Snbi что за покрытие

Финишное покрытие печатных плат

Для сохранения паяемости печатных плат, обеспечения плоскостности покрытия и для надежного монтажа электронных компонентов и паяных соединений необходимо защищать медную поверхность контактных площадок печатной платы, так называемым финишным металлическим защитным покрытием. На элементы рисунка одной платы, имеющие различное назначение, могут наноситься разные покрытия, если это необходимо для обеспечения качества и надежности, либо одинаковое покрытие с «компромиссными» свойствами для упрощения процесса изготовления.
Мы предлагаем Вам оптимальный перечень финишных покрытий, который позволит сделать выбор в пользу одного–двух, в крайнем случае, трех вариантов, удовлетворяющих всем требованиям по стоимости, паяемости, надежности и т. д., для изготовления Ваших печатных плат.

Горячее лужение ПОС-63 (HASL)

Толщина, мкм: 15-25
Процесс горячего облуживания платы, методом погружения на ограниченное время в ванну с расплавленным припоем и при быстрой выемке обдувкой струей горячего воздуха, убирающей излишки припоя и выравнивающей покрытие.

Плюсы

Минусы

Толщина, мкм: 3 – 5,0 Ni; 0,06 – 0,1 Au

Наносимое химическим методом покрытие, представляет собой тонкую золотую пленку, наносимую поверх подслоя никеля. Функция золота — обеспечивать хорошую паяемость и защищать никель от окисления, а сам никель служит барьером, предотвращающим взаимную диффузию золота и меди.

Плюсы

Минусы

Толщина, мкм: 0,8–1,2 Sn

Химическое покрытие, обеспечивающее высокую плоскостность печатных площадок платы и совместимое со всеми способами пайки, нежели ENIG. Процесс нанесения иммерсионного олова, схож с процессом нанесения иммерсионного золота. Иммерсионное олово обеспечивает хорошую паяемость после длительного хранения, которое обеспечиваются введением подслоя органометалла в качестве барьера между медью контактных площадок и непосредственно оловом. Барьерный подслой предотвращает взаимную диффузию меди и олова, образование интерметаллидов и рекристаллизацию олова. В данном случае подозрения, что из ImmSn самопроизвольно могут образоваться нитевидные кристаллические усы, несостоятельны, поскольку толщина покрытия недостаточна для их формирования. А в результате пайки оно теряет самостоятельность для каких-либо неблагоприятных процессов, характерных для чистого олова.

Плюсы

Минусы

Гальваническое золочение ножевых разъёмов (Gold Fingers)

Размер обрабатываемой области: 300 х 50 мм

Гальваническое золочение контактов разъема по подслою никеля. Наносится электрохимическим осаждением (гальваника) 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.

Плюсы

Минусы

Заказ и оплата

Позвоните или напишите нам на почту и мы прокунсультируем вас по любому вопросу. Вы также можете приехать к нам в офис и обсудить с нашими высококвалифицированными специалистами ваши заказы

Источник

Иммерсионные финишные покрытия под пайку

Монтажные поверхности печатных плат несут покрытия, которые должны иметь способность к смачиванию припоем и длительно сохранять эту способность. Для успешной пайки электронных модулей покрытия компонентов и печатных плат (финишные покрытия) должны хорошо сочетаться, поскольку при пайке они находятся в одинаковых условиях и по припою, и по флюсу, и по температурно-временным режимам. Сложившиеся оценки финишных покрытий под пайку сегодня приходится рассматривать вновь в связи с вторжением в производство бытовой аппаратуры бессвинцовых технологий пайки.

Покрытия под пайку

Большое разнообразие предлагаемых финишных покрытий говорит об отсутствии однозначного выбора в пользу какого-либо одного из них. Поэтому их перечень широк [1]:

– OSP (Organic Solderability Preservative);

– ImmAg (Immersion Ag);

– Pd (Electroplate or Electroless Pd — химический или гальванический палладий);

– NiPdAu (Electroless NiPd & Immersion Au);

– ImmSn (Immercion Sn);

– NiSn (Electroplate Ni & Sn);

– SnAg (Electroplate Sn & Ag);

– HASL (Hot-Air Solder Leveling).

