Современные электронные устройства претерпели изменения с момента изобретения печатных плат. Печатные платы улучшили производительность электронных устройств, уменьшили размеры и увеличили долговечность продукта. Эти качества были улучшены за счет более продвинутой отделки поверхности. Существует множество методов отделки поверхности, но наиболее распространенными из них являются выравнивание пайкой горячим воздухом (HASL) и химическое никелирование иммерсионным золотом (ENIG). Все эти методы отделки поверхности необходимы, и выбирать можно только на основе конкретной области использования. В этой статье подробно рассматриваются методы отделки поверхности HASL и ENIG и вы можете выбрать тот, который подходит для вашего продукта.

Что такое ХАСЛ?

HASL означает выравнивание пайки горячим воздухом. Это старейший и наиболее часто используемый метод обработки и финишной обработки поверхности печатной платы. Этот метод заключается в покрытии медных дорожек печатной платы расплавленным припоем. Расплавленный припой содержит 37% свинца и 63% олова, добавленных к паяльному материалу.

Рисунок 1: Структура печатных плат с отделкой поверхности HASL

Пошаговые процессы в HASL

Чтобы лучше понять HASL, давайте рассмотрим пошаговые процессы, которые в нем задействованы.

Figure 2: Пошаговый процесс HASL

·       Предварительная очистка и обработка: Первый шаг включает очистку печатной платы от грязи, мусора и окисленных слоев меди.

·       Покрытие флюсом: Флюсовый материал наносится на печатную плату перед началом процесса пайки. Его функция — предотвратить окисление и улучшить адгезию припоя в процессе пайки.

·       Предварительный нагрев: Печатная плата предварительно нагревается до средней температуры 150^oC для обеспечения термической стабильности, устранения термических ударов и предотвращения процесса окисления. Этот процесс подготавливает печатную плату к этапу погружения в расплавленный припой.

·       Погружение в припойную ванну: Затем печатную плату погружают в ванну с припоем, нагретую примерно до 265°C.^oC. Этот процесс гарантирует, что все открытые медные участки будут покрыты.

·       Выравнивание горячим воздухом: После погружения печатная плата извлекается из ванны и проходит через ножи горячего воздуха. Этот процесс удаляет излишки припоя и обеспечивает равномерное распределение матового покрытия.

·       Охлаждение печатной платы: Плате дается несколько минут на остывание. Процесс охлаждения позволяет равномерно распределенному припою затвердеть.

·       Последующая очистка и осмотр: На этом уровне с поверхности печатной платы удаляются все остатки мусора. Плата также проходит процесс проверки, чтобы убедиться в достижении ожидаемого результата.

Какие типы HASL существуют?

Существуют два типа обработки поверхности печатных плат HASL: HASL на основе свинца и бессвинцовая HASL.

·       HASL на основе свинца: В этом процессе используется сплав на основе олова, где олово (63%) смешано со свинцом (37%). RoHS ограничивает этот процесс из-за его неэкологичности.

·       HASL без свинца: В этом процессе используются сплавы для пайки без свинца. Вместо свинца медь укрепляет олово. RoHS больше всего отдает предпочтение этому методу.

Преимущества и недостатки HASL

Преимущества ХАСЛ

Ниже приведены преимущества использования HASL при обработке поверхности печатных плат:

·       Экономическая эффективность: HASL — один из самых экономичных и доступных методов обработки печатных плат.

·       Прочность: Благодаря HASL и правильному хранению продукт гарантированно прослужит дольше, чем при других методах.

·       Пайка: HASL обеспечивает хорошую паяемость, гарантируя прочное соединение после завершения процесса пайки печатной платы.

·       Визуальный осмотр: с помощью HASL пользователь может визуально осмотреть конечный продукт и определить любые дефекты, возникшие в ходе процесса.

Недостатки HASL

После использования метода HASL для отделки поверхности следует ожидать возникновения следующих недостатков:

·       Дефекты плоскостности: Достичь идеальной плоскостности при выравнивании горячим воздухом практически невозможно, что может представлять проблему для компонентов с малым шагом, таких как BGA.

·       Экологические проблемы RoHS: Сплавы на основе свинца HASL представляют опасность для окружающей среды и здоровья, что делает этот процесс несоответствующим стандартам RoHS.

·       Изменение толщины: Печатные платы HASL могут иметь разную толщину, что может привести к проблемам в конечных продуктах.

·       Не рекомендуется для более современных печатных плат: Некоторые печатные платы, такие как высокоскоростные и высокочастотные схемы, требуют высокоточной отделки, которую HASL не может обеспечить. Вместо HASL предпочтительнее ENIG.

Что такое ЭНИГ?

ENIG (электролитическое никелирование иммерсионным золотом) в настоящее время является наиболее широко используемым методом обработки поверхности печатных плат. Он состоит из двух слоев, которые обеспечивают плоскую и паяемую платформу. Процесс возможен путем формирования плоского слоя никелевых отложений толщиной от 0.05 до 0.2 мил для покрытия медных дорожек и контактных площадок. Затем создается последний слой золота толщиной от 0.05 до 0.15 мил для покрытия слоя никеля.

