HASL у односу на ENIG: Како одабрати правилну обраду површине ПП за ваш пројекат

Увод

Процес завршне обраде површине штампаних плоча не само да може максимално побољшати лемљивост и опште перформансе штампаних кола (PCB), већ такође формира заштитни слој који спречава оксидативну корозију бакарних површина штампаних кола. Ово може додатно ефикасно продужити укупан век трајања штампаних кола и на крају обезбедити да испоручени производи у потпуности задовољавају релевантне стандарде које је дефинисала индустрија. Тренутно постоји бројни процеси завршне обраде површине у индустрији, од којих су Лемљење топлим ваздухом (HASL) и Електролитски нанет никл са имерзионим златом (ENIG) две основне технологије са најширом применом и највећом учесталошћу коришћења. Обе ове методе имају своје предности и недостатке. Овај водич систематски ће истражити кључне разлике, техничка својства и карактеристике примене између две технологије: Лемљење топлим ваздухом (HASL) и Електролитски нанет никл са имерзионим златом (ENIG). На крају ће вам обезбедити јасну основу за референцу како бисте тачно одабрали најпогоднији процес завршне обраде површине штампаних кола у складу са вашим специфичним захтевима у фазама пројектовања и производње штампаних кола.

Значај површинских завршних обрада у пројектовању и производњи штампаних плоча

Површинска обрада има кључну улогу у процесима пројектовања и производње штампаних плоча (ПЦБ). Овај процес ефикасно заштићује отворене бакарне контактне пољке на ПЦБ-ма од оксидације, спречавајући директан контакт са ваздухом. Избор неподобране методе површинске обраде директно ће угрозити поузданост лемних везова и негативно утицати на електричну проводљивост. На површину ПЦБ мора се нанети равномерни заштитни слој како би се осигурала формирање висококвалитетних лемних везова и продужен укупни век трајања плоче.

Технологија површинског монтажирања (SMT) један је од основних процеса у производњи електронике. Поступци обраде површине чине кључну основу која осигурава стабилан рад SMT-а. Ови поступци стварају глатке и равне површине за лемљење у SMT применама, чиме се осигурава стабилно и прецизно позиционирање микроскопских електронских компоненти. Стога, избор одговарајућег метода обраде површине директно одређује коначни резултат процеса производње ППМ-ова, имајући одлучујући утицај на квалитет плате, ефикасност монтаже и коначну поузданост производа.

Pregled Završni premazi PCB površina : Tipovi i primena

Постоји много врста процеса обраде површине ППМ-а, од којих сваки има своје јединствене предности као и специфичне сценарије употребе. Стога, приликом бирања оптималног процеса, морају се узети у обзир многи фактори, укључујући ограничења трошкова, рок трајања, радни услови, размак компоненти и одговарајући прописи.

Најчешће коришћене методе обраде површине су:

1. HASL (равнинање лема врућим ваздухом)

• HASL са оловом : Традиционални процеси који користе легуре калаја и олова повлаче се јер не испуњавају стандарде безбедности и RoHS.
• HASL без олова : Овај процес користи легуру калаја и бакра или легуру калаја, сребра и бакра, које су стандардни елементи за већину нових штампаних плоча.

2. ENIG (хемијско наношење никла и имерзијско злато)

• Овај процес обраде површине прво наноси слој никл електролизом, а затим танак слој имерзионог злата. ENIG процес ствара глатку и равну површину, што је идеално за технологију површинског монтажирања (SMT) и компоненте са малим размаком.

3. OSP (Органски средства за очување лемљивости)

• OSP је процес обраде површине који штити бакар тако што прекрива његову површину органским једињењем пре прве лемљења. Овај процес је економичан, али има ограничена трајност.

4. Имерзиони калај

• Имерзиони калај, познат и као бела калајна плочица, може да створи фину, глатку и униформну површину. Идеалан је за технологију површинског монтажирања (SMT), али је век трајања ограничен ризиком од калајних изданака.