В этом ряду лидирующими финишными покрытиями печатных плат являются OSP, ENIG, ImmSn, ImmAg и HASL.

HASL-процесс

Процесс горячего облуживания плат состоит в их погружении на ограниченное время в ванну с расплавленным припоем и последующем выравнивании расплава струями горячего воздуха, которые сдувают излишки припоя. Но, несмотря на старания, наплывы припоя на монтажных элементах остаются. В последующей сборке наплывы мешают установке мелких компонентов, что ограничивает применение HASL. Тем не менее, с точки зрения качества и исключительной длительной способности к пайке это покрытие, безусловно, наилучшее.

Еще один существенный недостаток HASL-процесса — жесткий термоудар, который испытывают платы при погружении в расплавленный припой. Приемлемые по качеству и относительно низкотемпературные бессвинцовые припои для HASL-процессов на сегодняшний день отсутствуют.

Преимущества: отличная, длительно сохраняющаяся способность к пайке.

Недостатки: наплывы припоя на монтажных элементах.

Покрытие OSP

Обеспечивает защиту медной поверхности от окисления в процессе хранения и пайки. В конце пайки этот слой, выполнив свою функцию, теряет способность обеспечивать последующие процессы пайки. Но OSP имеет короткий жизненный цикл, что негативно сказывается на технологической надежности. Это покрытие не обеспечивает многократную пайку, тем более при высоких температурах.

Преимущества: очень низкая стоимость покрытия.

Недостатки: неспособность обеспечивать многократные пайки, что накладывает ограничения на конструкции электронных модулей для обеспечения пайки за один проход.

Покрытие ENIG

ENIG (∼ 4 мкм Ni + ∼ 0,1 мкм Au) обладает хорошей смачиваемостью и способно к многократной пайке при высоких температурах. Функция тонкого слоя золота — защищать никель от окисления, а сам никель служит барьером, предотвращающим взаимную диффузию золота и меди.

– жизнеспособность более года;

– плоская контактная поверхность;

– хорошая смачиваемость припоем при правильном подборе флюса;

– неокисляемая поверхность применительно к нажимным и скользящим контактам,

– хорошая коррозионная стойкость,

– длительно сохраняемый декоративный вид.

– характерный для покрытия ENIG дефект — черные контактные площадки,

– ENIG капризно в выборе флюсов, а его цена примерно на 25% выше, чем у OSP.

Иммерсионное олово (ImmSn)

Популярность ImmSn растет за счет обеспечения хорошей смачиваемости и простоты процесса осаждения. ImmSn демонстрирует беспроблемную и лучшую паяемость, чем ENIG.

Существовали ограничения для применения ImmSn из-за образования интерметаллических соединений CuXSnY. При этом способность к пайке исчезала через две недели, поскольку толщина иммерсионного олова не превышает 1 мкм и CuXSnY быстро поглощает этот тонкий слой. Но в последнее время возможность этого явления предотвращена введением барьерного подслоя различного содержания: органический металл и др.

Преимущества ImmSn с барьерным подслоем:

– относительно низкая стоимость процесса осаждения;

– хорошая и длительная паяемость;

– плоская поверхность покрытия (в отличие от HASL);

– хорошие условия для обеспечения беспаянных соединений Press-Fit (впрессовывание штырей-хвостовиков разъемов в металлизированные отверстия плат).

– подозрения на возможность образования самопроизвольных нитевидных кристаллических усов из ImmSn;

– возможность «оловянной чумы» чистого олова.

Иммерсионное серебро (ImmAg)

Толщина ImmAg не превышает 0,2 мкм, поэтому расходы на реализацию этого покрытия незначительны.

Преимущества: Хорошая жизнеспособность ImmAg — несколько меньше, чем ENIG.

Недостатки: Изменение цвета покрытия в процессе хранения, сборки и пайки — результат взаимодействия с загрязнениями воздушной среды сульфатами и хлоридами. Пожелтение не сказывается на свойствах ImmAg, но декоративность покрытия при этом страдает. Консервирующие покрытия антиокислителей тормозят процесс пожелтения и продлевают жизнеспособность покрытия. ImmAg менее популярно в Европе, чем в США, где оно более доступно.

