Đồng trần bị oxy hóa trong vài giờ, và đồng đã oxy hóa không bám thiếc hàn. Xử lý bề mặt là lớp phủ mỏng trên pad giúp đồng giữ khả năng hàn cho đến khi lắp ráp. Lớp phủ này cũng quyết định độ phẳng của pad, yếu tố quan trọng đối với linh kiện nhỏ, và quyết định bo mạch có thể mang tiếp điểm hoặc wire bond hay không.
Các lớp xử lý
HASL (hot air solder leveling). Bo mạch được nhúng vào thiếc hàn nóng chảy và phần thừa được thổi đi bằng khí nóng. Có phiên bản thiếc-chì và không chì. Rẻ và bền, khả năng hàn tốt và thời gian lưu trữ dài. Bề mặt không phẳng: pad có dạng vòm, và pad nhỏ có độ dày không đều. Đây không phải lựa chọn tốt cho linh kiện fine-pitch hoặc cho BGA. Bo mạch phải qua nhúng nóng, gây ứng suất và có thể làm cong bo mạch mỏng. HASL không chì cần thiết ở nơi chì bị hạn chế.
ENIG (electroless nickel immersion gold). Một lớp niken, dày vài micromet, được kết tủa hóa học, sau đó một lớp vàng rất mỏng, chỉ một phần nhỏ của micromet, bảo vệ niken. Bề mặt rất phẳng, nên phù hợp với fine pitch và BGA, và có thời gian lưu trữ dài. Thiếc hàn liên kết với niken; vàng hòa tan vào thiếc hàn. Rủi ro đã biết: chất lượng bề mặt niken kém trong quy trình có thể gây mối hàn yếu (thường gọi là black pad). Kiểm soát quy trình tốt sẽ tránh được. Chi phí cao hơn HASL hoặc OSP.
OSP (organic solderability preservative). Một màng hữu cơ mỏng trên đồng bảo vệ đồng cho đến lần reflow đầu tiên, sau đó cháy hết. Phẳng, rẻ và không chì. Thời gian lưu trữ ngắn hơn các lớp kim loại, và màng bị hư hại do reflow lặp lại, nên phù hợp với bo mạch được lắp ráp ngay sau khi sản xuất và hàn một hoặc hai lần. Đồng trần vẫn lộ ra tại các điểm kiểm tra sau lắp ráp, và màng không nhìn thấy được, nên vết do thao tác cầm nắm là một rủi ro.
Bạc nhúng. Một lớp bạc mỏng được mạ bằng phương pháp thay thế. Phẳng, tốt cho fine pitch, và tốt ở tần số cao. Lớp này bị xỉn màu trong không khí chứa lưu huỳnh, nên cần đóng gói và lưu trữ cẩn thận và có thời gian lưu trữ ngắn hơn. Chi phí ở mức trung bình.
Thiếc nhúng. Một lớp thiếc mỏng. Phẳng, không chì, và rẻ. Thiếc trên đồng từ từ tạo thành hợp chất làm giảm khả năng hàn, nên thời gian lưu trữ bị giới hạn, và thiếc có thể mọc whisker (sợi kim loại rất mỏng) trong một số điều kiện. Được dùng cho kết nối press-fit và cho một số công việc fine-pitch.
ENEPIG (electroless nickel, electroless palladium, immersion gold). Giống ENIG với một lớp palladium giữa niken và vàng. Palladium ngăn lỗi black pad và cho phép wire bonding bên cạnh hàn. Phẳng và bền lâu; chi phí cao hơn ENIG.
Vàng cứng (electroplated nickel and gold). Một lớp vàng dày hơn nhiều và cứng hơn, được tạo bằng mạ điện và hợp kim với một lượng nhỏ cobalt hoặc tương tự. Lớp này chống mài mòn. Được dùng cho đầu nối cạnh (ngón tay mạ vàng) và pad tiếp điểm cắm và rút nhiều lần. Thường chỉ áp dụng cho các khu vực đó, và một lớp xử lý khác phủ phần còn lại của bo mạch. Đắt, và không phải lựa chọn tốt cho pad hàn thông thường.
- HASL: thiếc hàn nóng chảy được thổi phẳng. Pad có dạng vòm, không phẳng.
- ENIG: một lớp niken với một lớp vàng rất mỏng ở trên. Phẳng.
- ENEPIG: niken, một lớp palladium, rồi vàng mỏng.
- OSP: một màng hữu cơ trên đồng trần. Rất mỏng và không nhìn thấy được.
- Bạc nhúng hoặc thiếc nhúng: một lớp kim loại mỏng và phẳng.
- Vàng cứng: niken với lớp vàng dày hơn nhiều, cho tiếp điểm bị mài mòn.
