Jak vybrat povrchovou úpravu pro návrh desky plošných spojů
Ⅱ Hodnocení a srovnání
Vyslán: 16. listopadu 2022
Kategorie: Blogy
Štítky: PCB,PCba,sestava PCB,výroba PCB, povrchová úprava PCB
Existuje mnoho tipů na povrchovou úpravu, například bezolovnatý HASL má problém s konzistentní rovinností.Elektrolytické Ni/Au je opravdu drahé a pokud je na podložce uloženo příliš mnoho zlata, může to vést ke křehkým pájeným spojům.Imerzní cín má degradaci pájitelnosti po vystavení vícenásobným tepelným cyklům, jako při procesu přetavování PCBA na horní a spodní straně atd.. Rozdíly mezi výše uvedenými povrchovými úpravami je třeba jasně znát.Níže uvedená tabulka uvádí hrubé hodnocení často používaných povrchových úprav desek plošných spojů.
Tabulka1 Stručný popis výrobního procesu, významné klady a zápory a typické aplikace oblíbených bezolovnatých povrchových úprav DPS
Povrchová úprava PCB | Proces | Tloušťka | Výhody | Nevýhody | typické aplikace |
Bezolovnatý HASL | Desky plošných spojů jsou ponořeny do lázně roztaveného cínu a poté byly ofukovány horkovzdušnými noži pro ploché poklepy a odstranění přebytečné pájky. | 30µin (1µm) -1500µin (40µm) | Dobrá pájitelnost;Široce dostupný;Lze opravit/přepracovat;Dlouhá police dlouhá | Nerovné povrchy;Tepelný šok;Špatné smáčení;Pájecí můstek;Zapojené PTH. | Široce použitelné;Vhodné pro větší podložky a rozestupy;Není vhodné pro HDI s jemnou roztečí <20 mil (0,5 mm) a BGA;Není dobré pro PTH;Nevhodné pro tlusté měděné PCB;Typické použití: Desky plošných spojů pro elektrické testování, ruční pájení, některá vysoce výkonná elektronika, jako jsou letecká a vojenská zařízení. |
OSP | Chemické nanášení organické sloučeniny na povrch desek tvořící organickou kovovou vrstvu k ochraně vystavené mědi před korozí. | 46µin (1,15µm)-52µin (1,3µm) | Nízké náklady;Polštářky jsou jednotné a ploché;Dobrá pájitelnost;Lze kombinovat s jinými povrchovými úpravami;Proces je jednoduchý;Lze přepracovat (uvnitř dílny). | Citlivý na manipulaci;Krátká trvanlivost.Velmi omezené šíření pájky;Snížení pájitelnosti se zvýšenou teplotou a cykly;Nevodivé;Obtížná kontrola, ICT sonda, iontové a lisované problémy | Široce použitelné;Dobře se hodí pro SMT/jemné rozteče/BGA/malé komponenty;Servírovací desky;Není dobré pro PTH;Nevhodné pro krimpovací technologii |
ENIG | Chemický proces, který pokovuje odkrytou měď niklem a zlatem, takže se skládá z dvojité vrstvy kovového povlaku. | 2µin (0,05µm) – 5µin (0,125µm) zlata nad 120µin (3µm) – 240µin (6µm) niklu | Vynikající pájitelnost;Polštářky jsou ploché a jednotné;ohýbatelnost Al drátu;Nízký přechodový odpor;Dlouhá skladovatelnost;Dobrá odolnost proti korozi a trvanlivost | obava „Black Pad“;Ztráta signálu pro aplikace integrity signálu;nelze přepracovat | Vynikající pro montáž s jemnou roztečí a komplexní umístění pro povrchovou montáž (BGA, QFP…);Vynikající pro více typů pájení;Preferováno pro PTH, lisované uložení;Spojovací drát;Doporučit pro PCB s vysokou spolehlivostí aplikací, jako je letecký, vojenský, lékařský a špičkový spotřebitel atd.;Nedoporučuje se pro dotykové kontaktní podložky. |
