Производство электроники динамично развивается в сторону миниатюризации печатных плат, что в свою очередь приводит к увеличению плотности расстановки элементов на поверхности платы. Появление новых методов пайки, современные методы электроконтроля и сборки, а также переход на бессвинцовые технологии привели к повышению требований к качеству финишных покрытий печатных плат. Финишное покрытие должно защищать медную поверхность контактных площадок, обеспечить качественную пайку электронных компонентов на печатные платы, плоскую и ровную поверхность, и защиту печатных проводников и контактных площадок от окисления.

Для выполнения данных задач к финишным покрытиям предъявляются следующие требования:

  • смачиваемость покрытия припоем;
  • сохранение паяемости в течение длительного времени;
  • предотвращение отслаивания при эксплуатации изделия.

По составу финишные покрытия в основном представляют собой металлы и их сплавы.Исключением является т.н. OSP покрытие, которое стоит особняком не только потому, что является органическим, но и потому, что оно разлагается при пайке, тогда как металлические покрытия растворяются в сплаве, образующем паяное соединение.

Среди методов нанесения металлических покрытий наиболее популярны лужение, химическое и гальваническое осаждение.

Лужение – простой способ, но теряет свою актуальность из-за сложности получения поверхностей с высокой плоскостностью, к тому же это высокотемпературный процесс, что отрицательно влияет на надежность.

Гальваническое осаждение – быстрый и хорошо контролируемый процесс, наносится электрохимическим осаждением и может использоваться в сочетании с другими покрытиями. Основная область применения гальванических покрытий – это концевые разъемы и ламели. Но процесс нанесения достаточно трудоемкий, так как необходимо обеспечить электрический контакт со всеми поверхностями на которые наносится покрытие.

Химическое осаждение - этот метод химического осаждения обеспечивает достаточно тонкие и однородные покрытия именно тех участков, где имеется открытая медь. Также данный метод является более технологичным по сравнению с предыдущими двумя.

Среди наиболее распространенных финишных покрытий можно назвать следующие:

  • HASL (Hot Air Solder Leveling) – покрытие припоем с выравниванием воздушным ножом;
  • ENIG (electroless nickel/immersion gold, также часто обозначается ImAu) – химический никель/иммерсионное золото;
  • ImSn – иммерсионное олово;
  • ImAg – иммерсионное серебро;
  • OSP (Organic Solderability Preservative) – органическое защитное покрытие.

Существует также ряд менее распространенных покрытий:

  • ImBi – иммерсионный висмут;
  • Pd (Electroplate Pd либо Electroless Pd) — палладий, нанесенный гальваническим либо хи¬мическим осаждением);
  • Ni (Electroless Ni) – химический никель;
  • NiPd (Electroless Ni/Immersion Pd) – химический никель/иммерсионный палладий;
  • NiPdAu (Electroless NiPd/Immersion Au) – химический никель и палладий/ иммерсионное золото;
  • NiSn (Electroplate Ni/Sn) – гальваническое осаждение никеля и олова;
  • SnAg (Electroplate Sn/Ag) – гальваническое осаждение олова и серебра;
  • Гальваническое оловянно-свинцовое покрытие (гальванический ПОС).

 

Ниже приведено описание наиболее популярных покрытий на российском  рынке электроники.

  • HASL - горячее лужение

    Данный вид покрытия наиболее популярен, обладает довольно хорошими характеристиками паяемости при относительно низкой стоимости по сравнению с покрытиями на основе драгметаллов.

    В результате использования данного способа контактные площадки покрываются слоем сплава олово-свинец толщиной, как правило, от 1 до 40 мкм.

    Достоинства:

    • Хорошо отработанная технология, давно зарекомендовавшая себя;
    • Хорошая прочность паяного соединения;
    • Выдерживает множество циклов пайки.

    Недостатки:

    • низкая плоскостность контактных площадок;
    • Содержит свинец;
    • Ограничение в использовании связанное с соотношением толщины платы и диаметра металлизированного отверстия;
    • Процесс нанесения покрытия высокотемпературный, что может вызвать коробление платы;
    • Возможны замыкания контактных площадок компонентов с малым шагом; не рекомендуется применять данный метод для компонентов с шагом менее 0.5 мм;
  • Иммерсионное золото (ENIG)

    Покрытие ENIG формируется путём электролизного осаждения никеля на катализированную медную поверхность с последующим осаждением из раствора тонкого слоя золота на поверхность никеля. В стандарте IPC-4552 регламентируется, что толщина слоя никеля составляет 3-6 мкм, а толщина слоя золота составляет 0,05-0,1 мкм.

    ENIG представляет собой очень универсальное плоское покрытие с хорошей паяемостью, возможностью разварки на нём алюминиевых проводов, а также с отличными электропроводящими свойствами поверхности. Время хранения покрытия до использования превышает 12 месяцев.