5. Имерзиони сребро

• Ова обрада површине слична је имерзионом калају, омогућава изузетну лемљивост и добре електричне особине, али је површина склона оксидацији и потамњењу.

6. Тврдо злато (Електролитско злато)

• Овај процес се углавном користи за ивиčне конекторе као што су „златни прсти“ и има изузетну отпорност на хабање.

7. ENEPIG (Електролошко никловање, електролошко паладијумско галванизирање, имерсионо злато)

• Ова вишеслојна обрада површине не пружа само ЕНИГ-у изузетну отпорност на корозију, већ је чини погодном за жичано спајање и лемљење.

Детаљнији поглед на HASL завршну обраду површине

Лемљење врућим ваздухом (HASL) остаје један од најчешће коришћених процеса обраде површине у производњи ППМ-ова. Сматра се идеалним решењем за бројне стандардне примене због својих двоструких предности — економичности и поузданости рада. Посебна популарност HASL-а у ППМ дизајнима средње до ниске комплексности заслужује дубље испитивање, на шта ћу се следеће фокусирати.

Шта је HASL?

Изравнивање врућим ваздухом (HASL) је процес површинске обраде који се користи у производњи штампаних плоча (PCB), чија основна операција подразумева наношење слоја топљеног лема на бакарне контактне површине PCB-а. Овај процес омогућава структурно стабилну и поуздану основу за лемљење на површинама контактних тачака, чиме се осигурава безпрекорно извођење каснијих операција лемљења. Штавише, формира ефикасан заштитни слој на бакарним површинама плоче који спречава директан контакт са кисеоником из атмосфере, тако ефикасно спречавајући деградацију плате услед оксидације.

Процес

• Припрема PCB чишћењем бакарних површина.
• Плоча се урони у топљени лем.
• Изравнивање врућим ваздухом може учинити површину лема глатком и обезбедити равномерно покривање отворених бакарних слојева лемом.
• Плоча се хлади и шаље на завршну контролу.

Врсте HASL-а

• HASL са оловом : Иако се овај процес и даље често користи у неким регионима и традиционалним применама, он није у складу са RoHS стандардима.
• HASL без олова : То је преферирана обрада површине за модерне еколошки прихватљиве електронске производе и има веома широко подручје примене.

Предности и мане HASL-а

Prednosti:

• HASL нуди значајне предности у погледу трошкова у односу на друге обраде површи, због чега је идеалан за прототипове и масовну производњу.
• HASL обезбеђује изврсну лемљивост за компоненте са провученим контактима и велике SMT компоненте.
• Изравнивање врућим ваздухом (HASL) идеално је за штампане плоче које не захтевају висок степен равнине или мале размаке.
• Ова метода обраде површина је лака за проверу и подржава како ручне тако и аутоматизоване методе за проналажење грешака при монтажи.

Nedostaci:

• HASL можда неће моћи да обезбеди глатку, униформну површину потребну за BGA и фине SMD уређаје.
• Без обзира да ли се користи HASL са оловом или без олова, доћи ће до неједнаке дебљине премаза и храпавости површине.
• За примене са високом учестаношћу или високим перформансама, интегритет сигнала и равност површине су критични, а HASL није оптималан процес обраде површине ППП-а.
• У срединама са високом температуром или влажношћу, издржљивост HASL прекривања је лошија у односу на друга прекривања површина.
• HASL са оловом не испуњава захтеве заштите животне средине и стога се постепено напушта у корист безоловних алтернативних процеса.

Када користити HASL

• HASL је идеалан за трошковно осетљиве дизајне који користе компоненте са великим размаком и проводнике кроз отворе и не захтевају компатибилност са веома малим размаком.
• Ако је дизајн прототип или ће бити састављен ускоро након производње, користите HASL како бисте спречили оксидацију.

HASL и ENIG: Разлике и сличности

Иако су оба процеса генерално позната стручњацима, пројектанти ППП-а треба да имају на уму да се основне разлике између HASL и ENIG пројектују на више димензија:

• HASL površinska obrada je jeftinija od ENIG, ali glatkoća površine nije tako dobra kao kod ENIG.
• Izuzetna glatkoća i otpornost na koroziju čine ENIG važnim materijalom za primene koje zahtevaju ravne površine i dugi rok skladištenja.
• Izbor između HASL i ENIG površinske obrade zavisi od rasporeda štampanih ploča, procesa montaže i propisanih zahteva.

