Kemasaan Permukaan PCB untuk BGA: ENIG, ENEPIG, ImAg, OSP

Untuk pemasangan BGA dan jarak halus, pilih kemasan rata. ENIG ialah pilihan lalai yang munasabah untuk kebanyakan papan, ENEPIG menepati harga yang lebih tinggi apabila papan itu juga memuatkan cip yang diikat dengan wayar atau akan melalui banyak kitaran terma, dan perak celup atau OSP berfungsi dengan baik apabila kos atau kehilangan frekuensi tinggi lebih penting daripada jangka hayat simpanan. HASL ialah kemasan yang kami tidak galakkan, kerana mahkota paterinya yang tidak sekata menjejaskan kedua-dua pencetakan stensil dan penempatan bebola pada pad kecil.

Berdasarkan pengalaman kami, kimia itu sendiri kurang penting berbanding dua soalan praktikal: berapa banyak laluan reflow yang akan dilalui papan tersebut, dan berapa lama papan kosong akan dibiarkan sebelum sampai ke talian SMT? Jawablah kedua-duanya dengan jujur dan pilihan biasanya akan menjadi jelas dengan sendirinya.

Mengapa kemasan permukaan lebih penting pada padang halus?

Kerana isipadu pateri mengecut manakala variasi pada kemasan tidak. Pada BGA dengan padang 1.27 mm, satu pad yang berada beberapa mikron lebih tinggi atau mempunyai sedikit pengoksidaan akan diserap oleh sapuan pes yang banyak dan bebola yang besar. Pada padang 0.5 mm dan ke bawah, bukaan adalah kecil, blok pes adalah kecil dan bebola juga kecil, jadi variasi yang sama akan mengakibatkan sambungan terbuka, jambatan atau sambungan head-in-pillow.

Empat sifat suapan penamat ini terus mempengaruhi hasil pemasangan pada bahagian ini:

•Keplanaran.Stensil mesti dilekapkan rata seperti gasket pada setiap pad. Pad yang berbonggol atau tidak rata akan menyebabkan pes terperah keluar di bawah kerajang atau meninggalkan mendapan yang terlalu pendek.

•Membasahi.Pad kecil memberikan kawasan dan masa yang sangat terhad untuk pateri merebak. Kemasan yang membasahi dengan perlahan akan meninggalkan pad yang hanya dibasahi sebahagian, yang tidak dapat dilihat sesiapa pun setelah pakej dipasang.

•Keadaan selepas aliran semula pertama.Pada papan dua belah, bahagian kedua dicetak pada pad yang telah mengalami satu kali suhu puncak. Sesetengah kemasan boleh menahan keadaan itu dengan baik; yang lain kehilangan sebahagian besar keboleh-solderannya.

•Antara muka yang tertinggal.Kemasannya menentukan sama ada sambungan terbentuk pada tembaga atau nikel, dan antara muka itulah tempat sambungan BGA biasanya gagal apabila mengalami jatuhan, lenturan atau kitaran terma.

Tiada satu pun daripada ini muncul pada imej AOI bagi BGA, kerana cantuman tersembunyi di bawah pakej. Sinar-X mengesan jambatan dan rongga besar, tetapi ia tidak akan memberitahu anda bahawa satu cantuman berada pada antara muka yang lemah. Itulah sebabnya kami menganggap pemilihan kemasan sebagai sebahagian daripadaPemasangan BGAperancangan pada peringkat sebut harga dan bukannya sekadar satu kotak yang ditanda pada pesanan fabrikasi.

Sebagai rujukan, papan FR4 standard kami menyokong jarak minimum BGA/SMD sebanyak 0.2 mm. Pada hujung julat itu, setiap satu daripada sifat di atas berfungsi hampir pada hadnya, dan adalah berbaloi untuk menyemak komponen anda dengan senarai kami tentangpakej SMT yang disokongsebelum kemasan akhir dipastikan.

Mengapa HASL tidak sesuai untuk komponen BGA dan padang halus?

Kerana ia adalah kemasan paling kurang rata dalam menu. HASL mencelupkan panel ke dalam pateri cair dan menanggalkan lebihan dengan pisau udara panas. Salutan yang tinggal berbeza-beza mengikut saiz pad, orientasi pad berbanding pisau dan kedudukan pada panel. Pad kecil cenderung keluar dengan mahkota yang bulat, manakala pad besar menjadi lebih rata.

