1, Trước tiên chúng ta hãy hiểu: xử lý bề mặt thực sự giải quyết được vấn đề gì
Đồng trần bị oxy hóa ngay từ khi được ăn mòn và tạo thành một lớp oxit trong vòng vài giờ. Nhiệm vụ cốt lõi của xử lý bề mặt chỉ có hai:
Bảo vệ bề mặt đồng khỏi quá trình oxy hóa và lưu hóa trong quá trình bảo quản và hàn;
Đảm bảo rằng vật hàn có thể làm ướt miếng hàn một cách đáng tin cậy trong quá trình hàn.
Ba lộ trình xử lý này đạt được cùng một mục tiêu theo những cách hoàn toàn khác nhau, điều này quyết định sự khác biệt của chúng về độ phẳng, khả năng chịu nhiệt, thời gian bảo quản và chi phí. Hãy nhớ câu này: không có cách xử lý bề mặt tốt nhất, chỉ có cách xử lý bề mặt phù hợp nhất.
Kích thước phun thiếc HASL nhúng vàng ENIG OSP
Thành phần bề mặt: Hợp kim đồng bạc thiếc (không chì), lớp niken + lớp vàng, màng bảo vệ hữu cơ
Độ phẳng kém (có nốt thiếc và mặt khum), cực cao (≈ 0,1 μm), cao nhất
Thời gian bảo quản 3-12 tháng 6-12 tháng trở lên 3-6 tháng
Chống trào ngược tốt (nhiều lần), xuất sắc (4-10 lần), kém (1-2 lần)
2-3 mức độ phun thiếc thấp nhất với chi phí tương đối thấp nhất
Các plugin kịch bản điển hình, khoảng cách thô, bảng điều khiển BGA/khoảng cách tinh, lò nung đơn có độ tin cậy cao, bảng lô tiêu dùng
2, ENIG (Vàng niken hóa học) - Ưu tiên có độ tin cậy cao nhưng đi kèm với chi phí
Nguyên lý quy trình: Lắng đọng hóa học, đầu tiên lắng đọng một lớp niken 3-6 μm trên đồng trần làm lớp rào cản khuếch tán, sau đó lắng đọng một lớp vàng rất mỏng (0,05-0,1 μ m) để ngăn chặn quá trình oxy hóa niken. Dưới 100 độ trong suốt quá trình, không bị sốc nhiệt. Bản thân lớp vàng không tham gia hàn và hàn tạo thành các hợp chất liên kim loại Ni Sn.
Lợi thế cốt lõi
Độ phẳng cực cao: độ nhám có thể được kiểm soát ở mức 0,1 μm, các bóng hàn BGA với khoảng cách 0,3mm có thể được kết dính đều và các thành phần chốt mịn không bị bắc cầu;
Tuổi thọ bảo quản dài: Khả năng hàn về cơ bản không thay đổi trong hơn 12 tháng trong điều kiện đóng gói chân không;
Khả năng chống nóng chảy lại nhiều lần: có thể chịu được 4-10 chu kỳ hàn nóng chảy lại, thích hợp cho nhiều lần lắp ráp hoặc sửa chữa, với cửa sổ quy trình rộng;
Khả năng chống ăn mòn mạnh: Vàng trơ về mặt hóa học và hoạt động tốt hơn trong môi trường có độ ẩm cao và phun muối cao so với phun thiếc, khiến nó trở thành vật liệu cần thiết cho thiết bị điện tử ô tô, điều khiển công nghiệp, lưu trữ năng lượng và các ứng dụng khác.
