1 ก่อนอื่นมาทำความเข้าใจ: การรักษาพื้นผิวช่วยแก้ปัญหาได้จริงๆ
ทองแดงเปลือยจะออกซิไดซ์ทันทีที่กัดและก่อตัวเป็นชั้นออกไซด์ภายในไม่กี่ชั่วโมง ภารกิจหลักของการรักษาพื้นผิวมีเพียงสองประการเท่านั้น:
ปกป้องพื้นผิวทองแดงจากการเกิดออกซิเดชันและการวัลคาไนซ์ระหว่างกระบวนการจัดเก็บและการเชื่อม
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าหัวแร้งสามารถทำให้แผ่นบัดกรีเปียกได้อย่างน่าเชื่อถือระหว่างการเชื่อม
เส้นทางกระบวนการทั้งสามนี้บรรลุเป้าหมายเดียวกันในรูปแบบที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ซึ่งกำหนดความแตกต่างในด้านความเรียบ การต้านทานความร้อน อายุการเก็บรักษา และต้นทุน จำประโยคนี้ไว้: ไม่มีการรักษาพื้นผิวที่ดีที่สุด มีเพียงสิ่งที่ดีที่สุดเท่านั้น
มิติดีบุกพ่น HASL จุ่มทอง ENIG OSP
องค์ประกอบพื้นผิว: โลหะผสมทองแดงดีบุกเงิน (ไร้สารตะกั่ว), ชั้นนิกเกิล + ชั้นทอง, ฟิล์มป้องกันอินทรีย์
ความเรียบไม่ดี (มีก้อนดีบุกและวงเดือน) สูงมาก (ระดับ 0.1 µm) สูงสุด
ระยะเวลาการเก็บรักษา 3-12 เดือน 6-12 เดือนขึ้นไป 3-6 เดือน
ต้านทานกรดไหลย้อนได้ดี (หลายครั้ง), ดีเยี่ยม (4-10 ครั้ง), แย่ (1-2 ครั้ง)
การพ่นดีบุกระดับต่ำสุด 2-3 โดยมีต้นทุนสัมพัทธ์ต่ำที่สุด
ปลั๊กอินสถานการณ์ทั่วไป, ระยะห่างหยาบ, แผงควบคุม BGA/ระยะห่างละเอียด, เตาหลอมเดี่ยวที่มีความน่าเชื่อถือสูง, แผงแบตช์สำหรับผู้บริโภค
2, ENIG (Chemical Nickel Gold) - แนะนำให้ใช้ความน่าเชื่อถือสูง แต่ก็ต้องแลกมาด้วยต้นทุน
หลักการกระบวนการ: การสะสมทางเคมี ขั้นแรกให้วางชั้นนิกเกิล 3-6 μm บนทองแดงเปลือยเป็นชั้นกั้นการแพร่กระจาย จากนั้นจึงวางชั้นทองคำบางมาก (0.05-0.1 μm) เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของนิกเกิล อุณหภูมิต่ำกว่า 100 องศาตลอดกระบวนการ โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ชั้นทองนั้นไม่ได้มีส่วนร่วมในการเชื่อมและการเชื่อมจะก่อให้เกิดสารประกอบระหว่างโลหะ Ni Sn
ข้อได้เปรียบหลัก
ความเรียบที่สูงมาก: สามารถควบคุมความหยาบได้ที่ระดับ 0.1 μ m, ลูกบัดกรี BGA ที่มีระยะห่าง 0.3 มม. สามารถยึดติดได้อย่างสม่ำเสมอ และส่วนประกอบของพินที่ละเอียดจะไม่ถูกเชื่อมเข้าด้วยกัน
อายุการเก็บรักษายาวนาน: ความสามารถในการเชื่อมโดยทั่วไปยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเป็นเวลานานกว่า 12 เดือนภายใต้บรรจุภัณฑ์สุญญากาศ
