Разработчики печатных плат зачастую сосредоточены на трассировке и компоновке радиоэлементов, при этом важнейшая деталь, защитное покрытие печатной платы, часто остается без внимания. А ведь этот тонкий слой оказывает существенное влияние на производительность, долговечность и надежность платы. Существует множество видов защитных покрытий, каждое из которых предназначено для определенных условий эксплуатации, бюджетов и требований совместимости. Ниже в таблице приведены различные типы покрытий, а также рассматриваются критерии выбора подходящего варианта покрытия. Прежде всего необходимо понимать, что такое защитное покрытие и какова его функция.
Защитное покрытие представляет собой тонкий слой, наносимый на медные поверхности печатной платы. Без него воздействие окружающей среды привело бы к окислению и коррозии меди и, как следствие, полному отказу платы. Защитное покрытие выполняет несколько ключевых функций:
Выбор правильного покрытия влияет на все перечисленные характеристики, поэтому на этапе производства важно принять верное решение, которое может существенно повлиять на производительность, надежность и стоимость изделия. Понимание характеристик различных покрытий и тщательный учет конкретных требований позволят сделать правильный выбор, который оптимизирует печатную плату для применения в конкретном устройстве.
Следует отметить, что не существует универсального решения, подходящего для каждого проекта. Любое применение требует своего подхода, и то, что идеально для одного случая, может оказаться неприемлемым для другого. Важно оставаться в курсе новых достижений в области защитных покрытий, поскольку инновации в этой сфере открывают широкие возможности для проектирования и производства печатныех плат.
| Тип покрытия | Характеристика | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|---|
HASL (Hot-Air Solder Leveling) Горячее лужение с выравниванием воздухом |
Процесс HASL, как правило, включает погружение печатной платы в ванну с расплавленным припоем для покрытия всех открытых медных поверхностей. Излишки припоя удаляют, протягивая плату между струями горячего воздуха («воздушными ножами»). |
|
|
HASL (бессвинцовый) Горячее лужение с выравниванием воздухом |
|
|
|
OSP (Organic Solderability Preservative) Органическое защитное покрытие |
OSP представляет собой органическое бессвинцовое соединение на водной основе, обеспечивающее ровную поверхность. Как следует из названия, это органическое покрытие наносится на медные проводники печатноый платы для защиты от окисления и сохранения паяемости. OSP содержит органическую кислоту, которая вступает в реакцию с медной поверхностью, образуя защитный стой толщиной всего в несколько атомов. Этот слой блокирует доступ воздуха к меди и предотвращает окисление. |
|
|
ENIG (Electroless Ni & Immersion Gold) Химическое никель/иммерсионное золото |
Покрытие ENIG состоит из слоя химического никеля, на которое тонким слоем наносят иммерсионное золото, защищающее никель от окисления. Данная комбинация обеспечивает стойкость к коррозии, хорошую паяемость и хорошие электрические свойства. ENIG широко используется для защиты медных контактных площадок и металлизированных сквозных отверстий от окисления, а также для облегчения процесса пайки. |
|
|
ISn (Immersion Sn) Иммерсионное олово |
Иммерсионное олово — это металлическое покрытие, осаждаемое путем реакции химическою замещения непосредственно на основной металл платы, медь, ImSn защищает лежащую ниже медную поверхность от окисления в течение установленного срока хранения. Оно более доступно по стоимости, чем ENIG и иммерсионное серебро, и соответствует директиве RoHS. Типичная толщина иммерсионного олова составляет менее I мкм. Из-за взаимодействия между оловом и медью со временем происходит их взаимная диффузия. |
|
|
IAg (Immersion Ag) Иммерсионное серебро |
Иммерсионное серебро наносится непосредственно на основной металл печатной платы (медь) методом химического замещения. Оно более доступно по стоимости, чем ENIG, и соответствует директиве RoHS. Типичная толщина ImAg составляет 0,1-0,4 мкм. Из-за характера взаимодействия меди и серебра между ними со временем происходит взаимная диффузия. |
|
|
Твердое золото (гальваническое) |
Покрытие твердым золотом, также известное как гальваническое золото, представляет собой электрохимически осажденный слой золота, который является более толстым и износостойким по сравнению с такими покрытиями как ENIG. Его сплавляют с никелем или кобальтом для повышения твердости и стойкости к истиранию, что делает его оптимальным дли контактных площадок, подверженных интенсивному механическому воздействию и требующих долговечного электрического контакта. Покрытия твердым золотом чрезвычайно износостойки и обладают длительным сроком хранения. Как правило, их используют для компонентов, рассчитанных на интенсивную эксплуатацию. Из-за низкой паяемости это покрытие редко применяют для паяемых соединений. Типичные области применения; торцевые коннекторы (краевые разъемы. англ, edge connectors), контакты аккумуляторов, тестовые платы и контакты клавиатур — везде, где требуются надежные, стойкие к износу соединения для передачи данных и обеспечения уверенного электрического контакта в цепи. |
|
|
ENEPIG Химический никель/химический палладий/иммерсионное золото |
Это трехслойное покрытие на медных контактных площадках, состоящее из никелевой основы, слоя палладия и верхнего слоя золота. Все слои наносятся метолом химического осаждения Оно похоже на ENIG, но с добавлением палладиевого слоя. Комбинация золота и палладия является более экономичной, чем чистое золото, и более долговечной по сравнению с другими покрытиями. |
|
|
EPIG/EPAG EPIG (химический палладий/иммерсионное золото) EPAG (химический палладий/автокаталитическое золото) |
Это безникелевые защитные покрытия печатных плат, разработанные для предотвращения потерь сигнала, вызванных слоем никеля, что делает их оптимальными для высокочастотных и высокоскоростных применений. В обоих видах защиты предусмотрен базовый слой палладия, покрытый золотом, но они различаются методами осаждения золота: EPIG использует иммерсионное золото, что обеспечивает более тонкий слой, тогда как EPAG применяет автокаталитическое золото, позволяющее наносить более толстое золотое покрытие. Эта особенность EPAG дает возможность использовать покрытие в сложных случаях, таких как монтаж методом микросварки (wire bonding) и пайки, что делает его более универсальным. |
|
|
|
|||
Ниже приведены критерии, которые необходимо учитывать при выборе защитного покрытия:
- Для высокочастотных применений обычно лучше подходят покрытия типа ENIG или ImAg.
