1، دعونا نفهم أولاً: ما الذي تحله المعالجة السطحية حقًا
يتأكسد النحاس العاري منذ لحظة حفره ويشكل طبقة أكسيد في غضون ساعات قليلة. المهمة الأساسية للمعالجة السطحية هي اثنان فقط:
حماية سطح النحاس من الأكسدة والفلكنة أثناء عمليات التخزين واللحام؛
تأكد من أن اللحام يمكنه أن يبلل وسادة اللحام بشكل موثوق أثناء اللحام.
تحقق مسارات العمليات الثلاثة نفس الهدف بطرق مختلفة تمامًا، وهو ما يحدد تمايزها في التسطيح ومقاومة الحرارة وعمر التخزين والتكلفة. تذكر هذه الجملة: لا يوجد أفضل معالجة سطحية، فقط أفضل تطابق.
أبعاد رش القصدير HASL الغمر بالذهب ENIG OSP
تكوين السطح: سبائك النحاس والفضة والقصدير (خالية من الرصاص)، طبقة النيكل + طبقة الذهب، طبقة واقية عضوية
ضعف التسطيح (مع عقيدات القصدير والغضروف المفصلي) ، مرتفع للغاية (مستوى ≈ 0.1 ميكرومتر) ، الأعلى
فترة التخزين 3-12 شهر 6-12 شهر أو أكثر 3-6 أشهر
مقاومة الارتجاع جيدة (عدة مرات)، ممتازة (4-10 مرات)، ضعيفة (1-2 مرات)
2-3 أدنى مستوى لرش القصدير بأقل تكلفة نسبية
المكونات الإضافية للسيناريو النموذجي، والتباعد الخشن، ولوحة التحكم BGA/التباعد الدقيق، وفرن التمرير الفردي عالي الموثوقية، ولوحة الدفعات الاستهلاكية
2، ENIG (ذهب النيكل الكيميائي) - يُفضل الموثوقية العالية، ولكنها تأتي بتكلفة
مبدأ العملية: الترسيب الكيميائي، قم أولاً بإيداع طبقة من النيكل 3-6 ميكرومتر على النحاس العاري كطبقة حاجز انتشار، ثم قم بإيداع طبقة ذهبية رقيقة جدًا (0.05-0.1 ميكرومتر) لمنع أكسدة النيكل. أقل من 100 درجة طوال العملية، بدون صدمة حرارية. طبقة الذهب نفسها لا تشارك في اللحام، ويشكل اللحام مركبات بين المعادن Ni Sn.
المزايا الأساسية
التسطيح العالي للغاية: يمكن التحكم في الخشونة عند مستوى 0.1 ميكرومتر، ويمكن لصق كرات اللحام BGA بمسافة 0.3 مم بالتساوي، ولا يتم سد مكونات الدبوس الدقيقة؛
عمر تخزين طويل: تظل قابلية اللحام دون تغيير بشكل أساسي لأكثر من 12 شهرًا تحت التغليف المفرغ؛
مقاومة إعادة التدفق المتعددة: يمكن أن تتحمل 4-10 دورات لحام إنحسر، مناسبة للتجميع أو الإصلاح المتعدد، مع نافذة عملية واسعة؛
مقاومة قوية للتآكل: الذهب خامل كيميائيًا ويعمل بشكل أفضل في البيئات ذات الرطوبة العالية ورذاذ الملح العالي مقارنة برش القصدير، مما يجعله ضروريًا لإلكترونيات السيارات والتحكم الصناعي وتخزين الطاقة وسيناريوهات أخرى.
