Выбор правильного поверхностного покрытия печатной платы: HASL, OSP и ENIG подробно

При создании поверхностных покрытий для печатных плат (ПП) можно выбрать из органических или металлических материалов. Знание того, какие типы поверхностных покрытий существуют, достаточно просто, но как определить, какое лучше для вашей печатной платы? Они имеют сходства, но каждое имеет свои преимущества, недостатки и технические соображения.

Если вы спрашиваетесь, как выбрать правильную технику покрытия, эта статья поможет вам узнать больше о трех распространенных типах — горячей паяной nivelировке (HASL), органическом консерванте паяемости (OSP) и химическом никеле с погружением в золото (ENIG).

Важность поверхностного покрытия вашей печатной платы

Выбранное вами поверхностное покрытие для печатной платы будет иметь значительное влияние на ее качество и полезность в родительской детали. Покрытие предотвращает окисление медного слоя печатной платы, что в противном случае снизило бы его паяемость. Нанесение покрытия защищает плату от окисления до добавления компонентов, гарантируя, что вы сможете припаять дополнительные элементы по мере необходимости. Поскольку электрические соединения печатной платы зависят от адекватной медной проводимости, важно предотвратить окисление и прикрепить компоненты по необходимости.

Выбор подходящего покрытия будет зависеть от различных факторов, таких как процесс покрытия, дизайн печатной платы и качество конечного результата. Не все типы покрытий подходят для каждой печатной платы. Ниже приведены несколько характеристик, которые стоит иметь в виду при рассмотрении различных вариантов:

1. Паяемость

Избегание проблем с пайкой необходимо для создания печатной платы, которая будет работать как задумано. Гладкие поверхности необходимы для обеспечения соединения, функционирующего адекватно в заданной среде. Рассмотрите, может ли поверхностное покрытие паяться непосредственно к меди, как в случае погружения в олово, или является ли это многослойная техника, как ENIG.

Хорошее соединение проводов также критично, учитывая, что разные металлы требуют уникальных производственных техник и ведут себя по-разному даже в одной и той же среде. Провода могут состоять из материалов вроде алюминия, золота и меди, при этом каждый тип поверхностного покрытия совместим или несовместим с этими элементами.

2. Время обработки

Окно обработки для конкретного покрытия может быть большим или маленьким — покрытия вроде HASL имеют большие окна обработки.

То, сколько времени занимает процесс, зависит от сложности сборки. Некоторые поверхностные покрытия, как OSP, имеют ограниченные тепловые циклы и не могут выдержать многочисленные процессы пайки. После нескольких циклов они исчезают, и печатная плата теряет свою защиту от окисления. Однако поверхностное покрытие OSP для печатной платы может быть переработано во время производства. То же относится к погружению в серебро.

ENIG — более сложный процесс покрытия и занимает больше времени на завершение, что может сделать его лучше для производственных линий печатных плат, которым не нужно выпускать большое количество печатных плат за короткое время.

3. Надежность

Насколько хорошо выбранное поверхностное покрытие выдержит свою среду? Если ваша печатная плата должна соответствовать определенным требованиям надежности, вам понадобится покрытие, которое их удовлетворяет. Хотя стоимость — только один компонент среди многих других упомянутых здесь элементов, вы должны учитывать, какой будет стоимость отказа, если покрытие печатной платы не сработает как задумано и не защитит поверхность.

IPC предлагает набор стандартов в своем Руководстве по тестовым методам TM-650, который детально описывает различные способы тестирования печатных плат на надежность и качество. К ним относятся такие методы, как размерная верификация, химическое сопротивление, вязкость меди и количество потерь сигнала. Один тест использует химикаты, такие как серная кислота и изопропанол, для определения эффектов, которые эти вещества оказывают на диэлектрические материалы печатных плат.

4. Коррозия

Некоторые типы поверхностных покрытий, как серебро, могут быть более уязвимыми к коррозии, чем другие. Этот вид коррозии может возникнуть практически с любым типом покрытия, который вы используете, но он наиболее распространен с погружением в серебро. По мере распространения коррозии металлических элементов по поверхности печатной платы она может вызывать короткие замыкания из-за взаимодействия с соседними элементами на плате. Эта проблема стала более распространенной по мере увеличения широкого использования безоловянных покрытий, поскольку свинец был заметно эффективен в обеспечении сопротивления коррозии.

Коррозия также более распространена во влажных, сернистых средах. Рассмотрите, в каких условиях ваши печатные платы будут экспонированы, прежде чем выбрать какое-либо одно поверхностное покрытие. Среда может иметь серьезное влияние на жизненные циклы ваших продуктов.

Другие покрытия, как погружение в олово, склонны к развитию «усов», хотя антимиграционные агенты могут снизить эту проблему.