- Для плат, которые будут подвергаться многократным циклам оплавления, предпочтительны ENIG или HASL.
- Для краевых разъемов и других областей, подверженных износу, требуется покрытие твердым золотом.
- EPIG без никелевого слоя улучшает характеристики сигнала в высокочастотных и высокоскоростных платах.
- EPAG и ENEPIG, как правило, превосходят другие покрытия для монтажа методом микросварки благодаря толщине и равномерности покрытия.
- Для компонентов с мелким шагом требуется ровная поверхность, что делает ENIG, ImSn или OSP оптимальными вариантами.
- Для соединителей, монтируемых запрессовкой, обычно предпочтительны гладкие и износостойкие покрытия, такие как золото или иммерсионное олово.
- Любое защитное покрытие, как правило, совместимо с компонентами, монтируемыми в отверстия.
- Такие компоненты как BGA и QFN оптимально сочетаются с ENIG.
- Для условий повышенной влажности рекомендуются стойкие к коррозии покрытия, такие как ENIG.
- Для применений, связанных с экстремальными температурами, наиболее хорошо себя зарекомендовали твердое золото и ENIG благодаря своим долговечности и проводимости.
- При вероятном воздействии химикатов или растворителей следует использовать покрытия с высокой коррозионной стойкостью, такие как ENIG и твердое золото. ImSn и OSP могут не столь эффективно выдерживать жесткие условия.
- Для крупносерийного производства белее экономически эффективными могут быть HASL или OSP.
- Для прототипов или мелкосерийного производства подходящими вариантами, несмотря на более высокую стоимость, могут быть ENIG или ImSn.
- ENEPIG и твердое золото являются наилучшими вариантами для длительного хранения.
- ENIG обеспечивает увеличенный срок хранения и подходит для широкого спектра применений.
- Альтернативными вариантами являются ImAg и HASL.
- Для достижения оптимальных результатов материалы следует хранить в среде, свободной от влаги, и соблюдать установленные правила.
- OSP и иммерсионные покрытия обычно имеют более короткие сроки хранения, как правило, не более шести месяцев.
- Выбор защитного покрытия печатной платы может существенно повлиять на соответствие нормативным требованиям, в первую очередь — директивам RoHS и другим экологическим стандартам. Некоторые покрытия, особенно содержащие свинец, могут не соответствовать этим требованиям, что приведет к необходимости выбрать альтернативный вариант.
- В таких отраслях, как медицинская техника или аэрокосмическая промышленность, могут существовать специальные требования к финишным покрытиям печатных плат. Необходимо убедиться, что покрытие соответствует отраслевым стандартам и другим регламентирующим документам.
Требования к защитным паяльным маскам (финишным покрытиям) регламентируеются ГОСТ Р 54849-2011 (Маска паяльная защитная для печатных плат. Общие технические условия).
Целью данного стандарта является систематизация требований на базе соответствующих методов испытаний для оценки качества паяльной маски и подтверждения ее применимости для использования в стандартных печатных платах. Эти требования определены критериями надежности печатных плат при эксплуатации в условиях потребителя и должны применяться также для оценки качества в процессе производства печатных плат.
Паяльные маски, соответствующие стандарту, при нанесении на печатную плату должны предотвращать образование и прилипание капель припоя, образование перемычек, мостиков припоя, скопление припоя и физическое повреждение печатной платы. Паяльная маска должна замедлять миграцию металла по поверхности печатной платы и другие формы вредных или проводящих образований.
В данном стандарте применяются два класса требований Т и Н к функциональным характеристикам и результатам тестирования, базирующихся на требованиях поставщика и потребителя. Характеристики, относящиеся к одному классу, не должны расширяться настолько, чтобы охватывать другой класс.
Т - паяльная маска данного класса применяется в компьютерах, приборах, инструментах, в некритичном военном оборудовании. Паяльная маска этого класса на печатной плате должна обеспечивать функционирование высокотехнических коммерческих и промышленных изделий, для которых предусмотрено требование продолжительной работы, однако перерыв в работе не является критичным.
Н - паяльная маска данного класса предназначена для изделий и оборудования высокой надежности, в том числе военного назначения, для которого непрерывная работа является обязательным условием, то есть простой не допускается.
В технических требованиях чертежа печатной платы рекомендуется ввести пункт отностиельно защитной паяльной маски (финишного покрытия), например: "Произвести покрытие защитной маской по технологии завода-изготовителя в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54849-2011, предохранив монтажные отверстия, контактные площадки".