان تماس ها، سازه های پلاگین یا تجهیزاتی را که برای مدت طولانی در معرض قرار دارند ایجاد کرد.
5، انتخاب بر اساس سناریو: چهار سوال برای تعیین راه حل
مسیر تصمیم گیری انتخاب (به ترتیب از خود بپرسید)
آیا قطعات یا BGA با فاصله کمتر از 0.5 میلی متر وجود دارد؟ اسپری قلع را حذف کنید.
برد تا چه مدت باید نگهداری شود؟ بیش از 6 ماه → حذف OSP.
آیا الزاماتی برای نشانگرهای فرکانس بالا/فرکانس رادیویی وجود دارد؟ اولویت باید به غرق شدن نقره یا طلا داده شود.
آیا این یک برد دسته ای مصرف کننده حساس به هزینه است؟ بله ← OSP یا رسوب قلع.
مقایسه سناریوهای معمولی
BGA / فاصله ریز، تخته دقیق با چگالی بالا → رسوب طلا، ایمن ترین.
الکترونیک خودرو، تجهیزات پزشکی، سرورها، تجهیزات دقیق موجودی طولانی مدت → رسوب طلا (لایه نیکل توصیه شده 4-5 میکرومتر و لایه طلا 0.05-0.1 میکرومتر بر اساس مقررات خودرو).
فرکانس بالا/فرکانس رادیویی (آنتن 5G، ماژول مایکروویو، رادار) → غوطه وری نقره (کمترین تلفات فرکانس بالا) یا غوطه وری طلایی؛
دوشاخه، فاصله درشت، حساس به هزینه → پاشش قلع (برد برق، لوازم کوچک، برد کنترل صنعتی معمولی).
تخته دسته ای مصرف کننده با گردش کوتاه مدت → OSP.
فاصله ریز برای صرفه جویی در هزینه ← رسوب قلع (نسخه مسطح پاشش قلع به عنوان جایگزین، یک گزینه میانی مقرون به صرفه).
انگشتان طلا، کانکتورها، کنتاکت دکمه ها ← طلای سخت آبکاری شده (مقاوم در برابر سایش)، که با طلای غوطه ور معمولی جایگزین نمی شود.
سه باور غلط رایج
طلایی که برای غوطه وری استفاده می شود ضخیم تر است، بهتر است ": ضخامت بیش از حد در واقع شکنندگی را افزایش می دهد. یک لایه طلای جوشکاری 1-3 μ" کافی است، و آنهایی که واقعاً به طلای ضخیم نیاز دارند مانند انگشتان طلا هستند که باید با طلای سخت روکش شوند.
اگر OSP ارزان است، پس همه باید از OSP استفاده کنند. "زمانی که عملیات دستی زیادی در خط تولید وجود دارد و تخته ها باید به صورت دسته ای حمل شوند، کاستی های OSP به سرعت آشکار می شود.
عملیات سطحی بر امپدانس تأثیر نمی گذارد: عملیات سطحی کمی ضخامت و از دست دادن هادی سطح را تغییر می دهد و سناریوهای فرکانس بالا باید در شبیه سازی گنجانده شوند.