المخاطر وأوجه القصور
الوسادة السوداء: أثناء الغمر في الذهب، يهاجم المحلول طبقة النيكل بشكل مفرط، مما يسبب أكسدة وتآكل طبقة النيكل لتكوين طبقة سوداء هشة. قد يظل المظهر لامعًا، لكن قوة وصلات اللحام منخفضة للغاية. تعتبر وصلات اللحام المخفية مثل BGA/QFN خطيرة بشكل خاص، وغالبًا ما يستغرق كشف المشاكل شهورًا أو حتى سنوات. نقاط التحكم الرئيسية: قيمة الرقم الهيدروجيني لمحلول الغمر (يجب الحفاظ عليه عند 5.0-5.5)، ومحتوى الفوسفور في طبقة النيكل (7-10%)، وسمك طبقة الذهب؛
كلما كانت الطبقة الذهبية أكثر سمكًا، كلما كان ذلك أفضل: سوف يذوب الذهب السميك جدًا في اللحام ويشكل AuSn ₄ هشًا، مما سيقلل بالفعل من قوة وصلة اللحام. IPC-4552B يحدد أن طبقة النيكل يجب أن تكون 3.0-6.0 ميكرومتر ويجب أن تكون طبقة الذهب 0.05-0.10 ميكرومتر، وهو النطاق الأمثل بعد التحقق الشامل؛
طبقة ذهبية رقيقة، غير مقاومة للاهتراء: يجب أن تكون الأصابع الذهبية القياسية مطلية بالذهب الصلب، ويستخدم الذهب الغارق لتوصيل وفصل الواجهات، وعادةً ما يتم كشف النحاس خلال 50 مرة؛
غير مناسب لربط أسلاك الذهب: سوف يهاجر النيكل ويتأكسد نحو طبقة الذهب، ويجب استخدام ذهب النيكل والبلاديوم (ENEPIG) بدلاً من ذلك؛
التكلفة العالية: باستخدام الذهب المعدني الثمين والعمليات الكيميائية المعقدة، تبلغ التكلفة حوالي 2-3 أضعاف تكلفة رش القصدير.
3، HASL (تسوية الهواء الساخن) - ملك الفعالية من حيث التكلفة، ولكن بحدود واضحة
مبدأ العملية: العملية الحرارية الفيزيائية، يتم غمر ثنائي الفينيل متعدد الكلور في سبائك القصدير المنصهر عند حوالي 260 درجة، وبعد الإزالة، يتم نفخ اللحام الزائد بسكين الهواء الساخن عالي الضغط، مما يترك طلاء سبائك القصدير مصحوبًا بصدمة حرارية شديدة. يوجد الرصاص (63Sn/37Pb، يتم التخلص منه تدريجيًا) وخالي من الرصاص (SAC305، نقطة الانصهار حوالي 217 درجة).
أماكن لا يمكن الاستغناء عنها
قوة ميكانيكية عالية لمفاصل اللحام: طبقة القصدير سميكة (1-40 ميكرومتر)، والتي تندمج مباشرة مع اللحام أثناء اللحام، وتشكل وصلة لحام ثابتة؛
أقل تكلفة: تكون مدخلات المعدات والمواد ميسورة التكلفة، وعمليات ناضجة، وإصلاحات سهلة؛
تم تكييفها بشكل مثالي مع عمليات اللحام الموجي والمكونات الإضافية، ولا تزال اللوحات التي تحتوي على مكونات من خلال الفتحات باعتبارها المكون الرئيسي هي السيناريو الأكثر ملاءمة لها.
ضعف قاتل
التسطيح السيئ: الأسطح المنحنية نصف القمر وعقيدات القصدير متأصلة في العملية، ويتم استبعاد BGA/QFN بمسافة أقل من 0.5 مم مباشرة. التباعد الدقيق عرضة للجسر واللحام الظاهري؛
صدمة حرارية عالية: تشكل درجة الحرارة المرتفعة اللحظية البالغة 260 درجة خطر التزييف والانفصال للألواح الرقيقة (أقل من أو تساوي 0.8 مم) والألواح متعددة الطبقات؛
عمر تخزين قصير: تتأكسد طبقة القصدير بشكل ملحوظ بعد 3-6 أشهر من التعرض للهواء، ويلزم توفير وسائل حماية متعددة مثل التغليف المفرغ لشحن الصادرات أو المخزون طويل الأجل.
4، OSP (قناع اللحام العضوي) - تكلفة منخفضة ومستوى عالٍ من التسطيح، ولكن نافذة ضيقة
مبدأ العملية: ضع طبقة من فيلم مركب عضوي (عادة بنزيميدازول) بسمك 0.2-0.5 ميكرومتر على سطح النحاس النظيف، ولحامها عند درجة حرارة عالية لتحلل طبقة الفيلم، وكشف سطح النحاس الطازج وربطه باللحام. لا يوجد طلاء معدني.
