Površinska obrada PCB podloge: neophodnost, procesne metode i komparativna analiza pozlaćenja
1. Odlična lemljivost i pouzdanost lemljenja (osnovni razlog)
Sprečava oksidaciju: Zlato (Au) je vrlo stabilan metal i ne oksidira se lako na zraku. Nasuprot tome, druge uobičajene završne obrade površine jastučića, kao što je izravnavanje lemljenja vrućim zrakom (HASL), sklone su oksidaciji tokom skladištenja, formirajući film od kalajnog oksida koji smanjuje sposobnost lemljenja.
Osigurava čvrstoću lemljenja: Čista zlatna površina pruža odličnu kvašenje, omogućavajući da se lem lako i ravnomjerno širi, formirajući jake i pouzdane tačke lemljenja. Ovo je ključno za automatizovanu SMT proizvodnju, značajno smanjujući stope kvarova kao što su hladni spojevi i lažno lemljenje.
2. Osigurava visoke-električne performanse
Odlična provodljivost: Zlato je dobar provodnik struje sa vrlo malim površinskim otporom. Za visoko-komponente kao što su kristalni oscilatori (posebno oni koji rade na desetinama ili čak stotinama MHz), čak i manje razlike u otpornosti površine jastučića mogu dovesti do nepotrebnih gubitaka ili problema sa integritetom signala.
Stabilan kontakt: Pozlaćeni-sloj ima glatku i ravnu površinu (poznatu kao "tretman za nivelisanje"), omogućavajući ravnomeran i stabilan električni kontakt sa pozlaćenim-elektrodama ili kuglicama za lemljenje kristalnog oscilatora. Ovo smanjuje gubitak i refleksiju tokom prenosa signala, što je od vitalnog značaja za održavanje čistoće i stabilnosti signala sata.
3. Pogodno za spajanje zlatnim žicama
Neki vrhunski{0}} ili posebno upakovani kristalni oscilatori (kao što su određeni OCXO) zahtijevaju vezu između unutrašnjeg čipa i vanjskih pinova preko izuzetno finih zlatnih žica. Ovaj proces treba izvesti na jastučićima kućišta kristalnog oscilatora.
Samo spajanje-na-zlato može postići najpouzdaniju i najstabilniju vezu. Pozlaćeni - jastučići pružaju neophodne uslove za ovaj proces.
4. Produžava rok trajanja
Pošto zlato ne oksidira lako, lemljivost pozlaćenih -PCB-ova može se održati dugo vremena (obično preko jedne godine), olakšavajući upravljanje materijalom i promet zaliha. Nasuprot tome, kalaj{2}}ploče mogu imati problema sa lemljenjem u roku od nekoliko mjeseci u vlažnom okruženju.
5. Pogodno za višestruko reflow lemljenje
Tokom složene montaže PCBA, ploča će možda morati proći višestruke procese lemljenja na visokim{0}}temperaturama. Pozlaćeni-sloj ostaje stabilan na visokim temperaturama i ne topi se lako niti stvara "limene brkove" poput kalajisane ploče, osiguravajući da jastučići održavaju dobru lemljivost nakon svakog procesa ponovnog prelijevanja.
Izbor postupka pozlaćenja: ENIG
Najčešći postupak pozlaćenja za SMT kristalne oscilatorske jastučiće je ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold).
Donji sloj nikla (Ni): Ovo je kritično. Sloj nikla djeluje kao barijera, sprječavajući difuziju između gornjeg sloja zlata i donjeg sloja bakra (Cu) na visokim temperaturama, što bi stvorilo krhke intermetalne spojeve (IMC) koje ozbiljno utječu na mehaničku čvrstoću lemnog spoja.
Površinski sloj zlata (Au): Zlatni sloj je vrlo tanak (obično 0,05-0,1 μm) i služi samo za zaštitu sloja nikla od oksidacije, istovremeno pružajući odličnu površinu za lemljenje. Tokom lemljenja, zlato se brzo rastvara u lemu, a stvarni spoj za lemljenje formira se od legure između sloja nikla i lema (Sn), što rezultira legurom Ni-Sn.
Poređenje s drugim metodama obrade površine
Prednosti i nedostaci metoda površinske obrade (za kristalne oscilatore čipa)
ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold): Visoka ravnost, odlična lemljivost, otpornost na oksidaciju, pogodan za spajanje zlatne žice; relativno visoka cijena.
HASL (izravnavanje lemljenja vrućim zrakom): niska cijena; neravna površina može uzrokovati loše lemljenje malih-komponenti; skloni oksidaciji.
OSP (organski konzervans lemljivosti): Niska cijena, izuzetno ravna; krhka zaštitna folija, nije otporna na višestruko ponovno lemljenje; kratak rok trajanja.
Immersion Silver: ravna površina, dobra lemljivost, umjerena cijena; sklon oksidaciji i sulfidaciji (žuti), dugoročna pouzdanost je lošija od ENIG-a.
ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold): Optimalne performanse, vrlo pogodan za spajanje zlatne žice; najviši trošak.
Rezime
Pozlaćenje (ENIG) jastučića za SMT kristalne oscilatore prvenstveno ima za cilj da osigura da se ova ključna komponenta, koja obezbjeđuje "otkucaje srca" sistema, može uspješno zalemiti u jednom potezu tokom velike{0}}brzine, automatizirane SMT proizvodnje. Također osigurava dugoročno-stabilne i pouzdane električne i mehaničke veze.
Iako pozlaćivanje uključuje veće troškove, ova investicija je potpuno isplativa za većinu elektronskih proizvoda koji zahtevaju visoku pouzdanost (kao što su komunikaciona oprema, industrijski kontrolni sistemi, automobilska elektronika i medicinski uređaji). Pomaže da se izbjegnu kvarovi sistemskog sata, serijska prerada ili čak povlačenje proizvoda uzrokovanih defektima lemljenja.