Меню Рубрики

Установка горячего лужения hal

Финишное покрытие ГорПОС (HASL) плюсы и минусы

В технической документации нередко можно увидеть аббревиатуру HASL (HAL) от англ. Hot Air Solder Leveling (выравнивание припоя горячим воздухом).

Процесс горячего лужения состоит из следующих этапов:

Подготовительный этап: подготовка поверхности печатной платы (удаление загрязнения и окислов при помощи микротравления) и флюсование печатных плат (активация меди).

Горячее лужение: вертикальное или горизонтальное (конвейерное).

В первом случае заготовка погружается в рециркулируемую ванну с горячим припоем в вертикальном положении на несколько секунд (в зависимости от толщины заготовки и используемого материала), затем резко извлекается, при этом идет выравнивание покрытия горячим воздухом, а излишки припоя сдуваются.

Во втором случае печатные платы, перемещаясь по конвейеру под углом 45˚, погружаются на несколько секунд в ванную с горячим припоем. Данный способ горячего лужения не получил широкого применения нежели первый способ.

Охлаждение с последующей промывкой: после серьезного термоудара заготовке печатной плат необходимо остыть. Для процесса горячего лужения используется специальный водорастворимый флюс, который при промывке в теплой воде полностью удаляется.

При всей своей простоте финишное покрытие ГорПОС имеет свои недостатки и ограничения:

  1. В процессе нанесения покрытия печатная плата испытывает жесткий термоудар (240-260 °С), что может приводить к избыточному короблению. В связи с этим некоторые предприятия не используют покрытие ГорПОС, полагая, что в таком случае происходит уменьшение межслойных соединений в многослойных печатных платах.
  2. По причине конструктивных особенностей установок горячего лужения (в частности воздушных выравнивающих ножей) толщина покрытия может варьироваться от 5 до 40 мкм (хотя согласно ГОСТ 23752-79 п.2.3.1.3 допускаются даже отдельные утолщения и наплывы, не превышающие 0,2 мм);
  3. HASLне подходит для печатных плат с плотной топологией (по причине сил поверхностного натяжения горячего припоя), поэтому данное финишное покрытие является оптимальным только для печатных плат до 4-ого класса точности. От сюда следует, что плохо подходит для SMD компонентов с шагом выводов менее 0,5 мм и BGA.

На фотографии «перемычки» из припоя между проводниками

  1. Плохо подходит для печатных плат на основе неармированного стекловолокном базового материала с высоким коэффициентом расширения, например, ФАФ-4Д.
  2. В припое в большом количестве содержится свинец, который вреден как рабочему персоналу, так и окружающей среде.
  3. Довольно трудно «пролудить» тонкие печатные платы (по причине сильного давления в воздушных ножах), а также относительно толстые (в связи с разными коэффициентами температурного расширения меди и стеклотекстолита мелкие отверстия забиваются припоем).

Аналогичными достоинствами обладает расплавленный припой олово-свинец, осажденный на печатную плату гальваническим путем (процесс Оплавления), но он имеет свои технологические ограничения (например, не возможность использования для печатных плат с маской по меди). Но самое главное достоинство оплавления в том, что толщина покрытия равномерная, нет наплывов, сила поверхностного натяжения намного меньше, то есть это хорошая альтернатива ГорПОСу для печатных плат высокого класса точности.

источник

Финишные покрытия печатных плат

Задача финишных покрытий печатных плат обеспечить присоединение выводов ЭРЭ пайкой к ламелям печатных плат при дальнейшем сборочно-монтажном процессе. Поэтому часто в технической литературе эти покрытия называют паяемыми. Это значит, что они должны хорошо смачиваться припоем, максимально долго сохранять паяемость, не отслаиваться от нанесенной поверхности в течение длительного времени эксплуатации.