أكبر نقطة بيع
تكلفة منخفضة للغاية (قريبة من الصفر التزايدي)، السطح الأكثر سلاسة، والتوافق المثالي مع الأجهزة الصغيرة جدًا 0201 ودبابيس BGA الكثيفة؛
لا يؤثر على مقاومة الإشارة، فهو أحد العمليات الرئيسية للوحات HDI عالية الكثافة، وصديق للبيئة وخالي من الرصاص.
قيود واضحة
أقصر فترة تخزين: تصل إلى 6 أشهر في ظروف محكمة الغلق، حساسة للرطوبة، ويجب استخدامه في أسرع وقت ممكن بعد الفتح. قد يؤدي عرق اليد وبصمات الأصابع إلى إتلاف الطبقة الواقية؛
مقاومة الارتجاع المحدودة: عادة 2-3 مرات فقط، وبعد ذلك تتدهور؛
غير مناسب لعمليات اللحام الموجي والعمليات من خلال الفتحات؛
لا يمكن إجراء اتصالات أو هياكل توصيل أو معدات مكشوفة على المدى الطويل.
5، الاختيار حسب السيناريو: أربعة أسئلة لتحديد الحل
مسار قرار الاختيار (اسأل نفسك بالترتيب)
هل هناك أي مكونات أو BGA بمسافة أقل من 0.5 مم؟ استبعاد رش القصدير؛
كم من الوقت يجب أن يتم تخزين اللوحة؟ أكثر من 6 أشهر ← استبعاد OSP؛
هل هناك أي متطلبات لمؤشرات الترددات العالية/الترددات الراديوية؟ وينبغي إعطاء الأولوية لغرق الفضة أو الذهب؛
هل هي لوحة دفعة استهلاكية حساسة من حيث التكلفة؟ نعم → ترسب OSP أو القصدير.
مقارنة السيناريو النموذجية
BGA/تباعد دقيق، لوح دقيق عالي الكثافة → ترسب الذهب، الأكثر أمانًا؛
إلكترونيات السيارات، المعدات الطبية، الخوادم، معدات دقة المخزون على المدى الطويل ← ترسب الذهب (طبقة النيكل الموصى بها 4-5 ميكرومتر وطبقة الذهب 0.05-0.1 ميكرومتر وفقًا للوائح السيارات)؛
التردد العالي/التردد الراديوي (هوائي 5G، وحدة الميكروويف، الرادار) ← الغمر بالفضة (أدنى خسارة للتردد العالي) أو الغمر بالذهب؛
قم بتوصيل التباعد الموجه والخشن والحساس للتكلفة ← رش القصدير (لوحة الطاقة، الأجهزة الصغيرة، لوحة التحكم الصناعية العادية)؛
تمريرة واحدة، لوحة دفعية للمستهلك على المدى القصير → OSP؛
تباعد دقيق لتوفير المال ← ترسيب القصدير (نسخة مسطحة من رش القصدير كبديل، خيار وسط فعال من حيث التكلفة)؛
أصابع ذهبية، موصلات، ملامسات للأزرار ← ذهب صلب مطلي بالكهرباء (مقاوم للاهتراء)، والذي لا يمكن استبداله بالذهب العادي المغمور.
ثلاثة مفاهيم خاطئة شائعة
كلما كان الذهب المستخدم في الغمر أكثر سمكًا، كلما كان ذلك أفضل ": السُمك الزائد في الواقع يزيد من الهشاشة. طبقة الذهب اللحام من 1-3 μ" كافية، وتلك التي تتطلب حقًا ذهبًا سميكًا هي ملامسة مثل الأصابع الذهبية، والتي يجب أن تكون مطلية بالذهب الصلب؛
إذا كان OSP رخيصًا، فيجب على الجميع استخدام OSP. "عندما يكون هناك العديد من العمليات اليدوية على خط الإنتاج ويجب شحن اللوحات على دفعات، سيتم الكشف عن أوجه القصور في OSP بسرعة؛
لا تؤثر المعالجة السطحية على المعاوقة: ستؤدي المعالجة السطحية إلى تغيير طفيف في سمك وفقدان الموصل السطحي، ويجب تضمين سيناريوهات التردد العالي القصوى في المحاكاة.