Контактные площадки

  • Для обеспечения паяемости печатной платы, особенно при длительном хранении, на контактные площадки наносятся различные покрытия. В настоящее время наиболее распространёнными методами покрытия контактных площадок являются следующие:
  • HASL (Hot Air Solder Leveling) - покрытие припоем с выравниванием воздушным ножом
  • Никелирование
  • ENIG (electroless nickel/ immersion gold) - иммерсионное золото по подслою никеля
  • Иммерсионное олово
  • Иммерсионное серебро
  • ENTEK (органическое покрытие)
     
  • HASL В настоящее время наиболее часто применяемым методом покрытия контактных площадок является HALS (Hot Air Solder Leveling). При этом, контактные площадки покрываются слоем эвтектического сплава олово-свинец. Для проведения HASL печатная плата проходит цикл подготовки, включающий в себя очистку, предварительный нагрев и покрытие флюсом.
        Вертикальный HASL При использовании этой технологии печатная плата вертикально погружается в глубокую ванну с расплавленным припоем, который в дальнейшем "сдувается" при помощи "воздушных ножей" на выходе из ванны. Недостатком этого метода является то, что обычно контактные площадки не могут проходить через "воздушные ножи" под углом. При этом площадки перпендикулярные "воздушному ножу" обычно имеют слишком тонкий слой припоя, что может вызвать проблемы при пайке, а площадки, параллельные ножам покрыты слишком толстым слоем припоя, что может привести к замыканиям. Другим недостатком является разница во времени погружения верхней и нижней части платы. Нижняя часть платы может находиться в расплавленном припое на 4-5 секунд дольше, чем номинальное время погружения, что ускоряет процесс диффузии меди и приводит к загрязнению припоя.
      Горизонтальный HASL При использовании этой технологии используется конвейер, при этом плата проходит через рециркулируемую ванну с припоем, а потом продувается "воздушными ножами". При этом, платы могут быть размещены на конвейере под углом 45 °С, что обеспечивает равномерную толщину покрытия.
      Обычно вертикальный HASL применяется только дня печатных плат, в которых нет поверхностно-монтируемых элементов.
      Покрытие по технологии HASL обеспечивает отличную паяемость печатной платы, однако может не удовлетворять условиям плоскостности контактных площадок под микросхемы с очень высокой степенью интеграции (например fine-line BGA).
      Толщина покрытия: 1 - 40 мкм
  • Достоинства:
      Наиболее традиционный метод покрытия, хорошо отлаженная технология нанесения и дальнейшего использования плат
      Хорошая прочность паяного соединения
      Выдерживает многократное термоциклирование.
  • Недостатки:
      Большая неплоскостность контактных площадок, приводящая к возможному появлению дефектов при сборке.
      Содержит свинец
      Не подходит для плат с большим соотношением толщина платы/диаметр отверстия
      Не подходит для компонентов с шагом менее 0,5 мм
      Плата испытывает нагрев до высокой температуры, что может привести к деформации
      Возможны замыкания контактных площадок компонентов с малым шагом
      Неравномерная толщина покрытия для контактных площадок разного размера
     
  • ХИМИЧЕСКИЙ НИКЕЛЬ
      Альтернативой HASL является осаждение защитных поверхностей химически осажденными металлами. Для нанесения никеля на поверхность контактных площадок используется метод химического осаждения. Когда металл растворяется в металлизационной ванне, он несет электрический потенциал, обычно положительный. В процессе металлизации потенциал нейтрализуется. Электроны в раствор поступают из специальных химикатов, находящихся в металлизационной ванне. При нанесении никеля, это обычно гипофосфат или диметиламинборан.
      Получаемое никелевое покрытие является устойчивым при травлении меди в щелочном меднохлоридном растворе и после активирования обеспечивает качественное осаждение покрытия иммерсионного золота, химического палладия, иммерсионного серебра и др.
      Данное покрытие редко используется само по себе, в основном никель служит промежуточным слоем для осаждения других металлов
      Толщина покрытия: 2,5 - 4 мкм

     