Большое разнообразие финишных покрытий вызывает у разработчиков и технологов значительные затруднения при выборе в пользу какого-либо из них. Тем более, как уже говорилось выше, у каждого финишного покрытия есть свои преимущества и недостатки, и нет финишного покрытия, универсально удовлетворяющего требованиям по стоимости, смачиваемости, удобству технологического применения, долговременного сохранения паяемости и т.д. для любой ситуации. В этой связи стоит подробнее рассмотреть преимущества и недостатки наиболее часто применяемых финишных (паяемых) покрытий.

Горячее лужение с воздушным выравниванием. (HAL — hot air leveling).

Процесс горячего облуживания состоит в погружении предварительно декапированных и профлюсованных плат в расплавленный припой. Во время быстрого подъема из ванны платы обдуваются струями горячего воздуха из щелевой форсунки, которые сдувают излишки припоя. Реализуется эта операция специальными установками. Примером такой установки может служить установка горячего лужения HALTEC 1000 ф. Laif engineering (Рис.140.)

Все элементы этой установки, такие как: тигель для припоя, воздушные ножи, корпус установки и кожухи, — изготовлены из нержавеющей стали. Для ускоренного теплообмена на печатной плате, направление потока припоя в системе горизонтальное, благодаря чему достигается наименьшее время пребывания платы в зоне припоя. Механизм подъема состоит из линейной направляющей с частотно-управляемым двигателем постоянного тока. Фиксированные воздушные ножи, гарантируют минимальные расстояния до печатной платы. Продувка горячим воздухом обеспечивает равномерное покрытие припоем.

Система регулировки и управления позволяет регулировать следующие параметры:

  • — давление воздуха;
  • — угол положения и зазор воздушных ножей;
  • — температуру припоя;
  • — скорость движения платы на входе и выходе из тигля;
  • — время удержания платы в припое;
  • — положение платы относительно воздушных ножей.

Главным преимуществом процесса HAL является то, что ему нет равных с точки зрения качества покрытия и сохранения паяемости.

    — Основным недостатком процесса HAL является то, что при погружении в расплавленный припой плата подвергается жесткому термоудару. Однако при ответственном отношении к делу этот недостаток можно свести к преимуществу. При таком термоударе плата подвергается практически 100% испытанию и те платы, которые прошли эту операцию без образования дефектов с большой долей вероятности выдержат и все эксплуатационные воздействия в течении всего жизненного цикла. Конечно для этого плата должна быть изготовлена из термостойкого материала (с температурой стеклования –Тg не менее 180⁰С) и при металлизации иметь медь с пластичностью не хуже 8%, при испытании на разрывной машине.

К сожалению многие отечественные материалы имеют низкую термостойкость, а техпроцессы металлизации не обеспечивают высокую пластичность меди. Это заставляет многие предприятии для нанесения паяемых покрытий использовать легкоплавкий сплав «Розе» (олово-25%, свинец -25%, висмут – 50%), температура плавления которого 93⁰С, а рабочая температура 140⁰С.

Относительно низкая температура лужения в этом процессе требует использования высокоактивных кислотных флюсов и тщательной и быстрой после проведения операции отмывки в проточной горячей воде, которую достаточно трудно реализовать, а, главное, проверить качество отмывки.

  • — Другим недостатком процесса HAL являются наплывы припоя на больших открытых полигонах меди, якобы ухудшающие планаризацию ламелей и затрудняющие поверхностный монтаж компонентов. В борьбе за планаризацию многие эксплуатанты процесса HAL увеличивают интенсивность обдува до такой степени, что планаризация становится идеальной, но при этом полностью теряется паяемость, так как на поверхности остается только тонкий слой интерметаллида (визуально он выглядит как припой). Что касается наплывов припоя и мифа, что они ухудшают планаризацию ламелей и затрудняют поверхностный монтаж компонентов, должен сказать, что применение паяльной пасты, учитывая толщину ее слоя, наносимого на ламели, полностью нивелирует эффект наличия наплывов припоя.
  • — Еще одним недостатком процесса HAL является необходимость оснащения большим комплектом технологического оборудования. Сама установка горячего лужения должна быть оснащена ресивером объемом не менее 1м3, в связи с большим расходом сжатого воздуха на обдув печатных плат. Кроме того необходим комплект дополнительного оборудования:
  • — установка декапирования (если перед лужением плата проходила операцию окончательного задубливания паяльной маски);
  • — флюсователь;
  • — установка охлаждения после горячего лужения;
  • — установка отмывки после горячего лужения.
  • Читайте также:  Установка по производству огнеупоров

