1, pertama-tama mari kita pahami: apa sebenarnya penyelesaian perawatan permukaan
Tembaga murni teroksidasi sejak tergores dan membentuk lapisan oksida dalam beberapa jam. Misi inti dari perawatan permukaan hanya ada dua:
Melindungi permukaan tembaga dari oksidasi dan vulkanisasi selama proses penyimpanan dan pengelasan;
Pastikan solder dapat membasahi bantalan solder selama pengelasan.
Ketiga rute proses ini mencapai tujuan yang sama dengan cara yang sangat berbeda, yang menentukan perbedaannya dalam hal kerataan, ketahanan panas, masa penyimpanan, dan biaya. Ingat kalimat ini: tidak ada perawatan permukaan terbaik, hanya yang paling cocok.
Dimensi penyemprotan timah HASL perendaman emas ENIG OSP
Komposisi permukaan: Paduan tembaga perak timah (bebas timah), lapisan nikel + lapisan emas, film pelindung organik
Kerataan yang buruk (dengan nodul timah dan meniskus), sangat tinggi (tingkat ≈ 0,1 μm), tertinggi
Masa penyimpanan 3-12 bulan 6-12 bulan atau lebih 3-6 bulan
Resistensi refluks baik (berkali-kali), sangat baik (4-10 kali), buruk (1-2 kali)
2-3 tingkat penyemprotan timah terendah dengan biaya relatif terendah
Plugin skenario umum, jarak kasar, panel kontrol BGA/jarak halus, tungku lintasan tunggal dengan keandalan tinggi, papan batch konsumen
2, ENIG (Chemical Nickel Gold) - Keandalan tinggi lebih disukai, tetapi ada biayanya
Prinsip proses: Deposisi kimia, pertama-tama depositkan lapisan nikel berukuran 3-6 μm pada tembaga telanjang sebagai lapisan penghalang difusi, dan kemudian depositkan lapisan emas yang sangat tipis (0,05-0,1 μm) untuk mencegah oksidasi nikel. Di bawah 100 derajat sepanjang proses, tanpa kejutan termal. Lapisan emas itu sendiri tidak ikut serta dalam pengelasan, dan pengelasan membentuk senyawa intermetalik Ni Sn.
Keuntungan inti
Kerataan yang sangat tinggi: kekasaran dapat dikontrol pada tingkat 0,1 μm, bola solder BGA dengan jarak 0,3 mm dapat dipatuhi secara merata, dan komponen pin halus tidak dijembatani;
Umur penyimpanan yang lama: Kemampuan las pada dasarnya tidak berubah selama lebih dari 12 bulan dalam kemasan vakum;
Resistensi reflow ganda: dapat menahan 4-10 siklus penyolderan reflow, cocok untuk beberapa perakitan atau perbaikan, dengan jendela proses yang lebar;
Ketahanan terhadap korosi yang kuat: Emas bersifat inert secara kimia dan bekerja lebih baik di lingkungan dengan kelembapan tinggi dan semprotan garam tinggi dibandingkan dengan penyemprotan timah, sehingga emas harus dimiliki untuk elektronik otomotif, kontrol industri, penyimpanan energi, dan skenario lainnya.
Risiko dan Kekurangan
Bantalan Hitam: Pada saat direndam dalam emas, larutan menyerang lapisan nikel secara berlebihan sehingga menyebabkan oksidasi dan korosi pada lapisan nikel sehingga membentuk lapisan hitam yang rapuh. Tampilannya mungkin masih mengkilat, namun kekuatan sambungan soldernya sangat rendah. Sambungan solder tersembunyi seperti BGA/QFN sangat berbahaya, dan masalah sering kali membutuhkan waktu berbulan-bulan atau bahkan bertahun-tahun untuk terungkap. Titik kendali utama: nilai pH larutan perendaman (harus dijaga pada 5,0-5,5), kandungan fosfor lapisan nikel (7-10%), dan ketebalan lapisan emas;
Semakin tebal lapisan emasnya, semakin baik: emas yang terlalu tebal akan larut ke dalam solder dan membentuk AuSn ₄ yang rapuh, yang justru akan mengurangi kekuatan sambungan solder. IPC-4552B menetapkan bahwa lapisan nikel harus berukuran 3,0-6,0 μm dan lapisan emas harus berukuran 0,05-0,10 μm, yang merupakan kisaran optimal setelah verifikasi ekstensif;
Lapisan emas tipis, tidak tahan aus: Jari emas standar harus dilapisi dengan emas keras, dan emas tenggelam digunakan untuk menyambungkan dan mencabut antarmuka, biasanya mengekspos tembaga dalam waktu 50 kali;
Tidak cocok untuk pengikatan kawat emas: Nikel akan bermigrasi dan teroksidasi menuju lapisan emas, dan emas nikel paladium (ENEPIG) perlu digunakan sebagai gantinya;
Biaya tinggi: Menggunakan emas logam mulia dan proses kimia yang kompleks, biayanya sekitar 2-3 kali lipat dari penyemprotan timah.
3, HASL (perataan udara panas) - raja efektivitas biaya, tetapi dengan batasan yang jelas
Prinsip proses: Proses termal fisik, PCB direndam dalam paduan timah cair pada suhu sekitar 260 derajat, dan setelah dilepas, kelebihan solder diledakkan dengan pisau udara panas bertekanan tinggi, meninggalkan lapisan paduan timah disertai kejutan termal yang parah. Ada timbal (63Sn/37Pb, dihapus secara bertahap) dan bebas timbal (SAC305, titik leleh sekitar 217 derajat).