    Рекомендуется применять покрытие ENIG при последующем использовании паст с органическими флюсами или флюсами, не требующими отмывки.

    Достоинства:

    • Не содержит свинец.
    •  Печатные платы обрабатываются при низких температурах (менее 90°С).
    • Копланарность – поверхность всех контактных площадок компонентов лежит в одной плоскости (при отсутствии коробления самой печатной платы).
    • Долгий срок хранения.
    • Выдерживает несколько высокотемпературных термоциклов.

    Недостатки:

    • Высокая стоимость.
    • Эффект «черной контактной площадки» («black pad»).
    • Высокие требования к условиям хранения.
  • ImAg – иммерсионное серебро

    Иммерсионное серебро – это финишное покрытие, при котором на медную поверхность контактных площадок из раствора осаждается тонкий слой серебра. Покрытие иммерсионным серебром – это сравнительно новое прибавление в списке финишных покрытий печатных плат.

    Процесс нанесения иммерсионного серебра похож на ENIG, однако заметно проще него и может выполняться как в вертикальном, так и в горизонтальном варианте исполнения. Процесс, как правило, состоит из двойной предварительной очистки, предварительного погружения и серебряной ванны. Для предотвращения миграции серебра по печатной плате, серебро наносится совместно с органическим соединением, которое не только предотвращает миграцию серебра, но и предохраняет его от окисления, являясь консервирующим антиокислительным покрытием.

    Толщина покрытия обычно составляет от 0,05 до 0,2 мкм, что достигается нахождением платы в серебряной ванне на протяжении от 1 до 4 минут. Малая толщина покрытия сокращает расходы на его нанесение.

    В процессе пайки серебряный слой растворяется в паяном соединении, образуя сплав олово-свинец-серебро на меди, что обеспечивает очень надежные паяные соединения компонентов BGA. Контрастный цвет, в отличие от OSP, упрощает визуальную и оптическую инспекцию данного покрытия. Это покрытие позволяет мгновенно переключиться с покрытия горячим лужением (HASL) и не требует менять параметры пайки.

    Достоинства:

    • Хорошая плоскостность, подходит для установки компонентов с малым шагом выводов
    • Не содержит никель
    • Не влияет на размер металлизированных отверстий
    • Длительный срок хранения (при наличии барьерного подслоя – около года)
    • Достаточно простой процесс нанесения
    • Относительная дешевизна покрытия

    Недостатки:

    • Высокий коэффициент трения, что не является оптимальным для монтажа элементов методом запрессовки
    • Возможное потускнение покрытия со временем
  • ImSn – иммерсионное олово

    Иммерсионное олово – финишное покрытие, обладающее рядом характеристик, близких к характеристикам иммерсионного серебра. Данный способ совместим со всеми способами пайки, а также обеспечивает высокую плоскостность покрытия контактных площадок и не накладывает ограничение на размеры металлизированных отверстий.

    Достоинства:

    • Плоская поверхность, покрытие подходит для установки компонентов с малым шагом выводов;
    • Не содержит никель
    • Относительно дешевое покрытие
    • Не влияет на размер металлизированных отверстий
    • Можно использовать те же паяльные пасты, что и для плат с покрытием HASL

    Недостатки:

    • Не выдерживает многократных переустановок элементов
    • Платы требуют осторожного обращения
  • OSP

    Применяется как альтернативное покрытие по отношению к металлическим. Оно состоит из органического слоя (на основе бензотриазола или имидазола), лежащего на готовой к пайке медной поверхности и защищающего ее от окисления.

    Процесс нанесения такого покрытия прост и легко химически контролируем, включает в себя операции очистки (отмывку и микротравление), а также операцию предварительного и основного нанесения покрытия с добавлением специальной добавки для предотвращения потускнения; достаточно гибок и может выполняться в горизонтальном и вертикальном варианте; при этом не повреждаются золотые немаскированные области, если они присутствуют на печатной плате. Перед нанесением OSP-покрытия отверждение паяльной маски должно быть полностью завершено.

    Покрытие довольно дешево, требует значительно меньших начальных инвестиций для своей реализации, чем HASL, и является более безопасным для окружающей среды. Толщина покрытия обычно составляет 0,2 – 0,6 мкм.

    Достоинства:

    • Плоская поверхность контактных площадок
    • Совместимость с бессвинцовыми техпроцессами
    • Хорошая прочность паяных соединений
    • Быстрый и относительно дешевый процесс
    • Отсутствие влияния на размер отверстий

    Недостатки:

    • Деградация при высокой температуре, ограниченное количество циклов пайки
    • Чувствительность к неправильному хранению
    • Чувствительность к выбору флюсов
    • Чувствительность к растворителям, которые применяются для удаления неправильно нанесенной паяльной пасты
    • При проведении электрического теста платы, тестовые пробники прокалывают покрытие, что может привести к появлению участков открытой меди
Связаться с нами