    По-видимому приведенные недостатки не сильно умаляют преимущества процесса HAL в части производительности и качества формирования паяемого покрытия и он остается наиболее востребованным в РФ, особенно при производстве РЭА спецназначения.

    В РФ до сих пор в качестве паяемого покрытия используется гальванически нанесенный ПОС 61, нанесенный ранее на ХГЛ и используемый как металлорезист. При использовании этого варианта паяемого покрытия следует иметь ввиду, что для формирования полноценного паяемого покрытия его необходимо оплавлять (при гальваническом нанесении эвтектика не образуется).

    Покрытие ингибирующими органическими составами (OSP – Organic Solderability Preservative)

    Органическое покрытие OSP за счет своих ингибирующих свойств обеспечивает защиту медной поверхности от окисления в процессе хранения и пайки. Однако OSP имеет короткий жизненный цикл, не обеспечивает необходимое количество перепаек, особенно при высоких температурах. Все это приводит к существенным ограничениям по его применению. Являясь наиболее дешевым из известных паяемых покрытий OSP используется, как правило, в устройствах бытового назначения с коротким жизненным циклом.

    Иммерсионное серебрение.

    Толщина наносимого покрытия не превышает 0,2 мкм, поэтому процесс достаточно дешев несмотря на использование драгметалла. К преимуществам этого покрытия следует отнести также хорошую смачиваемость поверхности и высокую проводимость металла. Однако в связи с тем, что серебро подвержено воздействию серы, с образованием на поверхности темных пятен,(особенно в больших промышленных городах, где повышено содержание в воздухе окислов серы) процесс в РФ не получил широкого распространения. Потемнение поверхности серебра может приводить к полной потере паяемости и рекомендуется к использованию только в РЭА бытового назначения.

    Иммерсионное оловянирование.

    Еще один вид паяемого покрытия — иммерсионное оловянирование.

    Его привлекательность состоит в относительно низкой стоимости процесса

    осаждения; стабильности поддержания процесса. Плоская поверхность покрытия подходит для установки компонентов с малым шагом выводов. Покрытие хорошо подходит для ВЧ-плат (не содержит подслоя никеля); обеспечивает хорошие условия для создания беспаянных соединений Press-Fit (впрессовывание штырей-хвостовиков разъемов в металлизированные отверстия плат).

    Но существует три ограничения для его применения: самопроизвольные нитевидные кристаллические образования (whiskers-усы), которые могут приводить к образованию КЗ в малых зазорах; самопроизвольное увеличение прослойки интерметаллидов, поглощающей микронный слой олова с потерей паяемости; рекристаллизация олова при отрицательных температурах – «оловянная чума». В последнее время появились процессы формирующие между медью основы и слоем иммерсионного олова прослойку органического металла. Такая структура позволила обеспечить сохранение паяемости свыше года при значительном снижении описанных выше ограничений.

    Иммерсионное золочение (ENIG 1-го поколения, ENIG 2-го поколения ENEPIG).

    Тем не менее, значительное распространение в мировой практике получили процессы иммерсионного золочения.(Рис.141.)

    Иммерсионное золочение появилось как альтернатива гальваническому золочению в качестве паяемого покрытия. При пайке по гальваническому золоту (толщина не менее 3-х мкм) в паяном соединении формировались интерметаллиды приводящие к потере механической прочности паяного соединения. При необходимости пайки по гальваническому золоту приходилось предварительно «смывать» его большими объемами припоя, что существенно усложняло техпроцесс пайки в целом. Покрытие иммерсионным золотом при соизмеримых защитных свойствах по сохранению паяемости позволяет проводить пайку непосредственно по финишному покрытию (толщина иммерсионного золота – не более 0,2мкм недостаточна для формирования интерметаллидов).