Fokus na ENIG završnu obradu površine

Šta je ENIG?

ENIG je proces površinske obrade koji nanosi sloj nikla na bakar, a zatim ga uranja u zlato. ENIG površinska obrada se preferira zbog svoje glatke, ravne površine i kompatibilnosti sa paketima sa finim razmakom, BGA i HDI dizajnima.

ENIG proces

• Ploča se čisti i podvrgava mikro-trenju kako bi se otkrio novi sloj bakra.
• Hemijsko nikelovanje se koristi za formiranje jednoličnog sloja nikla.
• Tanki sloj zlata se nanosi na nikl pomoću procesa imerzionog nanošenja, što efikasno sprečava oksidaciju.

Зашто ENIG нуди боље перформансе

• Равна површина ENIG-а чини га идеалним за технологију површинског монтажирања и захтеве лемљења код компонената са малим размаком.
• ENIG обрада површине нуди изузетну отпорност на корозију, осигуравајући дужи рок трајања штампаних плоча и стабилне перформансе чак и у неповољним условима.
• ENIG обрада површине не само да осигурава одличну равнину површине за лемљење, већ такође показује већу издржљивост и подржава више циклуса лемљења и переделкивања.
• ENIG површина је по подразумеваном стандарду у складу са RoHS директивом.
• Иако ENIG обрада површине може бити скупља од термичког изравнивања ваздухом (HASL), ова инвестиција се исплати када су у питању принос, поузданост и перформансе за многе захтеве напредних компоненти.

Предности и недостаци ENIG-а

Prednosti:

• ENIG нуди равну, глатку површину за лемљење, због чега је идеалан за BGA, SMD компоненте са малим размаком и HDI распореде.
• Смањује ефекат 'камен споменик' и отворене фуге у производњи компоненти за површинску монтажу.
• ENIG je veoma izdržljiv i otporniji na koroziju i oksidaciju u odnosu na HASL ili OSP.
• Ima dug rok trajanja i izvrsnu kompatibilnost sa modernim postupcima zavarivanja.
• Ne postoji rizik od zagađenja olovom, i uvek je u skladu sa RoHS standardima.

Nedostaci:

• ENIG je skuplji od drugih procesa površinske obrade, naročito u poređenju sa HASL-om.
• Ako ga ne obrađuje ugledni proizvođač PCB ploča, može doći do defekta „crna podloga“.
• Zbog krhkosti sloja zlata i složenosti procesa, mogućnost popravke može biti lošija nego kod HASL-a.

Kada koristiti ENIG

• Projektanti PCB ploča treba da odrede ENIG površinsku obradu kada rade sa komponentama sa finim razmakom izvoda, BGA kućištima, HDI pločama ili osetljivim analognim/RF aplikacijama, jer ovi dizajnerski scenariji zahtevaju superiornu površinsku performansu i preciznost.
• ENIG je najbolji izbor kada vam je potreban dug vek trajanja PCB ploče, stabilne osobine lemljenja i saglasnost sa ekološkim standardima.
• Odabir odgovarajuće površinske obrade PCB-a od presudnog je značaja za performanse ploče i učinkovitost primene. Iako ENIG može podrazumevati veće troškove u odnosu na HASL, njegova izuzetna dugoročna pouzdanost čini ga preferiranim procesom u vazduhoplovnoj, medicinskoj opremi, telekomunikacijama i visokoklasnim potrošačkim elektronskim industrijama.