Pada corak landasan BGA, bentuk mahkota itu menyebabkan tiga masalah berasingan. Stensil terhuyung-hayang pada titik tinggi dan tidak tertutup rapat, jadi isipadu pes berubah dari pad ke pad. Bebola boleh bergolek keluar dari pusat semasa penempatan, yang lebih ketara pada CSP yang ringan. Dan pateri yang sudah ada pada pad menambah isipadu sambungan dengan cara yang tidak pernah diambil kira dalam reka bentuk stensil anda.

HASL bebas plumbum menambah penalti terma di atasnya. Periuk pateri beroperasi pada suhu yang lebih tinggi berbanding tim-plumbum, jadi papan kosong mengalami satu lagi kitaran suhu tinggi tambahan sebelum pemasangan pun bermula. Pada papan multilapisan yang tebal, itu merupakan satu lagi pusingan pengembangan paksi-z melalui setiap lubang bersalut.

HASL dan HASL bebas plumbum masih sesuai untuk papan yang didominasi oleh komponen through-hole dan SMT kasar, dan kami membekalkan kedua-duanya. Masalahnya ialah kemasan tersebut meliputi seluruh papan. Jika terdapat satu BGA pitch halus di sudut, BGA itulah yang sepatutnya menentukan kemasan, bukannya barisan penyambung through-hole di sekelilingnya.

ENIG: di mana ia berfungsi dan persoalan pad hitam

ENIG ialah kemasan yang kami cadangkan untuk kebanyakan papan BGA, dengan syarat talian penyaduran dikawal dengan baik. Ia mendepositkan beberapa mikron nikel-fosforus tanpa elektrik diikuti dengan lapisan emas rendaman nipis, dengan keperluan ketebalan seperti yang ditetapkan dalam IPC-4552. Hasilnya adalah rata, tahan disimpan dan boleh menahan beberapa kali reflow bebas plumbum tanpa kehilangan kebolehpatuhan pateri yang biasanya berlaku pada kemasan berasaskan organik atau tin.

Semasa memateri, emas nipis larut ke dalam pateri hampir serta-merta dan sambungan sebenarnya terbentuk pada nikel. Antara muka nikel-timah itulah bahagian yang menanggung beban, dan di situlah juga terletaknya kelemahan ENIG yang diketahui.

Black pad ialah kakisan pada nikel yang berlaku dalam larutan emas celup. Emas celup ialah satu tindak balas penyesaran, bermaksud emas mendap dengan melarutkan nikel. Apabila serangan itu menjadi terlalu kuat, biasanya disebabkan oleh hanyutan kimia larutan, masa rendaman yang berlebihan atau nikel dengan kandungan fosforus yang tidak sesuai, sempadan butiran nikel akan terhakis dan satu lapisan kaya fosforus terbentuk di bawah emas. Papan kelihatan normal. Prajal mungkin juga membasahi dengan baik. Tetapi sambungan itu berada di atas lapisan yang telah dilemahkan dan boleh retak bersih di sepanjangnya apabila terkena kejutan mekanikal atau lenturan papan.

Apa yang menjadikan “black pad” begitu mengecewakan ialah pemeriksaan rutin tidak akan mengesannya. AOI dan X-ray tidak menunjukkan sebarang kejanggalan. Untuk mengesannya memerlukan pemotongan keratan rentas, menanggalkan emas dan memeriksa permukaan nikel di bawah SEM, atau ujian cabutan dan ricih secara destruktif pada sambungan sampel.

Ini ialah masalah kawalan proses, bukan alasan untuk meninggalkan ENIG. Kawalan yang penting terletak pada talian penyaduran: pH mandian, kepekatan penstabil dan logam, kandungan nikel-fosforus dan masa perendaman emas. Jika produk anda akan dijatuhkan, bergetar atau dibengkokkan semasa digunakan, maklumkan kepada kami pada peringkat sebut harga supaya ujian kelayakan dapat dipersetujui dengan pasukan kejuruteraan kami sebelum reka bentuk memasuki pengeluaran besar-besaran.