    Однако у процессов иммерсионного золочения первого поколения выявился существенный недостаток, получивший название «черные КП» и связанный с избыточным окислением подслоя химического никеля на некоторых ламелях.

    Процессы второго поколения формируют подслой никеля насыщенный фосфором (8% и более), что значительно снижает его склонность к окислению; и, как следствие, уменьшает вероятность появления «черных КП».

    Покрытие ENEPIG с дополнительной прослойкой палладия несколько более дорогое, но зато полностью лишено эффекта образования «черных КП». Кроме того при использовании процесса ENEPIG становится возможным проведение комплекса различных типов поверхностного монтажа — многофункциональной сборки.

    Многофункциональная сборка, это процесс монтажа, включающий в себя многоступенчатый процесс установки компонентов и кристаллов:

    • — нанесение пасты;
    • — поверхностный монтаж;
    • — присоединение собственно бескорпусных кристаллов;
    • — сварка проволочных выводов кристалла.

    В заключении подраздела не могу не упомянуть еще об одной особенности иммерсионного золота как паяемого покрытия. При пайке по иммерсионному золоту пайка идет не по золоту, как это кажется на первый взгляд, (его тонкий 0,2 мкм слой мгновенно растворяется в припое), а по никелю. Поэтому при разработке технологии пайки необходимо учитывать эту особенность при выборе соответствующего типа флюса и режимов пайки, особенно в части установки времени индивидуальной пайки (оно должно быть больше, чем при привычной пайке по меди или оплавленному припою).

    Контактные покрытия

    Гальваническое золочение контактов концевых разъемов печатных плат по подслою никеля наносится электрохимическим осаждением (гальваникой) и может совместно использоваться с другими покрытиями. Используется в основном для нанесения на концевые контакты и ламели, так же пригодно для производства клавиатур/сенсорных панелей, сварки проволочных контактов кристаллов. Это самый надежный способ обеспечения надежности разъемного соединения. ( Рис.142.)

    На концевые контакты наносится т.н «твердое золото» которое содержит до 3-х% кобальта. Его твердость по Виккерсу лежит в пределах 1400÷2400Н\мм2. Это покрытие используется для концевых разъемов печатных плат при необходимости многократных сочленений. При достаточности нескольких сочленений за весь период эксплуатации можно использовать покрытие «мягким золотом» с твердостью 600÷800Н\мм2. Это чистое гальваническое золото более стойкое к атмосферным воздействиям, кроме того оно годится под технологию COB (chip-on-board).

    Карбоновое контактное покрытие — наносится в определённые места печатной платы как контактные поля для клавиатур. Покрытие имеет хорошую проводимость, не окисляется и износостойко.

    В некоторой РЭА в качестве контактных покрытий применяют сплав палладий-никель имеющий некоторые преимущества перед покрытиями чистым золотом или палладием.

    источник

    Альтернативные методы изготовления печатных плат (заметки практикующего технолога — часть 3)

    Автор:Илья Лейтес, зам. Генерального директора — Главный технолог ИТМ и ВТ им. С.А. Лебедева РАН

    Завершение обзора наиболее распространенных методов изготовления печатных плат, начатого в предыдущих статьях. В этой статье рассматриваются методы формирования проводящего подслоя в отверстиях ПП, а также составы и способы нанесения финишных покрытий.

    ХИММЕДНЕНИЕ ИЛИ ПРЯМАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ

    Эти процессы формируют проводящий подслой на диэлектрике в просверленных отверстиях, по которому впоследствии производят гальваническое наращивание меди.