Факторы, влияющие на используемое поверхностное покрытие печатной платы

Ряд факторов повлияет на то, какой тип покрытия печатной платы вы решите использовать. Важно рассматривать все эти факторы как единое целое. Хотя они все имеют вес в процессе, ваша готовая печатная плата может не получиться как задумано, если вы сильно предпочитаете одну характеристику над другими. Например, вы можете выбрать безоловянный HASL из-за его стоимостной эффективности, но позже обнаружить, что его копланарность недостаточна по сравнению с другими процессами покрытия.

Ниже приведены некоторые важные компоненты, которые стоит иметь в виду при изучении различных поверхностных покрытий печатных плат.

1. Стоимость

То, сколько вы потратите на поверхностное покрытие, определяется выбранным вами типом. Качество покрытия также учитывается в стоимости. Покрытия HASL более доступны, чем типы ENIG, но они могут не соответствовать точным стандартам качества, которые вы ожидаете.

Цена изготовления самой платы также будет иметь значение. После начального изготовления, будет ли в вашем бюджете место для выбора более продвинутых методов покрытия, таких как ENIG? Печатные платы для отраслей вроде потребительской электроники решительно менее дороги в производстве, что может позволить вам использовать более дорогие покрытия для более качественных результатов.

2. Объем

Производственный объем может значительно повлиять на то, какой тип поверхностного покрытия вы используете. Например, поверхностное покрытие, состоящее из погружения в олово, начнет тускнеть вскоре после осаждения на медной печатной плате. Однако использование большого объема печатных плат может помочь избежать тускнения. Если у вас малая партия, может быть лучше выбрать покрытие вроде погружения в серебро.

3. Эстетика

Процессы вроде HASL и OSP склонны предлагать лучшую эстетическую ценность, чем ENIG, что является еще одним компонентом, который может повлиять на выбор. Нужна ли вам блестящая поверхность, менее подверженная коррозии, «усам» и подобным проблемам? Вы можете захотеть избегать материалов вроде серебра и олова и выбирать другие варианты, менее вероятно вызывающие серьезную коррозию.

Типы поверхностных покрытий печатных плат

Хотя существует много типов поверхностных покрытий печатных плат, мы рассмотрим здесь три хорошо известных — HASL, OSP и ENIG.

1. HASL и безоловянный HASL

Поверхностное покрытие HASL предлагает высококачественную паяемость и вмещает множество тепловых циклов, будучи при этом одним из более доступных вариантов. Оно когда-то служило отраслевым стандартом, хотя стандарты под директивой об ограничении опасных веществ (RoHS) заставили HASL выйти из соответствия. В свою очередь, безоловянный HASL стал более приемлемым вариантом с точки зрения экологического и здоровьесберегающего воздействия. Хотя HASL имеет долгую историю в отрасли и хорошо известен инженерам, безоловянный HASL безопаснее в использовании и лучше соответствует потребностям директив вроде RoHS.

Покрытия HASL создаются путем погружения платы в припой из олова и свинца или олова и никеля и удержания ее там некоторое время. После извлечения печатной платы горячие потоки воздуха, называемые воздушными ножами, удаляют излишки покрытия. HASL покрытие позволяет большое окно обработки, но различные факторы могут влиять на его равномерность и, следовательно, на паяемость. Угол воздушных ножей, давление воздуха и скорость входа и извлечения печатной платы из припоя все влияют на качество покрытия.

Вы найдете покрытия HAL и безоловянный HASL, используемые для применений таких как:

• Электрическое тестирование: Покрытия HASL обеспечивают автоматическую защиту для тестовых площадок и отверстий во время электрического тестирования печатных плат.
• Ручная пайка: Покрытия HASL подходят для процессов ручной пайки, так как соединения легко формируются.
• Высокопроизводительная электроника: HASL часто отличный выбор для высокопроизводительных и высоконадежных применений, как аэрокосмические и военные устройства, благодаря своей способности формировать прочные соединения.

2. OSP

Поверхностное покрытие OSP — это пример органического покрытия печатной платы. В процессе нет токсинов, делая его экологически чистым, сохраняя при этом защитные и антикоррозийные свойства. Благодаря отсутствию вредных химикатов платы OSP также соответствуют RoHS. Это водяное покрытие обеспечивает плоскую поверхность для крепления дополнительных компонентов печатной платы, и, как процесс HASL, оно стоимоэффективно.

OSP может использоваться как эффективная замена безоловянному HASL благодаря своей копланарности. Когда вам нужно поверхностное покрытие печатной платы, которое обеспечит достаточную ровность, предлагая простой производственный процесс, OSP, пожалуй, лучший выбор.