Иммерсионные покрытия

Необходимость использования иммерсионных покрытий для пайки обусловлена рядом основательных причин. В первую очередь, это альтернатива металлургическим покрытиям под пайку. И хотя горячее лужение (HASL-процесс) или оплавление гальванического сплава «олово-свинец» обладают лучшей паяемостью, они оставляют на плате наплывы, мешающие нанесению пасты и установке мелких компонентов. Кроме того, мощный термоудар, который испытывают платы при лужении и оплавлении, травмирует их, снижает ресурс в обеспечении надежности межсоединений.

С другой стороны, увеличение плотности компоновки печатных узлов за счет использования BGA-компонентов с малым шагом выводов и чип-компонентов в микрокорпусах потребовало плоских монтажных поверхностей. Именно это обусловило применение финишных покрытий, обеспечивающих сочетания хорошей паяемости и плоской поверхности для установки и пайки высокоинтегрированных компонентов.

Преимущества иммерсионных покрытий состоит также в возможности избирательного нанесения только на поверхности, подлежащие пайке, — в окна паяльной маски. Рассмотрим существо иммерсионных процессов нанесения покрытий.

Всякий иммерсионный процесс состоит в реакции замещения одного металла другим из раствора. Поэтому толщина иммерсионно осажденного металла принципиально не может быть большой — как только поверхность подложки будет закрыта металлом, ее общение с раствором для реакции замещения прекратится. Это значит, что все участки поверхности основания будут обязательно покрыты металлом, пока они свободны для реакции замещения. Это еще значит, что, несмотря на чрезвычайно малую толщину иммерсионно осажденного металла, его сплошность гарантируется самим механизмом процесса.

Иммерсионное золочение под пайку

В последнее время все чаще появляются нарекания в адрес иммерсионного покрытия золотом контактных площадок печатных плат. Встречающаяся потеря смачиваемости или непрочные паяные соединения становятся общеизвестными пороками иммерсионного золочения. Это явление знакомо всем под названием «черный никель» (black nikel) или «черная контактная площадка» (black pad) [2].

Само покрытие представляет собой композицию из меди контактной площадки, подслоя химически осажденного никеля и иммерсионно осажденного золота. Тонкий слой золота толщиной 0,05…0,1 мкм несет единственную функцию — защитить никель от окисления для последующей пайки. При пайке оно быстро растворяется в припое и обнажает свежую поверхность никеля для смачивания припоем.

Иммерсионное золото можно было бы осаждать и прямо на медь контактной площадки, но их взаимная диффузия приводила бы к быстрой потере паяемости из-за превращения тонкого слоя золота в интерметаллоид CuXAuY, не растворимого в припое. Барьерный подслой никеля толщиной 3…6 мкм предотвращает этот процесс диффузии и потерю паяемости.

Иммерсионное золото может также использоваться как покрытие под накрутку, контактное покрытие для контактов нажимного типа, для разъемов с нулевым усилием сочленения (контактирование без трения), для разъемных соединителей при условии их сочленения/расчленения не более пяти раз [3].

Последовательность процесса нанесения иммерсионного золота с подслоем химического никеля [4]:

– химического осаждение подслоя никеля;

– нанесение иммерсионного золота.

В работе [3] показано, что явление «черная контактная площадка» связано с чрезмерной коррозией никеля в процессе иммерсионного осаждения золота. Если кристаллическая структура осажденного никеля имеет вид, отличный от нормального, с большими межкристаллитными прослойками, как показано на рисунке 1, это означает, что не вся поверхность никеля участвует в обменных реакциях с раствором золочения, а сами инородные прослойки, не покрытые золотом, являются причиной зарождения очагов коррозии (см. рис. 2).