    При этом реализуется один из основных параметров печатной платы: соотношение толщины печатной платы к минимальному диаметру сверления (H/d). В современных высокоплотных прецизионных печатных платах это соотношение достигает 10. 12/1 (а в наиболее сложных ПП и 20/1) — для сквозных отверстий и 1.1,2/1 (1,5/1) — для глухих отверстий.

    Главной задачей, которая выполняется в результате этих процессов, является формирование надежных торцевых контактов. При химмеднении в торцевом контакте металлизированного отверстия печатной платы гальваническая медь, формируемая в процессе металлизации отверстия, контактирует с фольгой внутренних слоев через прослойку осадка химической меди. Эта прослойка является самым слабым местом.

    По своей природе химически осажденная медь имеет рыхлую пористую структуру, способную поглощать влагу, газы, растворы электролитов и обладающую низкой механической прочностью.

    Разрушение торцевого контакта при эксплуатационных воздействиях (в основном температурных, термо- циклических) происходит, как прави- ло, по слою химической меди. Одним из главных условий формирования надежного торцевого контакта явля- ется эпитаксиальное сращивание слоя гальванической меди и торца фольги, которое возможно только сквозь слой химической меди толщиной не более 0,8. 1 мкм (см. рис. 1). Таким обра- зом, при реализации процесса хими- ческого меднения возникает довольно трудно разрешимая технологическая коллизия:

    • с одной стороны, для надежного покрытия всей поверхности отверстия хочется нанести побольше химмеди;
    • с другой стороны, толщина химмеди для формирования надежного торцевого контакта не может быть больше 1 мкм.

    Не хочу сказать, что эта коллизия является неразрешимой, но она требует очень глубокого изучения химизма процессов и значительных усилий для поддержания составов рабочих растворов и режимов на всех стадиях процесса.

    Для примера могу привести ситуацию, которая на меня, как на человека, не имеющего фундаментального химического образования, произвела неизгладимое впечатление.

    Рис. 1. Торцевой переход с химмедью

    Рис. 2. Пузырь на наружном слое (адгезия меди к меди)

    В техпроцессе химической металлизации, согласно которому мы работали много лет, ионы меди были связаны в комплексы с участием сегнетовой соли (калий-натрий винно кислый). Как выяснилось, в составе поставляемой соли могут находиться соли нескольких изомеров винной кислоты, из которых только один является комплексообразователем. Его массовая доля в поставляемом продукте не регламентируется и поэтому может меняться. Однако от содержания именно этого изомера напрямую зависит скорость осаждения, а следовательно, толщина слоя химической меди. При завозе каждой новой партии соли начинались проблемы с надежностью торцевых контактов. Понадобилось достаточно много времени и усилий, чтобы разобраться в причинах, отработать методики входного контроля соли. Но это всего лишь один пример одного из этапов многостадийного сложного процесса.

    Проблема адгезии, связанная с уве- личением толщины рыхлого, механи- чески непрочного, газонаполненного слоя химической меди проявляется не только в районе торцевого контакта, но и по всей поверхности проводни- ков наружного слоя, так как прослой- ка химмеди лежит везде, где на фольгу наносится гальваническая медь (см. рис. 2). К дополнительным недостаткам химмеднения можно отнести наличие в составе рабочих растворов и, следо- вательно, в сливах вредных, трудно извлекаемых веществ (формальдегид, сегнетова соль, ЭДТА и др.). Прямая металлизация лишена основного недостатка химмедне- ния — наличия дополнительного слоя между фольгой и гальваниче- ской медью. Проводящий подслой, формируемый в процессе прямой металлизации, на заключитель- ной стадии процесса лежит только на диэлектрике. Естественно, при условии его правильной реализации (см. рис. 3). Еще одним преимуществом явля- ется возможность реализации про- цесса прямой металлизации на вы- сокопроизводительных конвейерных установках. Существующие процессы прямой металлизации по типу формируемых токопроводящих слоев можно раз- делить на 3 типа.