Prednosti ENIG-a

• Ovaj proces osigurava izuzetno glatku površinu i omogućava visoko precizno pozicioniranje.
• Ovaj proces osigurava pouzdanost SMT montaže i smanjuje rizik od grešaka pri lemljenju.
• Procesi površinske obrade ENIG pružaju glatke, ravnomerne površine, što je od ključne važnosti za očuvanje integriteta signala u visokofrekventnim koloima i smanjenje gubitka i refleksije signala.
• ENIG površinska obrada pogodna je i za procese žičanog spajanja i primenu ivičnih konektora koji zahtevaju galvansko prevlačenje zlatom.
• ENIG površinska obrada je veoma kompatibilna sa automatskom optičkom inspekcijom (AOI) jer njena glatkoća i refleksivnost površine olakšavaju prepoznavanje grešaka na zavarima.

HASL u odnosu na ENIG: Detaljna poređenja

Izbor između HASL i ENIG procesa površinske obrade zahteva sveobuhvatan pristup više faktora, uključujući zahteve za performansama štampanih ploča, ograničenja budžeta projekta, stvarne procese montaže i oblasti primene konačnog proizvoda. U nastavku će biti prikazana detaljna analiza poređenja ova dva procesa:

Кључне разлике између HASL и ENIG:

• HASL технологија се обично користи када је цена примарни критеријум, а равност мање важна.
• ENIG је процес површинске обраде који остварује глатку, равну површину погодну за висококонцентралне дизајне.
• HASL процес нуди бољу могућност поновне обраде, док ENIG осигурава бољу перформансу лемљења за мале или осетљиве делове.
• Иако је ENIG скупљи од HASL-а, без сумње је најбољи избор за многе примене, посебно оне које захтевају дуг век трајања и поузданост.
• ENIG је познат по својој усклађености и врхунским перформансама, због чега је популаран избор у модерном дизајнирању и производњи штампаних плоча за напредне, дуготрајне или глобално дистрибуиране производе.

Друге опције површинске обраде за пројекте штампаних плоча

Док већина дизајнера обично бира између HASL и ENIG, постоји заправо много других опција за процесе обраде површине штампаних плоча:

• OSP : Овај процес је економичан за одређене SMT скупове, поготово погодан за сценарије мале серије који захтевају брзу производњу.
• Imersijsni kalaj : Овај процес може задовољити захтеве равне површине и безоловног процеса, али има краћи рок трајања.
• Имерсија сребра : Овај процес је погодан за примене са високом брзином и високом фреквенцијом, али услови складиштења и управљања захтевају строгу контролу.
• Тврди злато (електролитско) : Овај процес се често користи за ивиčне конекторе због отпорности на абразију, али његова примарна сврха није осигуравање спојивости лемљењем.
• ENEPIG : Овај процес додаје слој паладијума на основу ENIG, даље побољшавајући његове предности и елиминишући ризик од црних подлога, чинећи га идеалним избором за војну или медицинску опрему.

У одређеним специјалним околностима, ови алтернативни процеси могу бити најбоља опција, а дизајнери би требало да консултују поуздане произвођаче ППС-а како би у потпуности проценили све изводљиве опције.

Фактори које треба узети у обзир приликом бирања одговарајућег завршног премаза ППС-а

Приликом бирања погодног процеса обраде површине штампане плоче, неопходно је узети у обзир следеће кључне параметре:

• Каркатеристике дизајна ППС-а : Оптимално решење за обраду површине ППС-а зависи од три кључна техничка фактора: размак између контактних поља, процес отвора унутар поља и употреба компонената типa BGA са микросферама.
• Proces montaže : Технологија површинског монтажирања, процес лемљења рефлуксом и могуће потребе за поновним радом.
• Pravilna saglasnost : Да ли ваш производ мора да испуњава стандарде RoHS, REACH или IPC нивоа 2/3?
• Количина производње и временски оквир : Трошак по плочи и време током којег ће плоче бити складиштење пре монтаже.
• Оперативна средина : Влажност, температура, вибрације и могући поправци на терену.
• Očekivana trajnost : Век трајања штампаних плоча, посебно за критичне индустријске, аутомобилске или аеропросторне системе.
• Ограничења трошкова : Пронађите производ са најбољим односом цена-перформансе, без компромиса неопходних квалитета или прописа.
• Стручност добављача : Ваш избор може бити ограничен технолошким могућностима и нивоом контроле процеса (посебно код ENIG-а).