Elektrolytické Ni/Au (měkké zlato) | Čistota 99,99 % – 24karátové zlato nanesené na vrstvu niklu pomocí elektrolytického procesu před pájecí maskou. | 99,99% čisté zlato, 24 karátů 30µin (0,8µm) -50µin (1,3µm) více než 100µin (2,5µm) -200µin (5µm) niklu | Tvrdý, odolný povrch;Velká vodivost;Plochost;ohýbatelnost Al drátu;Nízký přechodový odpor;Dlouhá skladovatelnost | Drahý;Au křehkost, pokud je příliš silná;Omezení rozvržení;Extra intenzivní zpracování/pracnost;Nevhodné pro pájení;Povlak není jednotný | Používá se hlavně při lepení drátů (Al & Au) v balíčku čipů, jako je COB (Chip on Board) |
Elektrolytické Ni/Au (tvrdé zlato) | Čistota 98 % – 23 karátové zlato s tvrdidly přidanými do pokovovací lázně nanesené na vrstvu niklu pomocí elektrolytického procesu. | 98% čisté zlato, 23 karátů 30 µin (0,8 µm) -50 µin (1,3 µm) více než 100 µin (2,5 µm) -150 µin (4 µm) niklu | Vynikající pájitelnost;Polštářky jsou ploché a jednotné;ohýbatelnost Al drátu;Nízký přechodový odpor;Přepracovatelné | Zakalit (manipulace a skladování) koroze v prostředí s vysokým obsahem síry;Omezené možnosti dodavatelského řetězce na podporu této povrchové úpravy;Krátké provozní okno mezi fázemi montáže. | Používá se hlavně pro elektrické propojení, jako jsou okrajové konektory (zlatý prst), nosné desky IC (PBGA/FCBGA/FCCSP...), klávesnice, kontakty baterií a některé testovací podložky atd. |
Ponoření Ag | Vrstva stříbra je nanesena na měděný povrch prostřednictvím procesu bezproudového pokovování po leptání, ale před pájecí maskou | 5µin (0,12µm) -20µin (0,5µm) | Vynikající pájitelnost;Polštářky jsou ploché a jednotné;ohýbatelnost Al drátu;Nízký přechodový odpor;Přepracovatelné | Zakalit (manipulace a skladování) koroze v prostředí s vysokým obsahem síry;Omezené možnosti dodavatelského řetězce na podporu této povrchové úpravy;Krátké provozní okno mezi fázemi montáže. | Ekonomická alternativa k ENIG pro Fine Traces a BGA;Ideální pro aplikace vysokorychlostních signálů;Dobré pro membránové spínače, stínění EMI a spojování hliníkových drátů;Vhodné pro lisování. |
Ponoření Sn | V bezproudové chemické lázni se bílá tenká vrstva cínu ukládá přímo na měď desek plošných spojů jako bariéra pro zamezení oxidace. | 25µin (0,7µm)-60µin (1,5µm) | Nejlepší pro technologii lisovaného uložení;Nákladově efektivní;rovinný;Vynikající pájitelnost (v čerstvém stavu) a spolehlivost;Plochost | Snížení pájitelnosti se zvýšenými teplotami a cykly;Odkrytý cín na konečné montáži může korodovat;Řešení problémů;Wiskering cínu;Nevhodné pro PTH;Obsahuje thiomočovinu, známý karcinogen. | Doporučeno pro velkosériovou výrobu;Dobré pro umístění SMD, BGA;Nejlepší pro lisované uložení a základní desky;Nedoporučuje se pro PTH, kontaktní spínače a použití se slupovacími maskami |
Tabulka 2 Vyhodnocení typických vlastností moderních povrchových úprav DPS při výrobě a aplikaci
Výroba nejběžněji používaných povrchových úprav | |||||||||
Vlastnosti | ENIG | ENEPIG | Měkké zlato | Tvrdé zlato | IAg | ISn | HASL | HASL- LF | OSP |
Popularita | Vysoký | Nízký | Nízký | Nízký | Střední | Nízký | Nízký | Vysoký | Střední |
Náklady na proces | Vysoká (1,3x) | Vysoká (2,5x) | Nejvyšší (3,5x) | Nejvyšší (3,5x) | Střední (1,1x) | Střední (1,1x) | Nízká (1,0x) | Nízká (1,0x) | Nejnižší (0,8x) |
Vklad | Ponoření | Ponoření | Elektrolytické | Elektrolytické | Ponoření | Ponoření | Ponoření | Ponoření | Ponoření |
Skladovatelnost | Dlouho | Dlouho | Dlouho | Dlouho | Střední | Střední | Dlouho | Dlouho | Krátký |
V souladu s RoHS | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | No | Ano | Ano |