Рис. 1. Кристаллическая структура химически восстановленного никеля с большими межкристаллитными прослойками

Рис. 2. Так выглядит при увеличении черная поверхность никеля

Мелкокристаллическая структура никеля с межкристаллитными прослойками образуется при содержании фосфора до 7%. При большем содержании фосфора — от 7 до 12 % — структура никелевого слоя приобретает аморфную форму и, значит, не имеет кристаллической структуры и межкристаллитных прослоек. В этом случае реакция замещения никеля золотом происходит равномерно по всей поверхности с хорошей укрывистостью, что предотвращает процессы окисления никеля.

Общие рекомендации по обеспечению устойчивости процесса иммерсионного золочения приведены в работе [3], химические продукты и процессы иммерсионного золочения, разрешенные стандартом, показаны в [5]. Иммерсионное золочение — процесс, требующий высокой технологической культуры.

Новое покрытие иммерсионным оловом

Иммерсионное олово (ImmSn) — технологическое покрытие, совместимое со всеми способами пайки, удовлетворяющее требованиям RoHS и обеспечивающее высокую плоскостность контактных площадок платы. Популярность ImmSn растет за счет обеспечения хорошей смачиваемости и простоты процесса осаждения. ImmSn демонстрирует беспроблемную и лучшую паяемость, чем процесс иммерсионного золочения [6].

Иммерсионное олово обеспечивает хорошую паяемость и после длительного хранения — гарантийный срок хранения 1 год (паяемость покрытия сохраняется до нескольких лет).

Покрытие иммерсионным оловом контактных площадок печатных плат применялось и ранее наряду с оловянно-свинцовым покрытием, благодаря такому необходимому для выполнения качественных паяных соединений свойству, как плоскостность поверхности. Кроме того, применение чистого олова в бессвинцовой технологии обеспечивает отсутствие примесей других материалов, вносимых в припой во время пайки. Эти качества в сочетании с невысокой ценой послужили предпосылкой для широкого применения процессов нанесения иммерсионного олова в качестве покрытия.

Иммерсионное олово осаждается химическим способом на медную поверхность печатного рисунка путем реакции замещения. При этом металл покрываемой основы отдает электрон иону олова в растворе, который переходит в металлическую форму, металл основы при этом растворяется анодно:

Стандартный электродный потенциал меди более положительный по отношению к потенциалу олова, поэтому реакция замещения может происходить только в присутствии комплексообразователя (тиомочевина), который сдвигает потенциал в более отрицательную область значений по отношению к олову:

Толщина иммерсионного оловянного покрытия составляет около 1 мкм.

В прошлом возможности использования иммерсионного олова были крайне ограничены еще и потому, что при непосредственном контакте олово с медью-основой образует интерметаллические соединения типа SnXCuY. После осаждения в течение нескольких недель олово полностью модифицируется в интерметаллоид и теряет паяемость. Поэтому производители печатных плат завершали изготовление плат иммерсионным оловянированием только накануне процесса пайки — не более чем за две недели до пайки.

Принципиальные изменения в этом покрытии произошли благодаря успехам химиков, открывших существование особых полимеров — органических соединений, обладающих металлической проводимостью [7]. Введение между медью-основой и иммерсионным оловом барьера из органического металла не мешает обмену электронами для протекания реакции замещения, но предотвращает взаимодиффузию меди и олова (см. рис. 3). Благодаря наличию барьерного подслоя способность к пайке ImmSn (0,5…0,8 мкм) с барьерным подслоем (0,08…0,1 мкм) сохраняется больше года (на экспериментальных образцах — более 8 лет).

Органический металл — чисто органическое соединение, не содержащее металлических добавок, проводит электрический ток, имеет потенциал «благородного металла» (серебро), обладает каталитическими свойствами, может быть окислено и восстановлено без видоизменений, полностью не растворимо и может использоваться только в виде дисперсии.

Рис. 3. Механизм реакции замещения при наличии барьерного подслоя из органического металла

Присутствие органического металла оказывает прямое влияние на структуру последующего осадка иммерсионного олова. Создается более совершенная и менее напряженная структура олова, что дает возможность получить более плотную, гладкую поверхность. Это предотвращает также возможность роста самопроизвольных нитевидных кристаллических образований — вискерсов (whiskers — усы).