Для оптимальной производительности производитель должен достичь требуемой толщины слоя ENIG. Слой никеля стандартной толщины защищает золотой слой от диффузии в медные дорожки и площадки. Золотой слой обеспечивает поверхность для надлежащей паяемости. Производители выбирают отделку поверхности ENIG при производстве высоконадежной продукции; производительности уделяется большое внимание. Это касается таких областей, как медицинская, оборонная и аэрокосмическая промышленность.

Figure 3: Печатная плата с покрытием ENIG

Пошаговые процессы в ENIG

ENIG становится возможным благодаря следующему пошаговому процессу:

Figure 4: Пошаговые процессы в ENIG

·       Предварительная очистка: Печатная плата проходит тщательную предварительную очистку для удаления мусора, грязи и других загрязнений, которые могут присутствовать на ее поверхности.

·       Офорт: Печатная плата проходит процесс травления для удаления излишков меди с поверхности. Процесс включает в себя уникальный кислотный раствор, который растворяет медь, сохраняя при этом остальную часть схемы.

·       Химическое никелирование: Плата погружается в ванну с растворимым химическим никелем для нанесения тонкого слоя никеля на поверхность медных дорожек и контактных площадок. Этот слой защищает слой золота от диффузии в медные площадки и дорожки.

·       Первое полоскание: Печатная плата подвергается промывке, которая необходима для удаления обильно отложившегося на ее поверхности раствора никеля.

·       Иммерсионное осаждение золота: Печатная плата погружается в ванну с раствором золота. Этот раствор золота реагирует с ранее сформированным слоем никеля, таким образом, нанося на поверхность тонкий слой золота. Образованный слой золота предназначен для улучшения паяемости.

·       Окончательное полоскание: Окончательное ополаскивание удаляет излишки золотого раствора с поверхности печатной платы.

·       Последующая очистка, сушка и осмотр: Печатная плата проходит тщательную последующую очистку и сушку. Затем она проверяется на отсутствие дефектов в процессе производства.

Преимущества и недостатки ENIG

Преимущества ЭНИГ

·       Ровность поверхности: Плоскую поверхность легко получить, что делает ее пригодной для компонентов BGA и SMT.

·       Прочность:  ENIG отличается высокой прочностью, поскольку никель является прочным материалом, что делает изделие очень износостойким.

·       Устойчивость к коррозии: Золото обладает коррозионной стойкостью, защищая подверженный коррозии никель.

·       Текстура трассировки: ENIG обеспечивает получение тонких дорожек, что особенно важно при производстве печатных плат с высокой плотностью межсоединений.

·       Экологичность: Процесс одобрен стандартами RoHS из-за его природы защиты окружающей среды. ENIG не использует свинцовые материалы.

·       Срок годности: ENIG обладает функцией защиты от окисления, что обеспечивает печатным платам более длительный срок хранения.

Недостатки ЭНИГ

·       Стоимость: По сравнению с HASL, ENIG дороже.

·       Сложность процесса: ENIG — более сложный процесс. Он требует особого внимания и оборудования для достижения.

·       Дефекты: ENIG подвержен дефекту «черная площадка», который возникает, когда никелевое покрытие приводит к дефектам паяных соединений.

        Ограничения по толщине: Покрытое золотом покрытие всегда тонкое, что может быть нецелесообразно для некоторых областей применения.

HASL против ENIG: сравнение

Что следует учитывать при выборе между HASL и ENIG

Выбор правильной отделки поверхности во время производства печатных плат может быть сложной задачей. Производители рассматривают различные факторы для достижения этого, и ниже приведены некоторые из факторов, которые следует учитывать в этом процессе.

·       Область применения: ENIG рассматривается для проектов, требующих высокого уровня надежности и высокоплотных печатных плат. Если ваш продукт имеет меньше требований к дизайну и должен быть экономически эффективным, остановитесь на HASL.

·       Бюджетное ограничение: Этот вопрос очень важен, прежде чем вы выберете между ENIG и HASL. Низкобюджетные продукты не могут довольствоваться ENIG, тогда как HASL может обеспечить лучший результат по более низкой цене.

·       Соблюдение стандартов RoHS: ENIG или бессвинцовый HASL рассматриваются там, где требуются экологически чистые продукты. Процессы соответствуют стандартам RoHS.

·       Для сборки необходимы: Мелкий шаг и небольшие размеры компонентов заставят вас выбрать отделку поверхности ENIG из-за ее плоскостности.

Заключение

HASL и ENIG имеют ряд преимуществ и ограничений. Это заставляет производителя делать осознанный выбор метода обработки поверхности. HASL обеспечивает экономическую эффективность и часто доступные решения, что делает его вариантом для простых конструкций печатных плат. ENIG обеспечивает лучшую плоскостность, надежность и высокие эстетические характеристики, которые гораздо предпочтительнее для высокопроизводительных и передовых печатных плат. Чтобы сделать лучший выбор между ними, вы должны понимать требования вашего проекта, чтобы ваш выбор обработки поверхности мог быть лучшим выбором для достижения конечной цели вашего продукта.