Rủi ro và thiếu sót
Pad đen: Trong quá trình ngâm trong vàng, dung dịch tấn công lớp niken quá mức, khiến lớp niken bị oxy hóa và ăn mòn tạo thành lớp đen giòn. Bề ngoài có thể vẫn sáng bóng nhưng độ bền của các mối hàn cực kỳ thấp. Các mối hàn ẩn như BGA/QFN đặc biệt nguy hiểm và các vấn đề thường mất nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm mới lộ ra. Các điểm kiểm soát chính: Giá trị pH của dung dịch ngâm (cần duy trì ở mức 5,0-5,5), hàm lượng phốt pho trong lớp niken (7-10%) và độ dày của lớp vàng;
Lớp vàng càng dày thì càng tốt: vàng quá dày sẽ hòa tan vào chất hàn và tạo thành AuSn ₄ giòn, điều này thực sự sẽ làm giảm độ bền của mối hàn. IPC-4552B chỉ định rằng lớp niken phải là 3,0-6,0 μ m và lớp vàng phải là 0,05-0,10 μ m, đây là phạm vi tối ưu sau khi xác minh rộng rãi;
Lớp vàng mỏng, không chịu mài mòn: Các ngón tay vàng tiêu chuẩn phải được mạ vàng cứng, vàng chìm dùng để cắm và rút các giao diện, thường lộ đồng trong vòng 50 lần;
Không thích hợp để liên kết dây vàng: Niken sẽ di chuyển và oxy hóa về phía lớp vàng, thay vào đó cần sử dụng vàng niken palađi (ENEPIG);
Giá thành cao: Sử dụng vàng kim loại quý và quy trình hóa học phức tạp, chi phí gấp khoảng 2-3 lần so với phun thiếc.
3, HASL (hot air san lấp mặt bằng) - vua của hiệu quả chi phí nhưng có ranh giới rõ ràng
Nguyên lý quy trình: Quá trình nhiệt vật lý, PCB được ngâm trong hợp kim thiếc nóng chảy ở khoảng 260 độ, và sau khi loại bỏ, chất hàn dư sẽ bị thổi bay bằng dao khí nóng áp suất cao, để lại lớp phủ hợp kim thiếc kèm theo sốc nhiệt nghiêm trọng. Có chì (63Sn/37Pb, giảm dần) và không chì (SAC305, nhiệt độ nóng chảy khoảng 217 độ).
Những nơi không thể thay thế
Độ bền cơ học cao của mối hàn: lớp thiếc dày (1-40 μ m), kết hợp trực tiếp với vật hàn trong quá trình hàn, tạo thành mối hàn chắc chắn;
Chi phí thấp nhất: thiết bị và nguyên liệu đầu vào có giá cả phải chăng hơn, quy trình hoàn thiện và sửa chữa dễ dàng;
Thích ứng hoàn hảo với quy trình hàn sóng và plug-in, bo mạch có các bộ phận xuyên lỗ làm thành phần chính vẫn là kịch bản phù hợp nhất.
Điểm yếu chết người
Độ phẳng kém: Bề mặt cong nửa vầng trăng và các nốt thiếc vốn có trong quá trình này và BGA/QFN có khoảng cách dưới 0,5mm sẽ bị loại trừ trực tiếp. Khoảng cách tốt dễ bị bắc cầu và hàn ảo;
Sốc nhiệt cao: Nhiệt độ cao tức thời 260 độ gây nguy cơ cong vênh, bong tróc đối với các tấm mỏng (Nhỏ hơn hoặc bằng 0,8mm) và tấm nhiều lớp;
Thời gian bảo quản ngắn: Lớp thiếc bị oxy hóa đáng kể sau 3-6 tháng tiếp xúc với không khí và cần có nhiều biện pháp bảo vệ như đóng gói chân không để vận chuyển xuất khẩu hoặc tồn kho lâu dài.
4, OSP (mặt nạ hàn hữu cơ) - Giá thành thấp, độ phẳng cao nhưng cửa sổ hẹp
Nguyên lý quy trình: Phủ một lớp màng hợp chất hữu cơ (thường là benzimidazole) có độ dày 0,2-0,5 μm lên bề mặt đồng sạch và hàn ở nhiệt độ cao để phân hủy lớp màng, lộ ra bề mặt đồng tươi và liên kết bằng chất hàn. Không có lớp phủ kim loại.