    Приведу краткие их характеристики:

    1. Токопроводящий слой на основе графита. Используется тонкодисперсная суспензия графита. Применяется в основном для ДПП. Техпроцесс компактен, дешев, высокопроизводителен.

    2. Токопроводящий слой на основе палладия. Этот метод наиболее распространен для изготовления МПП. Существуют техпроцессы с разными механизмами формирования коллоидных растворов. При этом адсорбция мицелл или промоутерного слоя происходит как на диэлектрике, так и на меди, и требует удаления этих слоев активной промывкой и микротравлением для того, чтобы между фольгой и гальванической медью не оставалось разделительного слоя (см. рис. 4).

    3. Проводящий слой на основе проводящего полимера. Проводимость создается путем полимеризации мономеров органических веществ, причем из-за особенностей процесса полимеризация возникает только на участках диэлектрика внутри отверстия. Стадия микротравления не требуется. Эти процессы могут применяться для изготовления высокоплотных МПП с большим соотношением H/d для сквозных и глухих отверстий.

    Что же выбрать: химмедь или прямую металлизацию?

    Если процесс химмеднения освоен, стабилен, понятен и нормально работает в течение долгого времени надо, по-видимому, следовать рекомендации: «От добра добра не ищут».

    Если же речь идет о модернизации или создании нового производства, тогда, наверное, стоит остановиться на одном из процессов прямой металлизации в зависимости от планируемых конструктивных особенностей, номенклатуры и объемов изготовления печатных плат.

    Рис. 3. Торцевой переход прямой металлизации без торцевого слоя

    Рис. 4. Торцевой переход прямой металлизации с прослойкой не отмытого палладия

    ФИНИШНЫЕ ПОКРЫТИЯ (СВИНЦОВЫЕ ИЛИ БЕССВИНЦОВЫЕ)

    Конструктивной задачей финишного покрытия является защита монтажных отверстий и ламелей с целью обеспечения их паяемости в течение определенного срока хранения (межоперационного задела, складского за паса или в качестве ЗИПа).

    1. Горячее лужение с выравниванием воздухом

    Наиболее широко распространенным, многократно испытанным и проверенным в реальных условиях монтажа и эксплуатации является горячее лужение оловянно-свинцовой эвтектикой с последующим выравниванием горячим воздухом. В мире выпускается огромное разнообразие установок, обозначаемых аббревиатурами HAL или HASL, которые обеспечивают качественное покрытие, сохраняющее паяемость более 12 месяцев (я в своей практике, честно говоря, не сталкивался со случаями потери паяемости покрытия HAL).

    Как правило, такие установки высокопроизводительны. Эти же установки обеспечивают высокую планаризацию ламелей, позволяющую эффективно применять технику поверхностного монтажа. Естественно, всего этого можно добиться при четкой отработке режимов декапирования и флюсования, правильном подборе рабочих растворов, флюсов, грамотной конструкцией ламелей и освобождений в паяльной маске. Кстати, о паяльной маске. Для эффективной работы установки горячего лужения наличие паяльной маски — необходимо. Возможность сдувания излишков припоя, обусловленных силами поверхностного натяжения, ограничена количеством воздуха, который можно пропустить через воздушные ножи в течение цикла обдува, его кинетической энергией.

    При работе с печатными платами без паяльной маски масса припоя, которую необходимо сдуть, увеличивается на порядок. Весь припой сдуть не удается. Образуется большое количество перемычек, которые затем необходимо, во-первых, обнаружить, а во-вторых, удалить. Это резко увеличивает трудоемкость и вероятность допущения субъективных ошибок при выполнении этих манипуляций. К сожалению, конструктивы без паяльной маски все еще широко рас пространены в отечественной прак тике. По-видимому, их, так же как и покрытие гальваническим ПОСом или горячее лужение сплавом Розе, следует относить к рудиментам прошлого технологического века. Техника HAL, естественно, не лишена недостатков:

    • с уменьшением размера ламелей увеличивается величина мениска припоя;
    • величина мениска на рисунке наружного слоя зависит от располо жения ламелей относительно направления вытягивания платы. Этот эффект может быть уменьшен с помощью специальных захватов, пово рачивающих плату на 45°, либо поворотом посадочных мест на 45° внутри рисунка наружного слоя печатной платы.