  • ИММЕРСИОННОЕ ЗОЛОТО
      Иммерсионное золото наносится после формирования рисунка топологии печатной платы (т.е. после осаждения меди, фотолитографии и травления). Покрытие может наносится до или после нанесения паяльной маски.
      В отличие от химического осаждения, при иммерсионном нанесении, электроны поступают из основного металла (меди). Таким образом, иммерсионный процесс является самоограничивающимся. Как только медь покрывается целиком, процесс останавливается.
      Возможно нанесение иммерсионного золота как по чистой меди, так и по подслою химического никеля. При этом золото обеспечивает превосходную паяемость, а никель служит барьером между медью и слоем золота, предотвращая окисление и увеличиваю время хранения печатной платы.
      Слой иммерсионного золота - ровный, компактный и мелкокристаллический. Он имеет хорошее сцепление с подслоем химического или электрохимического никеля и хорошо паяется с малоактивными флюсами. Эти характеристики особенно важны при сборке печатных плат.
      Толщина покрытия: 0,05 - 0,2 мкм
  • Достоинства:
      Плоская поверхность
      Равномерная толщина
      Выдерживает многократное термоциклирование
      Длительный срок хранения
      Хорошая паяемость
      Не влияет на размер отверстий
      Подходит для установки компонентов с малым шагом
  • Недостатки:
      Достаточно высокая стоимость
      Может содержать никель, который считается канцерогеном
      Не оптимально для плат с высокимискоростями сигналов
      Возможно появление дефектов типа "black pad"

     

  • ИММЕРСИОННОЕ ОЛОВО
      Процесс нанесения иммерсионного олова, по большому счету, схож с процессом нанесения иммерсионного золота.
      Толщина покрытия: 0,6 -1,5 мкм
      Достоинства:
      Подходит для установки компонентов с малым шагом
      Плоская поверхность
      Не содержит никель
      Сравнительно недорогое покрытие
      Не влияет на размер отверстий
      Можно использовать те же паяльные пасты,
  • Недостатки:
      Не выдерживает многократный монтаж/демонтаж элементов
      Платы требуют осторожного обращения

     

  • ИММЕРСИОННОЕ СЕРЕБРО
      Данный процесс тоже достаточно похож на процесс нанесения иммерсионного золота. Толщина покрытия: 0,05 - 0,1 мкм
  • Недостатки:
      Высокий коэффициент трения, не оптимально для монтажа элементов методом запрессовки (press fit)
      Покрытие может тускнеть со временем
  • Достоинства:
      Подходит для установки компонентов с малым шагом
       Плоская поверхность
      Не содержит никель
      Дефекты типа "black pad" отсутствуют
       Не влияет на размер отверстий
      Длительный срок хранения
      Достаточно простой процесс нанесения
      Сравнительно недорогое покрытие
      Хорошо подходит для плат с высокими скоростями сигналов

     

  • ENTEK
      Альтернативой покрытия металлами является покрытие органическими защитными покрытиями (OSP - organic solderability preservatives). Эти покрытия обеспечивают очень плоскую поверхность и не приводят к возможности замыкания контактов элементов с большой степенью интеграции, при стоимости гораздо меньшей, чем покрытие никелем или золотом. Применение OSP позволяют в дальнейшем, при пайке, использовать флюсы смываемые водой или безотмывные флюсы. К тому же этот процесс экологически более безопасен. Тесты показали, что при нормальных условиях хранения печатные платы покрытые OSP сохраняют паяемость более одного года.
      Толщина покрытия: 0,2-0,6 мкм
  • Достоинства:
      Плоская поверхность
      Не влияет на размер отверстий
      Быстрый, достаточно недорогой процесснанесения
      Хорошая прочность паяных соединений (по некоторым данным лучше, чем для плат с покрытием HASL и иммерсионное золото)
  • Недостатки:
      Может потребоваться переналадка сборочной линии
      После сборки могут оставаться места с открытой медью (например, тестовые точки)
      Ограниченное термощиклирование
      Чувствительно к растворителям, которые применяются для удаления неправильно нанесенной паяльной пасты. При электротестировании платы тестовые щупыпрокалывают покрытие, что может привести к появлению участков открытой меди