ความต้านทานการไหลซ้ำหลายครั้ง: สามารถทนต่อรอบการบัดกรีแบบรีโฟลว์ได้ 4-10 รอบ เหมาะสำหรับการประกอบหรือการซ่อมแซมหลายครั้ง โดยมีหน้าต่างกระบวนการที่กว้าง
ความต้านทานการกัดกร่อนที่แข็งแกร่ง: ทองคำมีความเฉื่อยทางเคมีและทำงานได้ดีกว่าในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูงและสเปรย์เกลือมากกว่าการพ่นดีบุก ทำให้ทองคำเป็นสิ่งที่ต้องมีสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ การควบคุมทางอุตสาหกรรม การจัดเก็บพลังงาน และสถานการณ์อื่นๆ
ความเสี่ยงและข้อบกพร่อง
แผ่นสีดำ: ในระหว่างการแช่ทองคำ สารละลายจะโจมตีชั้นนิกเกิลมากเกินไป ทำให้เกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนของชั้นนิกเกิลจนกลายเป็นชั้นสีดำที่เปราะ ลักษณะอาจจะยังแวววาวอยู่แต่ความแข็งแรงของข้อต่อบัดกรีต่ำมาก ข้อต่อบัดกรีที่ซ่อนอยู่ เช่น BGA/QFN มีอันตรายอย่างยิ่ง และปัญหามักใช้เวลาหลายเดือนหรือหลายปีจึงจะเปิดเผย จุดควบคุมหลัก: ค่า pH ของสารละลายแช่ (ควรคงไว้ที่ 5.0-5.5) ปริมาณฟอสฟอรัสของชั้นนิกเกิล (7-10%) และความหนาของชั้นทอง
ยิ่งชั้นทองหนาเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น: ทองคำที่หนาเกินไปจะละลายไปในตัวประสานและเกิดเป็น AuSn ₄ ที่เปราะ ซึ่งจะลดความแข็งแรงของข้อต่อประสานลง IPC-4552B ระบุว่าชั้นนิกเกิลควรอยู่ที่ 3.0-6.0 μm และชั้นทองควรอยู่ที่ 0.05-0.10 μm ซึ่งเป็นช่วงที่เหมาะสมที่สุดหลังจากการตรวจสอบอย่างละเอียด
ชั้นทองบางๆ ไม่ทนต่อการสึกหรอ: นิ้วทองมาตรฐานต้องชุบด้วยทองคำแข็ง และทองจมใช้สำหรับเสียบและถอดปลั๊กอินเทอร์เฟซ โดยปกติจะเปิดเผยทองแดงภายใน 50 ครั้ง
ไม่เหมาะสำหรับการติดลวดทอง: นิกเกิลจะเคลื่อนตัวและออกซิไดซ์ไปยังชั้นทอง และจำเป็นต้องใช้นิกเกิลแพลเลเดียมโกลด์ (ENEPIG) แทน
ต้นทุนสูง: การใช้ทองคำโลหะมีค่าและกระบวนการทางเคมีที่ซับซ้อน ต้นทุนจะสูงกว่าการพ่นดีบุกประมาณ 2-3 เท่า
3, HASL (การปรับระดับอากาศร้อน) - ราชาแห่งความคุ้มค่า แต่มีขอบเขตที่ชัดเจน
หลักการกระบวนการ: กระบวนการระบายความร้อนทางกายภาพ PCB จะถูกแช่อยู่ในโลหะผสมดีบุกหลอมเหลวที่ประมาณ 260 องศา และหลังจากการถอดออก การบัดกรีส่วนเกินจะถูกเป่าออกไปด้วยมีดลมร้อนแรงดันสูง ทิ้งให้เคลือบโลหะผสมดีบุกพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรง มีตะกั่ว (63Sn/37Pb, ค่อยๆ เลิกใช้) และไร้สารตะกั่ว (SAC305, จุดหลอมเหลวประมาณ 217 องศา )