    Существует еще одна особенность процесса горячего лужения HAL, которую иногда относят к его недостаткам, а я склонен считать преимуществом. В связи с тем, что в процессе горячего лужения печатная плата погружается в припой с температурой 240. 250°С (для свинцово-оловянной эвтектики), она подвергается мощному термоудару. Это воздействие фактически является 100% испытанием, выявляющим такие скрытые технологические дефекты, как низкая пластичность меди, плохая подготовка торцевых контактов в переходных отверстиях. А ведь именно эти дефекты являются основными причинами отказов печатной платы при эксплуатации. Процесс горячего лужения HAL с использованием бессвинцовых припоев технологически и методологически ничем не отличается от описанного выше и для реализации требует:

    • собственно бессвинцового припоя;
    • увеличения температуры в ванне лужения на 30.40°С;
    • выбор флюса с повышенной температурой активности.

    При этом, учитывая недостатки, присущие бессвинцовой пайке, ис пользование бессвинцового HAL для производства печатных плат, к ко торым предъявляются повышенные требования по надежности, считаю не целесообразным из-за существенного снижения надежности бессвинцовых паяных соединений.

    2. Иммерсионное золото

    Покрытие, описываемое приведенным выше термином, представляет собой нанесенный на медные поверхности предназначенный для пайки слой химического никеля толщиной 5 микрон, поверхностный слой которого на заключительной стадии процесса в результате химической реакции замещения заменяется атомами золота из рабочего раствора.

    В результате на поверхности никеля формируется мономолекулярный слой золота, причем, как только вся поверхность оказывается покрыта золотом, процесс останавливается. Указываемые в КД толщины Н5 Зл 0,1 для золота являются условными. В реальной плате золото лежит тонким слоем, повторяющим микронеровности. Размер микронеровностей на порядок больше толщины мономолекулярного слоя.

    Приборы, регистрирую щие и измеряющие толщину золота (рентгеновские микроанализаторы, рентгенофлуоресцентные микроскопы) пересчитывают количество золота на макроплощадь без учета микронеровностей. При одинаковой толщине мономолекулярного слоя, определяемого химизмом процесса, толщина измеренного приборами слоя золота будет разной для разной шероховатости. В зарубежной технической литературе для обозначения этого покрытия используют термин Flash gold или аббревиатуру ENIG. Покрытие обладает отличными свойствами по сохранению паяемости (свыше 12 месяцев), максимальной планаризации контактных площадок, полной обратной совместимости (т.е. может быть использовано как для свинцовой, так и бессвинцовой пайки).

    Особенности этого покрытия:

    • Очень тонкий слой золота, с одной стороны, гарантирует, что в паяном соединении не возникнут интерметаллиды (золота для этого просто недостаточно), с другой стороны, хорошо защищает поверхность от окисления, сохраняя паяемость.
    • Следует иметь в виду, что в случае нарушения техпроцесса на отдельных контактных площадках может не высадиться никель. В этом случае атомы золота заместят атомы меди, и тонкий слой золота на поверхности появится. Однако со временем или при малейшем нагреве за счет диффузии золото очень быстро растворяется в объеме меди и уходит с поверхности. Такие контактные площадки очень быстро теряют паяемость в связи с неприятным свойством меди быстро окисляться.
    • Очень важно понимать, что при монтаже по покрытию ENIG золото, из-за своей исчезающее малой толщины, мгновенно растворяется в припое, и пайка происходит по никелю. Никель требует заметно больших энергий для смачивания по сравнению с медью, поэтому для пайки по никелю требуются специальные флюсы и несколько больше времени для обеспечения процесса смачивания припоем.