Dua perkara kecil yang kadang-kadang terlepas pandang oleh jurutera. ENIG menerima pengikatan wayar aluminium tetapi bukan permukaan yang boleh dipercayai untuk pengikatan wayar emas. Dan pateri tidak selalu merebak hingga ke bahagian paling tepi pad ENIG, yang boleh kelihatan pelik pada fillet sisi QFN tetapi biasanya boleh diterima apabila sambungan memenuhi kriteria IPC-A-610.

Bilakah ENEPIG berbaloi dengan kos tambahan?

ENEPIG berbaloi apabila papan memerlukan sesuatu yang tidak dapat diberikan oleh ENIG: pendawaian wayar emas yang boleh dipercayai, pendedahan black pad yang lebih rendah pada produk dengan keperluan jatuhan atau getaran yang ketat, atau penyolderan dan pendawaian pada permukaan yang sama. Bagi pengawal industri biasa dengan beberapa BGA dan satu atau dua laluan refluks, ia jarang menambah faedah yang mencukupi untuk membenarkan harganya.

Tindan itu menambah satu lapisan paladium autopemendapan yang nipis di antara nikel dan emas, dengan keperluan yang ditakrifkan dalam IPC-4556. Paladium melindungi nikel daripada larutan emas rendaman, yang menghapuskan sebahagian besar mekanisme di sebalik “black pad”. Ia juga menyediakan permukaan yang boleh menerima ikatan wayar emas dan aluminium, sebab itulah ENEPIG sering dipanggil kemasan sejagat.

Berikut ialah kes di mana kami biasanya mengesyorkannya:

• Papan yang menggabungkan bahagian SMT dengan cip di atas papan (chip-on-board die) atau peranti lain yang diikat wayar, supaya satu kemasan dapat digunakan untuk kedua-dua proses.

• Produk di mana keretakan BGA antara muka akan mahal untuk dikesan di lapangan, dan pelan pengesahan merangkumi ujian jatuh atau lenturan.

• Pemasangan yang akan melalui beberapa kali laluan refl ow serta kerja pembaikan BGA yang dirancang semasa NPI atau ujian.

• Papan yang menggabungkan bahagian terlekat pateri, penyambung tekan-muat dan permukaan sentuhan terdedah.

ENEPIG mempunyai risiko proses tersendiri. Jika lapisan paladium terlalu tebal, pembasahan akan menjadi perlahan dan kualiti sambungan boleh terjejas, jadi ketebalan paladium perlu kekal dalam julat yang ditetapkan. Kos juga berubah mengikut pasaran paladium, jadi perbezaan harga berbanding ENIG perlu dianggap sebagai sesuatu yang dipetik mengikut projek, bukan nisbah tetap.

Pada papan RF dan berkelajuan tinggi, ingat bahawa ENIG dan ENEPIG kedua-duanya meletakkan nikel dalam laluan arus pada pad. Pada kebanyakan frekuensi, kesannya adalah kecil. Jika bajet kehilangan anda ketat pada frekuensi gelombang mikro, maklumkan kepada kami awal, kerana jawapan yang tepat mungkin ialah kemasan tanpa nikel.

Perak rendaman, timah rendaman dan OSP: hayat simpan dan kitaran refluks

Ketiga-tiganya adalah rata, berharga lebih murah berbanding kemasan berasaskan emas dan membentuk sambungan pateri terus pada kuprum. Komprominya ialah kepekaan terhadap masa, pengendalian dan haba sebelum pemasangan, yang paling penting pada papan dua sisi dan binaan HMLV bertingkat di mana papan kosong mungkin menunggu berminggu-minggu untuk melengkapkan kit.

Perak celupan.Lapisan perak nipis di atas kuprum, sangat rata, dengan kebolehlelitan yang baik dan tanpa nikel dalam laluan isyarat, yang menjadikannya menarik untuk reka bentuk kelajuan tinggi dan RF. Kelemahannya ialah ternoda dan kepekaan terhadap sulfur di dalam udara dan dalam bahan pembungkusan. Proses yang kurang terkawal juga boleh meninggalkan rongga kecil pada antara muka kuprum-perak, dan pada BGA rongga itu terletak betul-betul di bawah bebola. Simpan papan dalam pembungkusan bebas sulfur yang dimeterai dan kendalikannya dengan sarung tangan. Dalam persekitaran perkhidmatan yang kaya sulfur, kakisan merayap ialah risiko yang diketahui pada pemasangan tanpa salutan.

