Оздоблення поверхні друкованої плати: необхідність, методи процесу та порівняльний аналіз позолоти
1. Відмінна паяльність і надійність паяння (основна причина)
Запобігає окисленню: золото (Au) є дуже стабільним металом і не легко окислюється на повітрі. На відміну від цього, інші звичайні покриття поверхні колодок, такі як вирівнювання припою гарячим повітрям (HASL), схильні до окислення під час зберігання, утворюючи плівку оксиду олова, яка знижує здатність до пайки.
Забезпечує міцність пайки: чиста золота поверхня забезпечує відмінну змочуваність, що дозволяє легко та рівномірно розподілятися припою, утворюючи міцні та надійні точки пайки. Це має вирішальне значення для автоматизованого виробництва SMT, що значно знижує рівень дефектів, таких як холодні з’єднання та помилкова пайка.
2. Забезпечує високо{1}}електричні характеристики
Чудова провідність: золото є хорошим провідником електрики з дуже низьким поверхневим опором. Для високочастотних-компонентів, як-от кварцевих генераторів (особливо тих, що працюють на десятках або навіть сотнях МГц), навіть незначні відмінності в опорі поверхні накладки можуть спричинити непотрібні втрати або проблеми з цілісністю сигналу.
Стабільний контакт: позолочений шар має гладку й плоску поверхню (відому як «вирівнювальна обробка»), що забезпечує рівномірний і стабільний електричний контакт із позолоченими-електродами або кульками припою кристалічного генератора. Це зменшує втрати та відображення під час передачі сигналу, що життєво важливо для підтримки чистоти та стабільності тактового сигналу.
3. Підходить для склеювання золотого дроту
Деякі кварцеві генератори високого-класу або спеціально упаковані (наприклад, певні OCXO) потребують з’єднання між внутрішнім чіпом і зовнішніми контактами за допомогою надзвичайно тонких золотих дротів. Цей процес потрібно виконати на контактних площадках корпусу кристалічного генератора.
Лише з’єднання-з-золотом може досягти найбільш надійного та стабільного з’єднання. Позолочені-накладки забезпечують необхідні умови для цього процесу.
4. Подовжує термін зберігання
Оскільки золото не легко окислюється, здатність до паяння позолочених друкованих плат може зберігатися протягом тривалого часу (зазвичай понад рік), що полегшує управління матеріалами та оборотність запасів. Навпаки, луджені-плати можуть мати проблеми з паянням протягом кількох місяців у вологому середовищі.
5. Підходить для багаторазового паяння оплавленням
Під час складного складання друкованої плати може знадобитися кілька процесів високотемпературного-паяння оплавленням. Позолочений шар-зберігає стабільність за високих температур і не плавиться легко та не утворює «олов’яних вусів», як олов’яне покриття, забезпечуючи хорошу паювальність контактів після кожного процесу оплавлення.
Вибір процесу позолоти: ENIG
Найпоширенішим процесом нанесення золота на колодки кварцевих осциляторів SMT є ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold).
Нижній шар нікелю (Ni): це критично. Шар нікелю діє як бар’єр, запобігаючи дифузії між верхнім шаром золота та нижнім шаром міді (Cu) при високих температурах, що може утворювати крихкі інтерметалічні сполуки (IMC), які серйозно впливають на механічну міцність паяного з’єднання.
Поверхневий шар золота (Au): Шар золота дуже тонкий (зазвичай 0,05-0,1 мкм) і служить лише для захисту шару нікелю від окислення, забезпечуючи чудову поверхню для пайки. Під час паяння золото швидко розчиняється в припої, і фактичне паяне з’єднання утворюється сплавом між нижнім шаром нікелю та припоєм (Sn), у результаті чого утворюється сплав Ni-Sn.
Порівняння з іншими методами обробки поверхні
Переваги та недоліки методів обробки поверхні (для кварцевих генераторів)
ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold): висока площинність, чудова паяність, стійкість до окислення, підходить для склеювання золотого дроту; відносно висока вартість.
HASL (Hot Air Solder Leveling): низька вартість; нерівна поверхня може спричинити погане паяння малих{0}}компонентів; схильні до окислення.
OSP (органічний консервант паяльності): низька вартість, надзвичайно плоский; тендітна захисна плівка, не стійка до багаторазової пайки оплавленням; короткий термін зберігання.
Immersion Silver: плоска поверхня, хороша паяність, помірна вартість; схильність до окислення та сульфідації (пожовтіння), -тривала надійність поступається ENIG.
ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold): Оптимальна продуктивність, чудово підходить для склеювання золотого дроту; найвища вартість.
Резюме
Позолота (ENIG) контактних площадок для кварцевих осциляторів поверхневого монтажу насамперед спрямована на те, щоб цей ключовий компонент, який забезпечує «серцебиття» системи, можна було успішно припаяти одним рухом під час високо-швидкісного автоматизованого виробництва поверхневого монтажу. Це також забезпечує-тривале стабільне та надійне електричне та механічне з’єднання.
Хоча золоте покриття вимагає вищих витрат, ці інвестиції цілком виправдані для більшості електронних продуктів, які потребують високої надійності (таких як комунікаційне обладнання, промислові системи керування, автомобільна електроніка та медичні пристрої). Це допомагає уникнути збоїв системного годинника, пакетної переробки або навіть відкликання продукту через дефекти пайки.