Савети за избор одговарајућег финиша површине за ваш пројекат

• Консултујте се на раној фази са произвођачима : Неки произвођачи штампаних плоча су доказали своје капацитете у раду са ENIG-ом, док други могу препоручити HASL, OSP или ENEPIG у зависности од ваших пројектних приоритета.
• Процијените резултате прототипа : Тестирање у малим серијама је спроведено коришћењем HASL и ENIG поступака обраде површине ради провере квалитета лемљења, естетских недостатака и дугорочне оксидације.
• Дајте приоритет прописности и дуговечности : За глобалне, медицинске, аутомобилске или аерокосмичке пројекте, процеси површинске обраде ENIG и ENEPIG често су најбољи избор, јер је њихова укупна перформанса знатно боља од HASL и OSP.
• Балансирајте трошак и равнину : За једноставне прототипе ниског густинског споја, HASL је идеалан и економичан избор; међутим, за вредносно више, фине пич-размак или дуготрајне производе, додатни трошак ENIG постаје неопходан избор како би се осигурала поузданост производа.
• Размотрите складиштење и логистику : Ако се PCB мора дуго складиштити пре монтаже, избегавајте употребу OSP и HASL; уместо тога, одаберите ENIG процес, који омогућава дуготрајну заштиту од оксидације и осигурава заваривост.
• Zahtev za certifikatima : У критичним применама, неопходно је добити сертификате прописности, податке о тесту рокова трајања и записе о контроли процеса —naročito ENIG (koji je ključni korak kontrole kvaliteta u sprečavanju problema crnih pločica).
• Користите податке визуелне и аутоматизоване инспекције : У масовној производњи, компатибилност ENIG-а са аутоматском оптичком инспекцијом треба да се у потпуности искористи ради остварења серијске производње.

Трендови у индустрији завршних обрада површина за штампане плоче

• Минијатурезација и доминација финих размака : Како дизајнери настављају да теже вишем нивоу интеграције, ENIG и ENEPIG су постали неизбежан избор за напредне штампане плоче због својих одличних перформанси.
• Еколошки прописи и одрживост : HASL са оловом се брзим темпом елиминише широм света. ENIG и друге безоловне технологије завршне обраде површина данас су главни тренд на свим тржиштима.
• Побољшања у аутоматској инспекцији : Због све веће примене AOI (аутоматска оптичка инспекција) и X-реј инспекције лемних везова, постављени су виши захтеви према равнини и рефлективности површине штампаних плоча, што је још један разлог зарастајућу популарност ENIG технологије завршне обраде површина.
• Фокус на поузданост, а не само на цену како електронски уређаји продиру у све области, од транспортних средстава до импланата, фокус људи се помера са једноставне цене ка веку трајања, одрживости и безбедности корисника.

Често постављана питања о HASL и ENIG-у

П: Које су главне предности и мане избора између HASL и ENIG-а?

О: HASL процес је приступачан и флексибилан, али има ограничења у погледу компоненти са малим размаком и вeka трајања. Са друге стране, ENIG процес обезбеђује равну, поуздану и еколошки прихватљиву површину, али је скупљи и захтева искусне произвођаче.

П: Када треба да користим HASL или ENIG?

О: HASL процес је погодан за прототипове, производњу у малим серијама и наруџбине са већим буџетом. ENIG процес је погодан за производе високе густине, производе дугог рока трајања или производе који испуњавају одговарајуће прописе.

П: Може ли завршна обрада површине утицати на електричне перформансе моје штампане плоче?

A: Да, обрада површине утиче на лемљивост, губитак сигнала, усклађеност импедансе, оксидацију и општи квалитет штампане плоче. У поређењу са HASL-ом, ENIG је посебно погодан за високобрзинске и високопрецизне кола.

П: Да ли је ENIG увек најбоља завршна обрада PCB површине за сваки пројекат?