So sánh
| Lớp xử lý | Độ phẳng | Fine pitch và BGA | Thời gian lưu trữ | Mức chi phí | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|---|---|---|
| HASL (thiếc-chì) | Kém | Không | Dài | Thấp | Through-hole đơn giản và linh kiện lớn hơn, ở nơi chì được phép |
| HASL (không chì) | Kém | Không | Dài | Thấp | Tương tự, ở nơi chì bị hạn chế |
| ENIG | Rất tốt | Có | Dài | Trung bình đến cao | Bo mạch fine-pitch thông thường, BGA, bo mạch có tiếp điểm |
| OSP | Tốt | Có, nếu hàn sớm | Ngắn | Thấp | Bo mạch tiêu dùng được lắp ráp nhanh |
| Bạc nhúng | Tốt | Có | Trung bình, nhạy cảm với lưu trữ | Trung bình | RF, fine pitch |
| Thiếc nhúng | Tốt | Có | Hạn chế | Thấp đến trung bình | Press-fit, một số fine pitch |
| ENEPIG | Rất tốt | Có | Dài | Cao | Wire bonding cùng hàn, bo mạch yêu cầu cao |
| Vàng cứng | Tốt | Không phải lớp xử lý để hàn | Dài | Cao | Đầu nối cạnh, tiếp điểm |
Các con số về thời gian lưu trữ ở đây là tương đối. Con số thực tế thay đổi theo nhà sản xuất và theo cách đóng gói, và thường được nêu bằng tháng; hãy hỏi nhà máy về con số áp dụng tại đó. Nếu bo mạch sẽ lưu trữ lâu trước khi lắp ráp, hãy hỏi nhà máy cách lưu trữ.
Độ phẳng quan trọng ở fine pitch. Một linh kiện phẳng hoặc stencil chỉ tiếp xúc pad dạng vòm tại điểm cao nhất của nó.
- Pad HASL có dạng vòm, và mỗi vòm có chiều cao riêng.
- Mặt phẳng của linh kiện hoặc stencil chỉ tựa trên vòm cao nhất.
- ENIG là một lớp niken mỏng và một lớp vàng mỏng hơn: pad vẫn phẳng.
- Mặt nạ hàn giữa các pad, giống nhau trong cả hai hình.
Cách chọn
- Nếu chưa rõ, hãy chọn giữa HASL không chì và ENIG. HASL cho bo mạch đơn giản với linh kiện lớn hơn, ENIG cho fine pitch, BGA và bo mạch cần pad phẳng.
- Fine-pitch hoặc BGA cần lớp xử lý phẳng. ENIG, OSP, bạc nhúng hoặc thiếc nhúng, ENEPIG.
- Ngón tay mạ vàng cần vàng cứng trên các ngón đó. Hãy nêu rõ, và nêu rõ khu vực nào.
- Wire bond cần ENEPIG hoặc một lớp xử lý khác được đánh giá phù hợp cho bonding.
- Bo mạch phải chờ trước khi lắp ráp cần lớp xử lý bền lâu. ENIG và ENEPIG là lựa chọn an toàn.
- Không chì khi được yêu cầu. Nếu sản phẩm thuộc diện hạn chế chất nguy hại, hãy chọn lớp xử lý không chì. Quy định về sản phẩm xác định yêu cầu, và trách nhiệm tuân thủ thuộc về phía đặt hàng.
- Kết hợp nhiều lớp xử lý tốn chi phí hơn. Vàng cứng chọn lọc trên bo mạch có ENIG ở nơi khác là kết hợp tiêu chuẩn, nhưng mỗi kết hợp đều thêm công đoạn.
Vấn đề thường gặp
- Mối hàn yếu trên ENIG. Hiếm khi quy trình được kiểm soát; hãy yêu cầu báo cáo quy trình nếu có yêu cầu về độ tin cậy.
- Pad xỉn hoặc không bám thiếc sau lưu trữ. Thường do oxy hóa hoặc xỉn màu vì lưu trữ lâu hoặc đóng gói kém.
- Thiếc không đều trên pad HASL. Là ảnh hưởng của quy trình, không phải lỗi; hãy chọn lớp xử lý phẳng.
- Vàng ở sai khu vực. Hãy mô tả khu vực mạ vàng trong bản vẽ, không chỉ trong ghi chú.
Cách điều này thể hiện khi đặt hàng tại đây
Lớp xử lý được chọn như một trong các tùy chọn, và giá thay đổi theo đó. Các lớp xử lý có sẵn được liệt kê trên trang năng lực sản xuất. Kiểm tra file có thể cho biết khi nào file cần một lớp xử lý chưa được đặt: ví dụ, kiểm tra báo cáo "đầu nối cạnh (ngón tay mạ vàng)" là một đặc điểm được tìm thấy khi nó không nằm trong các tùy chọn đã đặt. Kỹ sư xác nhận mọi đơn hàng. Về ảnh hưởng giá liên quan, xem Yếu tố quyết định giá của PCBA.