Рис. 4. Стадии осаждения иммерсионного олова (сверху вниз): рисунок с удаленным металлорезистом, проявленная паяльная маска, осаждение барьерного подслоя из органического металла, иммерсионное оловянирование

Финишные стадии химических процессов, предложенных в [4] (см. рис. 4):

– металлизация отверстий, нанесение металлорезиста;

– нанесение, экспонирование и проявление паяльной маски;

– кислая очистка медной поверхности в окнах паяльной маски;

– микротравление — активация поверхности;

– осаждение органического металла (30 с);

– осаждение иммерсионного олова (9 мин).

Кислый очиститель удаляет окислы с поверхности меди.

Микротравитель на основе серной кислоты и перекиси водорода, химически воздействуя на медную поверхность, создает тонкую шероховатость поверхности, обеспечивающую хорошую адгезию с последующими химическими покрытиями.

Преимущества ImmSn с барьерным подслоем:

– относительно низкая стоимость процесса осаждения;

можно использовать как в вертикальном типе оборудования на подвесках или в корзинах, так и в горизонтальном;

– можно использовать те же паяльные пасты, что и для плат с покрытием HAL;

– способность к многократной перепайке;

– плоская поверхность, покрытие подходит для установки компонентов с малым шагом выводов;

– хорошо подходит для ВЧ-плат (не содержит подслой никеля);

– не влияет на размер металлизированных отверстий;

– полная совместимость с оловянно-свинцовыми и бессвинцовыми припоями;

– хорошие условия для обеспечения беспаянных соединений Press-Fit (впрессовывание штырей-хвостовиков разъемов в металлизированные отверстия плат).

– платы требуют осторожного обращения.

Это покрытие используется за рубежом и в России уже около восьми лет. В настоящее время ImmSn с подслоем органического металла внедрено на 14 российских предприятиях и успешно используется без нареканий. На все растворы, составляющие процесс осаждения иммерсионного олова с подслоем органического металла, написаны российские ТУ, а сам процесс введен в действующий стандарт отрасли ОСТ 107.460092.028-96 «Печатные платы. Технические требования к технологии изготовления» [8].

Иммерсионное серебрение

Ассоциация IPC недавно выпустила новую редакцию отраслевого стандарта IPC-4553A [9]. Документ устанавливает требования к слою иммерсионного серебрения, наносимому в качестве финишного покрытия под пайку печатных плат. В пересмотренном стандарте увеличена максимальная толщина серебра. Минимальная толщина осталась той же, что и в старой редакции стандарта IPC-4553. Документ также содержит единую систему диапазона толщин во избежание недоразумений в отношении понятий «тонкое» и «толстое» покрытие.

Неясность в отношении требований к максимальной толщине, отмеченная в документе 2005 года, приводила к путанице при квалификации покрытий и зачастую — к невольному нарушению требований стандарта. Все это неизбежно сказывалось на общем уровне качества отраслевой продукции.

Четко разграничивая понятия «тонкое» и «толстое» покрытие, поправка А задает единую систему диапазона толщина покрытия. По словам представителей Ассоциации, «то, что раньше подразумевалось под «тонким» покрытием, было исключено из стандарта IPC-4553А. «Тонкое» иммерсионное серебрение стало занимать столь мизерную долю по сравнению с общим объемом иммерсионных покрытий, что использование этого термина только путает производителей печатных плат и поставщиков химической продукции».

Освоившая технологию иммерсионного серебрения отечественная компания ТАБЕРУ в настоящее время по умолчанию наносит это покрытие на все платы, в том числе изготавливаемые по 5 классу точности, включая платы для монтажа компонентов с шариковыми выводами (BGA, µBGA и др.) [10].

Практика использования иммерсионного серебра подтвердила его преимущества:

– процесс иммерсионного серебрения происходит при температурах, не превышающих 50°С;

– покрытие обладает отличнойпаяемостью и совместимо почти со всеми флюсами и паяльными пастами;

– покрытие пригодно для разварки алюминиевых и золотых микропроводов;

– благодаря очень низкому электрическому сопротивлению покрытие иммерсионным серебром великолепно приспособлено для изготовления контактных площадок клавиатур;

– покрытие обеспечивает отличную поверхность для контроля установками автоматического оптического и электрического контроля;

– покрытие иммерсионным серебром обладает предсказуемой и повторяемой толщиной 0,3 мкм, что очень важно для печатных плат, работающих на высоких и сверхвысоких частотах.