Điểm bán hàng lớn nhất
Chi phí cực thấp (gần như không tăng), bề mặt mịn nhất và khả năng tương thích hoàn hảo với 0201 thiết bị siêu nhỏ và chân BGA dày đặc;
Không ảnh hưởng đến trở kháng tín hiệu, đây là một trong những quy trình chủ đạo dành cho bo mạch mật độ cao HDI, thân thiện với môi trường và không chứa chì.
Những hạn chế rõ ràng
Thời gian bảo quản ngắn nhất: tối đa 6 tháng trong điều kiện kín, nhạy cảm với độ ẩm và nên sử dụng càng sớm càng tốt sau khi mở. Mồ hôi tay và dấu vân tay có thể làm hỏng lớp màng bảo vệ;
Khả năng chống trào ngược hạn chế: thường chỉ 2-3 lần, sau đó sẽ xấu đi;
Không thích hợp cho quá trình hàn sóng và xuyên lỗ;
Không thể tạo danh bạ, cấu trúc trình cắm hoặc thiết bị tiếp xúc lâu dài.
5, Chọn theo kịch bản: Bốn câu hỏi để xác định giải pháp
Đường dẫn Quyết định Lựa chọn (Hãy tự hỏi theo thứ tự)
Có thành phần hoặc BGA nào có khoảng cách nhỏ hơn 0,5mm không? Loại trừ việc phun thiếc;
Bảng nên được lưu trữ trong bao lâu? Quá 6 tháng → loại trừ OSP;
Có bất kỳ yêu cầu nào đối với các chỉ báo tần số cao/tần số vô tuyến không? Nên ưu tiên đánh chìm bạc hoặc vàng;
Đây có phải là bảng lô hàng tiêu dùng nhạy cảm về chi phí không? Có → OSP hoặc lắng đọng thiếc.
So sánh kịch bản điển hình
BGA/khoảng cách tốt, bảng chính xác mật độ cao → lắng đọng vàng, an toàn nhất;
Điện tử ô tô, thiết bị y tế, máy chủ, thiết bị chính xác tồn kho dài hạn → Lắng đọng vàng (lớp niken khuyến nghị 4-5 μ m và lớp vàng 0,05-0,1 μ m theo quy định ô tô);
Tần số cao/tần số vô tuyến (ăng-ten 5G, mô-đun vi sóng, radar) → ngâm bạc (tổn thất tần số cao thấp nhất) hoặc ngâm vàng;
Cắm định hướng, khoảng cách thô, nhạy cảm với chi phí → phun thiếc (bảng điện, thiết bị nhỏ, bảng điều khiển công nghiệp thông thường);
Thẻ đơn, bảng lô hàng tiêu dùng doanh thu ngắn hạn → OSP;
Khoảng cách vừa phải để tiết kiệm tiền → Lắng đọng thiếc (một phiên bản phun thiếc phẳng thay thế, một lựa chọn trung gian tiết kiệm chi phí);
Ngón tay vàng, đầu nối, điểm tiếp xúc nút → vàng cứng mạ điện (chống mài mòn), không thể thay thế bằng vàng ngâm thông thường.
Ba quan niệm sai lầm phổ biến
Vàng dùng để ngâm càng dày thì càng tốt ": Độ dày quá mức thực sự làm tăng độ giòn. Lớp vàng hàn 1-3 μ" là đủ, còn những lớp thực sự cần vàng dày thì tiếp xúc như ngón tay vàng, cần được phủ một lớp vàng cứng;
Nếu OSP rẻ thì mọi người nên sử dụng OSP. “Khi dây chuyền sản xuất có nhiều thao tác thủ công và bo mạch cần được vận chuyển theo lô thì những khuyết điểm của OSP sẽ nhanh chóng bộc lộ;
Xử lý bề mặt không ảnh hưởng đến trở kháng: Xử lý bề mặt sẽ làm thay đổi một chút độ dày và độ suy hao của dây dẫn bề mặt, đồng thời cần đưa các kịch bản tần số cực cao vào mô phỏng.