สถานที่ที่ไม่อาจทดแทนได้
ความแข็งแรงเชิงกลสูงของข้อต่อบัดกรี: ชั้นดีบุกมีความหนา (1-40 μ m) ซึ่งหลอมรวมกับบัดกรีโดยตรงในระหว่างการเชื่อมทำให้เกิดข้อต่อประสานที่มั่นคง
ต้นทุนต่ำสุด: อุปกรณ์และวัสดุนำเข้ามีราคาไม่แพง กระบวนการที่สมบูรณ์ และการซ่อมแซมง่าย
ปรับให้เข้ากับกระบวนการบัดกรีแบบคลื่นและปลั๊กอินได้อย่างสมบูรณ์แบบ บอร์ดที่มีส่วนประกอบแบบรูทะลุเป็นส่วนประกอบหลักยังคงเป็นสถานการณ์ที่เหมาะสมที่สุด
ความอ่อนแอร้ายแรง
ความเรียบไม่ดี: พื้นผิวโค้งรูปพระจันทร์เสี้ยวและก้อนดีบุกมีอยู่ในกระบวนการนี้ และไม่รวม BGA/QFN ที่มีระยะห่างน้อยกว่า 0.5 มม. โดยตรง ระยะห่างที่ดีมีแนวโน้มที่จะเกิดการเชื่อมต่อและการบัดกรีเสมือน
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน: อุณหภูมิสูงทันทีที่ 260 องศาทำให้เกิดความเสี่ยงต่อการบิดเบี้ยวและการหลุดล่อนสำหรับแผ่นบาง (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.8 มม.) และแผ่นหลายชั้น
อายุการเก็บรักษาสั้น: ชั้นดีบุกจะออกซิไดซ์อย่างมีนัยสำคัญหลังจากสัมผัสกับอากาศเป็นเวลา 3-6 เดือน และจำเป็นต้องมีการป้องกันหลายประการ เช่น บรรจุภัณฑ์สูญญากาศ สำหรับการขนส่งส่งออกหรือสินค้าคงคลังในระยะยาว
4, OSP (หน้ากากประสานอินทรีย์) - ต้นทุนต่ำและความเรียบสูง แต่มีหน้าต่างแคบ
หลักการกระบวนการ: ทาชั้นฟิล์มสารประกอบอินทรีย์ (โดยปกติคือเบนซิมิดาโซล) ที่มีความหนา 0.2-0.5 μm บนพื้นผิวทองแดงที่สะอาด และเชื่อมที่อุณหภูมิสูงเพื่อสลายชั้นฟิล์ม เผยให้เห็นพื้นผิวทองแดงสดและประสานด้วยการบัดกรี ไม่มีการเคลือบโลหะ
จุดขายที่ใหญ่ที่สุด
ต้นทุนต่ำมาก (เพิ่มขึ้นเกือบเป็นศูนย์) พื้นผิวเรียบที่สุด และเข้ากันได้อย่างสมบูรณ์แบบกับอุปกรณ์ขนาดเล็กพิเศษ 0201 และพิน BGA ที่หนาแน่น
ไม่ส่งผลกระทบต่อความต้านทานของสัญญาณ เป็นหนึ่งในกระบวนการหลักสำหรับบอร์ดความหนาแน่นสูง HDI เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและปราศจากสารตะกั่ว
ข้อจำกัดที่ชัดเจน
ระยะเวลาการเก็บรักษาที่สั้นที่สุด: สูงสุด 6 เดือนภายใต้สภาวะที่ปิดสนิท ไวต่อความชื้น และควรใช้โดยเร็วที่สุดหลังจากเปิด เหงื่อที่มือและรอยนิ้วมืออาจทำให้ฟิล์มป้องกันเสียหายได้
ความต้านทานกรดไหลย้อนจำกัด: โดยปกติเพียง 2-3 ครั้ง หลังจากนั้นจะแย่ลง