К недостаткам покрытия можно отнести несколько меньшее, по сравнению с горячим лужением, время гарантированной сохранности паяемости (12 месяцев) и склонность к миграционным процессам.

Результаты сравнительных испытаний

Иммерсионные покрытия под пайку прошли сопоставительные испытания, подтвердившие возможность использования иммерсионных покрытий для пайки. Образцы для испытаний были профессионально изготовлены по стандартным процессам и требованиям к каждому типу финишного покрытия [6, 11-13].

Для сопоставительных испытаний были выбраны:

– Горячее лужение (HASL) припоем 63%Sn, 37%Pb, 10…15 мкм;

– Иммерсионное олово с барьерным подслоем из органического металла (OM-ImmSn) — подслой из органического металла толщиной 0,08 мкм, иммерсионное покрытие оловом — 0,5…0,8 мкм;

– Иммерсионное золото Ni/Au (ENIG), Ni — 3…5 мкм, Au ∼ 0,1 мкм;

– Традиционное иммерсионное олово (ImmSn), Sn — 0,8…1,0 мкм;

– Иммерсионное серебрение
(ImmAg), Ag — 0,2…0,4 мкм;

– Органическое защитное покрытие (OSP — organic solderability preservatives) на основе сложных органических кислот. Толщина покрытия 0,2…0,5 мкм.

Испытания проводились в Trace Labs (США), Ormecon Chemie (Германия) и Tele and Radio Research Institute (Польша) [11—13]. Все финишные покрытия были подвергнуты воздействию следующих одинаковых условий:

– Ускоренное (искусственное) старение в трех средах:

1. Атмосфера сухая при 155оС/4 ч;

2. Атмосфера пара/8 ч;

3. Атмосфера влажная 85оС/относительная влажность воздуха 85%/24 ч.

1. Пайка волной припроя;

2. Баланс смачиваемости (см. рис. 5).

Рис. 5. Испытания на баланс смачиваемости (на менискографе): а — касание образца поверхности расплавленного припоя, b — вход образца в припой, c — смачивание образца припоем, d — выход из расплава образца, смоченного припоем, e — увлечение припоя образцом, f — образец полностью вышел из припоя. Non wetting — несмачивание, molten solder — расплавленный припой, flat plate — плоскость платы, wetting — смачивание.

Для тестирования применялась ванна с эвтектическим сплавом 63% олова и 37% свинца при температуре 250°С и слабоактивированным флюсом с низким содержанием сухого остатка. Были выбраны следующие флюсы: для покрытий ANIG — TZ-3/ITR (на основе сложных органических эфиров дикарбоксилида, активированный дикарбоксилиом и органической солью), а для покрытий Sn-Pb HASL, ImmSn и OSP — TN//4A/ITR (на основе сложных органических эфиров дикарбоксилида, активированный смесью дикарбоксилидов).

Для тестирования паяемости использовался соединенный с компьютером менискограф типа MK6A (см. рис. 6, 7, 8).

Рис. 6. Схема менискографа

Рис. 7. Количественные оценки качества паяемости, получаемые менискографом

Рис. 8. Оценка качества смачиваемости на менискографе: non-wetting — несмачиваемость, poor wetting — плохая смачиваемость, good wetting — хорошая смачиваемость, retarded wetting — запаздывающая смачиваемость, slow wetting — медленная смачиваемость, fast wetting — быстрая смачиваемость, wetting limited by thermal demand — смачиваемость, ограниченная термодеструкцией, unstable wetting (dewetting) — нестабильная смачиваемость (потеря смачиваемости).

Наличие интерметаллидов и окислов на финишном покрытии олова определялись с помощью электрохимического анализатора.

Результаты испытаний и тестирования паяемости показаны в таблицах 1, 2, 3.

Таблица 1. Результаты испытаний пайкой волной припоя — степень заполнения отверстий припоем, %.

Источник