Tempat yang tak tergantikan
Kekuatan mekanik sambungan solder yang tinggi: lapisan timah tebal (1-40 m), yang langsung menyatu dengan solder selama pengelasan, membentuk sambungan solder yang kokoh;
Biaya terendah: input peralatan dan material lebih terjangkau, proses matang, dan perbaikan mudah;
Diadaptasi secara sempurna untuk proses penyolderan gelombang dan plug-in, papan dengan komponen lubang tembus sebagai komponen utamanya masih merupakan skenario yang paling sesuai.
Kelemahan yang mematikan
Kerataan yang buruk: Permukaan melengkung setengah bulan dan nodul timah melekat dalam proses tersebut, dan BGA/QFN dengan jarak kurang dari 0,5 mm tidak termasuk secara langsung. Jarak yang halus rentan terhadap penjembatanan dan penyolderan virtual;
Kejutan termal tinggi: Suhu tinggi seketika sebesar 260 derajat menimbulkan risiko lengkungan dan delaminasi pada pelat tipis (Kurang dari atau sama dengan 0,8 mm) dan pelat multi-lapis;
Masa penyimpanan yang singkat: Lapisan timah teroksidasi secara signifikan setelah 3-6 bulan terpapar udara, dan berbagai perlindungan seperti pengemasan vakum diperlukan untuk pengiriman ekspor atau inventaris jangka panjang.
4, OSP (masker solder organik) - Biaya rendah dan kerataan tinggi, tetapi jendelanya sempit
Prinsip proses: Oleskan lapisan film senyawa organik (biasanya benzimidazol) dengan ketebalan 0,2-0,5 μm pada permukaan tembaga bersih, dan las pada suhu tinggi untuk menguraikan lapisan film, memperlihatkan permukaan tembaga segar dan mengikatnya dengan solder. Tidak ada lapisan logam.
Nilai jual terbesar
Biaya sangat rendah (mendekati nol tambahan), permukaan paling halus, dan kompatibilitas sempurna dengan perangkat ultra kecil 0201 dan pin BGA padat;
Tidak mempengaruhi impedansi sinyal, ini adalah salah satu proses utama untuk papan HDI dengan kepadatan tinggi, ramah lingkungan dan bebas timah.
Keterbatasan yang jelas
Masa penyimpanan terpendek: hingga 6 bulan dalam kondisi tertutup, peka terhadap kelembapan, dan harus digunakan sesegera mungkin setelah dibuka. Keringat tangan dan sidik jari dapat merusak lapisan pelindung;
Resistensi refluks terbatas: biasanya hanya 2-3 kali, setelah itu memburuk;
Tidak cocok untuk penyolderan gelombang dan proses lubang tembus;
Tidak dapat membuat kontak, struktur plug-in, atau peralatan yang terpapar dalam jangka waktu lama.
5, Pilih berdasarkan skenario: Empat pertanyaan untuk menentukan solusi
Jalur Keputusan Seleksi (Tanyakan pada Diri Anda Secara Berurutan)
Apakah ada komponen atau BGA dengan jarak kurang dari 0,5 mm? Kecualikan penyemprotan timah;
Berapa lama papan harus disimpan? Melebihi 6 bulan → mengesampingkan OSP;
Apakah ada persyaratan untuk indikator frekuensi tinggi/frekuensi radio? Prioritas harus diberikan pada penenggelaman perak atau emas;
Apakah ini papan batch konsumen yang sensitif terhadap biaya? Ya → OSP atau deposisi timah.
Perbandingan skenario tipikal
BGA/jarak halus, papan presisi kepadatan tinggi → deposisi emas, paling aman;
Elektronik otomotif, peralatan medis, server, peralatan presisi inventaris jangka panjang → Deposisi emas (lapisan nikel yang direkomendasikan 4-5 μm dan lapisan emas 0,05-0,1 μm menurut peraturan otomotif);
Frekuensi tinggi/frekuensi radio (antena 5G, modul gelombang mikro, radar) → perendaman perak (kehilangan frekuensi tinggi terendah) atau perendaman emas;
Berorientasi pada colokan, jarak yang kasar, sensitif terhadap biaya → penyemprotan timah (papan daya, peralatan kecil, papan kontrol industri biasa);
Tiket tunggal, papan batch konsumen omset jangka pendek → OSP;
Jarak tanam yang baik untuk menghemat uang → Deposisi timah (penyemprotan timah versi datar sebagai alternatif, pilihan tengah yang hemat biaya);
Jari emas, konektor, kontak tombol → berlapis emas keras (tahan aus), yang tidak dapat digantikan dengan emas imersi biasa.
Tiga kesalahpahaman umum
Semakin tebal emas yang digunakan untuk perendaman, semakin baik ": Ketebalan yang berlebihan justru meningkatkan kerapuhan. Lapisan emas las 1-3 μ" sudah cukup, dan yang benar-benar membutuhkan emas tebal adalah kontak seperti jari emas, yang harus dilapisi dengan emas keras;
Jika OSP murah, maka semua orang harus menggunakan OSP. "Ketika ada banyak operasi manual di jalur produksi dan papan perlu dikirim secara batch, kekurangan OSP akan terungkap dengan cepat;
Perlakuan permukaan tidak mempengaruhi impedansi: Perlakuan permukaan akan sedikit mengubah ketebalan dan hilangnya konduktor permukaan, dan skenario frekuensi tinggi yang ekstrim perlu dimasukkan dalam simulasi.