Нанесение поверхностного покрытия OSP на печатную плату обычно включает конвейерный химический метод или вертикальную ванну для погружения. Процесс обычно выглядит так, с промывками между каждым этапом:

1. Очистка: Медная поверхность печатной платы очищается от масла, отпечатков пальцев и других загрязнений, которые могут влиять на ровность наносимого покрытия.
2. Улучшение топографии: Открытая медная поверхность подвергается микротравлению для увеличения сцепления между платой и OSP. Этот процесс также снижает окисление. Для достижения адекватной толщины пленки микротравление должно поддерживаться на постоянной скорости.
3. Кислотная промывка: Печатная плата проходит кислотную промывку в растворе серной кислоты.
4. Нанесение OSP: На этом этапе процесса раствор OSP наносится на печатную плату.
5. Дионизирующая промывка: Раствор OSP насыщается ионами для легкого удаления при пайке. Эта промывка должна использоваться до накопления консервантов, чтобы избежать тускнения от присутствия других ионов в растворе OSP.
6. Сушка: После нанесения покрытия OSP печатная плата должна быть высушена.

OSP предлагает простой и доступный процесс, но также важно помнить, что он чрезвычайно чувствителен к обращению и легко сохраняет царапины, которые могут ухудшить его паяемость. Кроме того, его срок хранения короче, чем у ENIG или HASL.

Распространенные применения OSP включают:

• Устройства с мелким шагом: Это покрытие лучше всего наносить на устройства с мелким шагом из-за отсутствия копланарных площадок или неровных поверхностей.
• Серверные платы: Применения OSP варьируются от низкоуровневых до высокочастотных серверных плат. Это широкое разнообразие применимости делает его подходящим для многочисленных применений. Он также часто используется для селективного покрытия.
• Технология поверхностного монтажа (SMT): OSP хорошо работает для сборки SMT, когда вам нужно прикрепить компонент непосредственно к поверхности печатной платы.

3. ENIG

Несмотря на более высокую стоимость поверхностного покрытия ENIG, оно имеет высокий процент успеха в производстве высококачественных продуктов. Оно выдерживает множество тепловых циклов, демонстрирует отличную паяемость и является подходящим вариантом для соединения проводов. Как следует из названия, оно состоит из двух слоев покрытия — никеля и золота. Никель защищает базовый медный слой и обеспечивает надежное крепление электрических компонентов, в то время как золото служит антикоррозийной мерой для никеля.

ENIG может использоваться в ситуациях, где требуются жесткие допуски для элементов печатной платы, таких как металлизированные отверстия, так как HASL не так эффективен для этого. Как OSP, оно предлагает отличную ровность и идеально подходит для устройств с мелким шагом.

Нанесение покрытия ENIG требует осаждения никеля на медную поверхность, катализированную палладием. Этап погружения в золото заставляет золото прилипать к никелю путем молекулярного обмена. ENIG похож на OSP во включении микротравления и промывок между каждой стадией — процесс включает эти шаги:

1. Очистка.
2. Микротравление.
3. Предварительное погружение.
4. Нанесение активатора.
5. Последующее погружение.
6. Нанесение химического никеля.
7. Нанесение погружения в золото.

Стандартные применения для покрытия ENIG включают:

• Сложные поверхностные компоненты: Благодаря своей плоской поверхности этот тип покрытия является предпочтительным выбором для сложных компонентов печатной платы, требующих гладких поверхностей, как шаро-сеточные корпуса (BGA) или четырехплоские корпуса (QFP).
• Соединение проводов: Покрытия ENIG позволяют минимальное соединение проводов для алюминиевых проводов, хотя они несовместимы с золотом.
• Применения с высокой надежностью: Часто можно найти покрытия ENIG, используемые для печатных плат в отраслях вроде аэрокосмической, военной, медицинской и высококлассной потребительской. Его качество делает его подходящим для применений, где точность и долговечность жизненно важны.

Свяжитесь с Millennium Circuits Limited для получения дополнительной информации о поверхностных покрытиях печатных плат

С таким количеством поверхностных покрытий для выбора может быть ошеломляюще определить, какое лучше для вашего желаемого применения. К счастью, Millennium Circuits Unlimited может помочь вам на протяжении всего процесса.

MCL — поставщик печатных плат, поставляющий как мелкосерийные, так и крупносерийные печатные платы потребителям по всему миру. Как сертифицированная по ISO-9001 компания по печатным платам, у нас есть годы экспертизы по печатным платам и всем их тонкостям. Поскольку печатные платы и аксессуары для печатных плат — это все, чем мы занимаемся, у нас есть знания, чтобы помочь вам с любыми вопросами или опасениями, которые у вас могут быть по поводу этой формы технологии.

Если вы хотите узнать больше информации о поверхностных покрытиях печатных плат и изучить свои доступные варианты, свяжитесь с нами сегодня, заполнив нашу форму или позвонив нам по телефону 717-558-5975.