ไม่เหมาะสำหรับการบัดกรีด้วยคลื่นและกระบวนการผ่านรู
ไม่สามารถสร้างหน้าสัมผัส โครงสร้างปลั๊กอิน หรืออุปกรณ์ที่เปิดโล่งในระยะยาวได้
5 เลือกตามสถานการณ์: คำถามสี่ข้อเพื่อกำหนดวิธีแก้ปัญหา
เส้นทางการตัดสินใจคัดเลือก (ถามตัวเองตามลำดับ)
มีส่วนประกอบหรือ BGA ที่มีระยะห่างน้อยกว่า 0.5 มม. หรือไม่? ไม่รวมการพ่นดีบุก
ควรเก็บบอร์ดไว้นานแค่ไหน? เกิน 6 เดือน → พิจารณา OSP ออก
มีข้อกำหนดใดๆ สำหรับตัวบ่งชี้ความถี่สูง/ความถี่วิทยุหรือไม่? ควรให้ความสำคัญกับเงินหรือทองที่กำลังจม
มันเป็นบอร์ดแบตช์สำหรับผู้บริโภคที่คำนึงถึงต้นทุนหรือไม่ ใช่ → OSP หรือการสะสมของดีบุก
การเปรียบเทียบสถานการณ์ทั่วไป
BGA/ระยะห่างที่ดี บอร์ดความแม่นยำความหนาแน่นสูง → การสะสมของทองคำที่ปลอดภัยที่สุด
อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ เซิร์ฟเวอร์ อุปกรณ์สินค้าคงคลังระยะยาวที่มีความแม่นยำ → การสะสมของทองคำ (ชั้นนิกเกิลที่แนะนำ 4-5 μm และชั้นทอง 0.05-0.1 μm ตามระเบียบข้อบังคับของยานยนต์)
ความถี่สูง/ความถี่วิทยุ (เสาอากาศ 5G, โมดูลไมโครเวฟ, เรดาร์) → การจุ่มสีเงิน (การสูญเสียความถี่สูงต่ำสุด) หรือการแช่ทองคำ
เสียบปลั๊ก ระยะห่างหยาบ คำนึงถึงต้นทุน → การพ่นดีบุก (แผงจ่ายไฟ เครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็ก บอร์ดควบคุมอุตสาหกรรมธรรมดา)
คณะกรรมการชุดผู้บริโภคหมุนเวียนระยะสั้น→ OSP;
ระยะห่างที่ดีเพื่อประหยัดเงิน → การสะสมของดีบุก (การพ่นดีบุกแบบแบนเป็นทางเลือกหนึ่ง ตัวเลือกตรงกลางที่คุ้มค่า);
นิ้วทอง ขั้วต่อ หน้าสัมผัสปุ่ม → ทองคำแข็งชุบด้วยไฟฟ้า (ทนต่อการสึกหรอ) ซึ่งไม่สามารถแทนที่ด้วยทองคำแช่ทั่วไปได้
ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยสามประการ
ยิ่งใช้ทองคำหนาสำหรับการแช่ก็ยิ่งดี ": ความหนาที่มากเกินไปจะเพิ่มความเปราะบางได้จริง ชั้นทองคำสำหรับการเชื่อม 1-3 μ" ก็เพียงพอแล้ว และชั้นที่ต้องการทองคำหนาอย่างแท้จริงจะต้องสัมผัสกันเหมือนนิ้วทอง ซึ่งควรเคลือบด้วยทองคำแข็ง
ถ้า OSP ราคาถูก ทุกคนก็ควรใช้ OSP "เมื่อมีการดำเนินการด้วยตนเองจำนวนมากในสายการผลิต และบอร์ดจำเป็นต้องจัดส่งเป็นชุด ข้อบกพร่องของ OSP จะถูกเปิดเผยอย่างรวดเร็ว
การรักษาพื้นผิวไม่ส่งผลกระทบต่ออิมพีแดนซ์: การรักษาพื้นผิวจะเปลี่ยนความหนาและการสูญเสียของตัวนำพื้นผิวเล็กน้อย และจำเป็นต้องรวมสถานการณ์ความถี่สูงสุดขั้วไว้ในการจำลองด้วย