Penyaduran timah.Rata dan sangat sesuai untuk pin press-fit. Masalah untuk kerja BGA ialah kuprum dan timah membentuk intermetalik yang terus berkembang pada suhu bilik dan berkembang lebih cepat dengan setiap kitaran haba, memakan timah bebas yang diperlukan oleh pateri. Papan yang membasahi dengan baik pada bahagian pertama boleh membasahi dengan ketara lebih teruk pada bahagian kedua. Misai timah adalah satu lagi pertimbangan untuk produk jangka hayat yang panjang. Kami menawarkan timah rendaman, tetapi kami jarang mencadangkannya untuk papan BGA dua belah.

OSP.Satu filem organik nipis yang memastikan kuprum kekal bersih sehingga proses pematerian. Ia rata dan biasanya merupakan pilihan kos terendah, dan sambungan yang terbentuk terus pada kuprum tahan dengan baik dalam ujian jatuh. Namun begitu, filem ini merosot setiap kali terdedah kepada haba. Selepas refluks pertama, pad yang menunggu untuk pemprosesan sebelah kedua mempunyai salutan yang lebih nipis dan sebahagiannya terurai, dan kebasahan (wetting) pad tersebut bergantung pada seberapa cepat laluan kedua dijalankan dan sama ada ketuhar menggunakan nitrogen atau tidak. Papan OSP tidak boleh dibakar untuk mengeluarkan lembapan, kerana pembakaran akan merosakkan salutan tersebut. Pad ujian yang tidak dipateri juga kekal diselaputi oleh filem tidak konduktif, yang boleh menyebabkan masalah kebolehpercayaan pada cucukan ujian dalam litar (in-circuit test).

Jadual di bawah meletakkan keenam-enam kemasan secara bersebelahan dari sudut pandang pemasangan.

*Anggaran hayat simpan dan refluks adalah panduan umum industri, bukan komitmen daripada pihak kami. Nilai sebenar bergantung pada kimia, pembungkusan, suhu dan kelembapan penyimpanan, jadi sila sahkan dengan pasukan kejuruteraan kami untuk setiap projek.

Jadual keputusan mengikut pakej dan proses

Pilih kemasan untuk pakej yang paling mencabar dan langkah proses yang paling mencabar pada papan, kemudian semak ia terhadap tempoh penyimpanan papan kosong. Jadual di bawah merangkumi situasi yang paling kerap kami lihat.

Sebelum anda mengeluarkan lukisan fab, semak senarai semak ringkas ini:

• Nyatakan kemasan dan spesifikasi IPC yang perlu dipatuhi: IPC-4552 untuk ENIG, IPC-4556 untuk ENEPIG, IPC-4553 untuk perak rendaman atau IPC-4554 untuk timah rendaman. Untuk sebarang ketebalan yang lebih ketat daripada spesifikasi, sila sahkan dengan pasukan kejuruteraan kami.

•     Beritahu kami berapa banyak laluan reflow yang papan itu perlukan dan sama ada kerja pembaikan BGA dirancang.

•     Jika papan akan disimpan atau disediakan sebagai kit untuk pemasangan kemudian, tuliskan jangka masa penyimpanan yang dijangka supaya kemasan dapat disesuaikan dengannya.

• Jika ICT dirancang, semak pad ujian mana yang kekal tidak disolder dan kemasan apa yang akan digunakan padanya.

• Tandakan cip yang disambung wayar dan bahagian tekan-muat, supaya kemasan tersebut menyokong proses-proses itu serta penyolderan.