    При групповой пайке в процессах поверхностного монтажа с использованием припойных паст разница пайки по никелю и по меди в части технологических режимов мало за метна. При ручной пайке, особенно при использовании флюсов из того же прошлого технологического века ФКСП либо ФКТС, у монтажников возникает впечатление отсутствия паяемости.

    Как правило, это не так. При соблюдении технологических режимов нанесения, покрытия с иммерси онным золотом сохраняют паяемость в течение более 12 месяцев. Просто по этому покрытию необходимо использовать технику пайки по никелю.

    3. Гальванический никель/мягкое золото

    Технически данное покрытие может формироваться гальваническим способом (как металлорезист в позитивном процессе). С его помощью наносится слой гальванического золота толщиной 0,4. 0,6 мкм по 5-микронному гальваническому никелю. По свойствам сохранения паяемости и особенностям монтажа полностью повторяет свойства иммерсионного золота. Поскольку этот вид финишного покрытия технологически сложнее и требует большего расхода золота (в разы больше, чем при иммерсионном процессе), его, на мой взгляд, целесообразно применять только в случае, когда при сборке на печатную плату используется техника приварки выводов на золоченые контактные площадки — СОВ (chip-on-board).

    4. Гальванический никель/твердое золото

    Это покрытие, состоящее из 5-мкм гальванического никеля и 3-мкм гальванического золота, легированного кобальтом, используется для концевых контактов печатных плат, обеспечивающих многократное контактирование с так называемыми врубными контактами разъемов.

    Для пайки данное покрытие не пригодно. Необходимость селективного нанесения данного покрытия существенно усложняет маршрут изготовления печатной платы, который должен предусматривать дополнительные фотолитографические этапы, либо использование специальных защитных липких лент.

    5. Иммерсионное олово

    Данное покрытие представляет собой сформированное в результате химической реакции замещения покрытие оловом по меди толщиной 0,6.0,8 мкм. Покрытие относится к классу бессвинцовых и не может считаться полностью обратно совместимым. Однако маленькая толщина олова вполне позволяет использовать это покрытие в техпроцессах традиционной пайки свинцовооловянной эвтектикой. Отсутствие подслоя никеля, конечно, обуславливает лучшие энергетические характеристики паяемости. Однако именно из-за отсутствия барьерного слоя между медью и оловом это покрытие склонно к образованию интерметаллических соединений при хранении и обработке печатных плат в технологическом цикле монтажа. Скорость роста интерметаллических слоев в зависимости от температуры растет по экспоненте. Тем не менее, это покрытие является, на мой взгляд, наиболее перспективным среди всех новых альтернативных бессвинцовых покрытий (таких как OSP, химическое серебро).

    В ОАО «НИЦЭВТ», наверное впервые в России, проведены официальные периодические испытания печатных плат, покрытых иммерсионным оловом по 3 группе жесткости ГОСТ 23752-79. Эти платы выдержали испытания на устойчивость к перепайке и на паяемость по п.п. 2.3.3.2, 4.2.9, 2.3.1.4, 4.2.8 ГОСТ 23752-79. Причем не только в процессе испытаний по стандартной программе (что не так удивительно), но и на заключительном этапе в процессе дополнительных испытаний по перечисленным пунктам на платах, прошедших все воздействия по программе испытаний спустя 4 месяца после их начала. Естественно, эти платы выдержали и все остальные испытания, предусмотренные ГОСТом. Эти результаты говорят о перспективности покрытия иммерсионным оловом, однако их явно не достаточно для окончательной оценки. Необходимы дополнительные серьезные испытания паяных соединений по данному покрытию с многократными термоциклами и ускоренным старением.

    В данном разделе сознательно не рассматривались некоторые покрытия (OSP и иммерсионным серебром) из-за их отсутствия в отечественных производствах и бесперспективности для использования при изготовлении прецизионных печатных плати, особенно, печатных плат с повышенными требованиями по надеж ности.

    источник

    Добавить комментарий

    Adblock
    detector