A: Иако ENIG обрада површине нуди изузетну равнину, отпорност на корозију и дуг век трајања, она није неопходна за све PCB пројекте због вишег трошка. За дизајне који користе само компоненте са великим размаком или једноставну технологију провучених отвора, HASL обрада површине је добар избор због нижих трошкова и лакше поновне обраде. Међутим, за BGA, HDI или плоче које раде у неповољним условима, ENIG обрада површине је оптимално решење како би се осигурала најбоља исплата монтаже и дуготрајна поузданост.

П: Који су најчешћи дефекти повезани са сваком врстом завршне обраде?

О: За процес HASL, уобичајене грешке укључују мостове лема (због неравномерне обраде површине) и неправилну висину контактних поља, што омета монтажу компоненти са малим размаком. За процес ENIG, најзначајнија грешка је појава „црне тачке“, врста корозије никла која може отежати формирање лемних веза ако контрола процеса није строга.

П: Како да одаберем најбољу завршну обраду површине ППМ-а за животни век свог производа?

О: Оптимална обрада површине штампане плоче (ППМ) зависи од целокупног животног века: Да ли је потребна међународна испорука ППМ-а? Да ли је потребно дуготрајно складиштење? Да ли ће бити изложена високој влажности или честим променама температуре? У овим случајевима, избор између HASL и ENIG има решавајући значај. ENIG осигурава поуздану заштиту приликом међународне испоруке и дуготрајног складиштења, док је HASL погодан за монтажу по захтеву и мање захтевне примене.

Закључак: Избор најбоље завршне обраде површине ППМ-а

Odabir pravog procesa završne obrade PCB-a zahteva uravnoteženje različitih faktora, kao što su tehnički, ekonomski i logistički zahtevi. Iako su HASL i ENIG dva najčešće korišćena procesa završne obrade za moderne PCB-ove, njihov stvarni učinak može se znatno razlikovati u zavisnosti od zahteva projekta.

• HASL (poravnavanje lema vručim vazduhom) je široko korišćen proces završne obrade pogodan za projekte sa niskim zahtevima za cenom, jednostavnim procesima ili niskim zahtevima za ravnošću površine. Ovaj proces je kompatibilan sa većinom SMT i provučenih komponenti, što ga čini odličnim izborom za korisnike koji žele da smanje proizvodne troškove.
• ENIG (Elektrohemijski nikel impregniran zlatom) је процес површинске обраде који омогућава равну површину, изузетну отпорност на корозију, усклађеност са еколошким стандардима и одличну лемљивост за захтевне пројекте дизајна и производње штампаних плочица (PCB). Иако је ENIG скупљи од високоадхезивног сребра (HASL), већа трајност, већи принос производње и дужи рок трајања чине га идеалном површинском обрадом за високонапонске, високогустине и високовредне PCB плочице.

Кључна табела са закључцима:

Коначни савети за избор одговарајућег завршног обраде површине ППП-а:

• Консултујте произвођача штампаних плоча што је пре могуће; они ће вас упутити у избор методе обраде површине која одговара технологији и тржишту вашег пројекта.
• За производе који захтевају фину уградњу СМД, ХДИ или дугу робну трајност, поузданост коју нуди ЕНИГ једноставно нема пар у односу на ХАСЛ.
• За прототиповање, аматерску производњу електронике или штампане плоче са великим размаком контактних поља и једноставним захтевима, ХАСЛ остаје једна од најефикаснијих опција по питању цена-однос-ка-квалитет.
• Приликом бирања процеса обраде површине ППП-а за вашу примену, уверите се да одаберете решење које најбоље испуњава захтеве у вези перформанси производа, прилагођености условима средине и стандардима сујетства.

У брзо развојној електронској индустрији, одабир правилног процеса обраде површине ППМ-а је основна вештина коју морају овладати сви инжењери и стручњаци за набавку. Без обзира да ли имају приоритет перформансе, усклађеност, трошкови или дуготрајност, познавање предности и недостатака HASL и ENIG обраде површина може вам помоћи да дођете до тачних одлука и на крају производите ППМ производе који превазилазе очекивања.