Mendapatkan sentuhan akhir yang tepat dengan PCBCart

Di PCBCart kami membina papan daripada data Gerber anda dan memasangnya dalam program yang sama, jadi keputusan penamat dan proses pemasangan disemak bersama dan bukannya diserahkan merentasi sempadan pembekal. Pada FR4 standard kami menawarkan HASL, HASL tanpa plumbum, ENIG, ENEPIG, perak rendaman, tin rendaman dan OSP, dan semasa semakan DFM jurutera kami menyemak penamat tersebut berdasarkan campuran pakej anda, jujukan refluks dan tempoh penyimpanan yang dirancang. Pengeluaran dijalankan di kilang kami di Hangzhou dan Thailand, dan binaan campuran tinggi, volum rendah dengan bahagian BGA dan padang halus adalah sebahagian tetap daripada kerja tersebut. Hantar Gerber dan BOM anda kepada kami, beritahu kami bagaimana papan itu akan dibina dan disimpan, dan kami akan memberitahu anda penamat mana yang akan kami gunakan dan sebabnya.

Soalan Lazim

Bolehkah saya menggunakan dua kemasan berbeza pada satu papan?

Ya, terdapat kombinasi terpilih. Kombinasi yang biasa ialah ENIG pada pad SMT dengan emas keras pada jari penyambung tepi; ENIG pada sesetengah kawasan dengan OSP di tempat lain adalah satu lagi. Setiap kombinasi menambah langkah pemaskaan dan kos, dan tidak setiap padanan sesuai untuk setiap susun atur panel. Sama ada sesuatu kombinasi tertentu sesuai untuk reka bentuk anda ialah perkara yang perlu disahkan dengan pasukan kejuruteraan kami sebelum lukisan dimuktamadkan.

Adakah kemasan permukaan mengubah paras rongga BGA?

Peranannya lebih kecil berbanding kimia pes pateri, profil refl ow dan reka bentuk pad, dengan via-in-pad biasanya menjadi suspek utama. Di mana kemasan benar-benar memberi kesan ialah pada pembentukan mikrovoid antara muka, yang telah dikaitkan dengan perak celup yang dijalankan di luar tetingkap prosesnya. Jika pembentukan void menjadi kriteria kelayakan, persetujui had penerimaan dan pelan persampelan X-ray dengan pasukan kejuruteraan kami dan jangan bergantung pada pemilihan kemasan untuk mengawalnya.

Adakah kemasan itu penting jika sesuatu BGA perlu dikerjakan semula?

Ya. Kerja semula memanaskan tapak dan sebahagiannya memanaskan kawasan sekelilingnya, jadi pad pada OSP atau timah celupan akan kehilangan keboleh-solderan dengan setiap kitaran, baik di tapak yang dikerja semula mahupun di sekelilingnya. ENIG dan ENEPIG lebih tahan terhadap pemanasan setempat berulang. Jika pelan NPI anda menjangka pertukaran BGA semasa nyahpepijat atau ujian, itu sahaja sudah menjadi alasan yang baik untuk memilih kemasan berasaskan emas.

Bolehkah pad hitam dikesan pada papan kosong yang diterima?

Bukan melalui pemeriksaan visual atau ujian elektrik. Ujian keboleh-solderan mengikut J-STD-003 pada kupon akan mengesan masalah besar tetapi tidak setiap kes. Kaedah yang boleh dipercayai adalah kaedah pemusnahan: keratan rentas, penanggalan emas dan pemeriksaan SEM pada nikel. Jika program anda memerlukan bukti pada peringkat lot, sahkan dengan pasukan kejuruteraan kami tentang ujian dan rekod yang boleh disediakan untuk pesanan anda.

Adakah ENEPIG secara automatik merupakan pilihan yang lebih selamat untuk papan ujian sains hayat atau semikonduktor?

Tidak. Proses yang menentukan, bukan label sektor. Papan antara muka ATE dengan banyak BGA padang halus, kerja pembaikan berulang dan jangka hayat perkhidmatan yang panjang selalunya membenarkan penggunaan ENEPIG atau ENIG yang dikawal rapi. Papan instrumen diagnostik yang dipasang dalam satu laluan dan dihantar tidak lama selepas fabrikasi biasanya sudah memadai dengan ENIG.

Dapatkan Sebut Harga Pemasangan PCB

Sumber Berguna

•Perbandingan antara ENIG dan ENEPIG

•Fabrikasi PCB Standard

•Keupayaan Pembuatan PCB Tanpa Plumbum