Koplanarita povrchu pro SMT | Vynikající | Vynikající | Vynikající | Vynikající | Vynikající | Vynikající | Chudý | Dobrý | Vynikající |
Odkrytá měď | No | No | No | Ano | No | No | No | No | Ano |
Zacházení | Normální | Normální | Normální | Normální | Kritické | Kritické | Normální | Normální | Kritické |
Procesní úsilí | Střední | Střední | Vysoký | Vysoký | Střední | Střední | Střední | Střední | Nízký |
Přepracovat kapacitu | No | No | No | No | Ano | Nenavrhováno | Ano | Ano | Ano |
Požadované tepelné cykly | násobek | násobek | násobek | násobek | násobek | 2-3 | násobek | násobek | 2 |
Problém s vousy | No | No | No | No | No | Ano | No | No | No |
Tepelný šok (PCB MFG) | Nízký | Nízký | Nízký | Nízký | Velmi nízký | Velmi nízký | Vysoký | Vysoký | Velmi nízký |
Nízký odpor / vysoká rychlost | No | No | No | No | Ano | No | No | No | N/A |
Aplikace nejběžněji používaných povrchových úprav | |||||||||
Aplikace | ENIG | ENEPIG | Měkké zlato | Tvrdé zlato | IAg | ISn | HASL | LF-HASL | OSP |
Tuhá | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano |
Flex | Omezený | Omezený | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano |
Flex-tuhý | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Není preferováno |
Jemné stoupání | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Není preferováno | Není preferováno | Ano |
BGA a μBGA | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Není preferováno | Není preferováno | Ano |
Vícenásobná pájitelnost | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Omezený |
Flip Chip | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | No | No | Ano |
Stiskněte Přizpůsobit | Omezený | Omezený | Omezený | Omezený | Ano | Vynikající | Ano | Ano | Omezený |
Skrz díru | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | No | No | No | No |
Lepení drátu | Ano (Al) | Ano (Al, Au) | Ano (Al, Au) | Ano (Al) | proměnná (Al) | No | No | No | Ano (Al) |
Smáčivost pájky | Dobrý | Dobrý | Dobrý | Dobrý | Velmi dobře | Dobrý | Chudý | Chudý | Dobrý |
Integrita pájecího spoje | Dobrý | Dobrý | Chudý | Chudý | Vynikající | Dobrý | Dobrý | Dobrý | Dobrý |
Životnost je kritickým prvkem, který musíte vzít v úvahu při sestavování výrobních plánů.Skladovatelnostje operativní okno, které zajišťuje, aby konečná úprava měla úplnou svařitelnost PCB.Je důležité zajistit, aby všechny vaše desky plošných spojů byly sestaveny během doby použitelnosti.Kromě materiálu a procesu, který provádí povrchové úpravy, je výrazně ovlivněna i trvanlivost povrchové úpravybalením a skladováním PCB.Přísné použití správné metodiky skladování navržené směrnicemi IPC-1601 zachová svařitelnost a spolehlivost povrchové úpravy.
Tabulka 3 Skladovatelnost Porovnání mezi oblíbenými povrchovými úpravami DPS
| Typická SHEL LIFE | Doporučená doba použitelnosti | Přepracovat šance |
HASL-LF | 12 měsíců | 12 měsíců | ANO |
OSP | 3 měsíce | 1 měsíce | ANO |
ENIG | 12 měsíců | 6 měsíců | NE* |
ENEPIG | 6 měsíců | 6 měsíců | NE* |
Elektrolytické Ni/Au | 12 měsíců | 12 měsíců | NO |
IAg | 6 měsíců | 3 měsíce | ANO |
ISn | 6 měsíců | 3 měsíce | ANO** |
* Pro konečnou úpravu ENIG a ENEPIG je k dispozici cyklus reaktivace pro zlepšení smáčivosti povrchu a trvanlivosti.
** Chemická úprava cínu se nedoporučuje.
Zadnído Blogů
Čas odeslání: 16. listopadu 2022