Рекомендации по монтажу печатных плат с покрытием иммерсионным золотом(Electroless Nickel / Immersion Gold - ENIG) .

      Финишное покрытие печатных плат химическим Ni/Au предназначено для групповой пайки, то есть пайка SMD-компонентов производится посредством оплавления паяльной пасты в конвекционной либо инфракрасной печи, а компоненты монтируемые в отверстия печатной платы паяются «волной припоя» с предварительным флюсованием и прогревом платы.

     Оба этих процесса сходны тем, что перед пайкой происходит предварительный прогрев печатной платы, подготавливающий золотое покрытие (за счёт компонентов флюса) к улучшенному растеканию припоя по поверхности контактных площадок платы. Кроме того, в процессе пайки золото растворяется в расплавленном олове, а при описанных выше процессах, за счёт предварительной подготовки печатных плат, пайка производится быстро (не более 0,5 сек.), что уменьшает растворение тонкого (около 0,1 мкм) золотого покрытия.

    Обеспечить такие условия при пайке паяльником практически невозможно. Но на практике иногда приходится применять паяльник при пайке «золочёных» плат. Идеальных результатов при этом добиться невозможно, но практика нашей работы позволяет дать некоторые практические советы по монтажу печатных плат с покрытием иммерсионным золотом:

• чем меньше времени прошло между изготовлением печатной платы и её монтажом, тем лучше плата паяется;
• использование активных флюсов не даёт эффекта, так как золото не окисляется;
• лучше использовать флюсы, предназначенные для пайки «волной». Мы используем универсальный органический флюс фирмы Multicore Solders X33-12i (можно канифольные X41-01i или MFR301);
• все элементы, монтируемые в отверстия, устанавливаются на печатную плату, но не припаиваются;
• на плату наносится флюс, после чего он просушивается для частичного удаления жидкой составляющей, (это увеличит скорость нагрева платы при пайке);
• надо применять припои с пониженной температурой плавления, например Sn63Pb37; температура жала паяльника устанавливается выше, чем при пайке обычных печатных плат на 25–30 °С.

Рекомендации по монтажу печатных плат с покрытием иммерсионным оловом ImSn (Immersion Tin)

      Иммерсионное олово (Immersion Tin, ImSn) — ещё одна альтернатива HASL-процессам. Популярность ImmSn растёт за счёт обеспечения хорошей смачиваемости припоем и демонстрирует беспроблемную и лучшую паяемость, чем иммерсионное золото ENIG (Electroless Nickel / Immersion Gold). Для чистого олова, применяемого в качестве финишного покрытия, характерны две основные проблемы — образование так называемых «усов» олова и образование интерметаллических соединений CuXSnY, которые могут явиться причиной ухудшения паяемости. В паяных соединениях интерметаллический слой играет роль механической связки. Но, так как толщина оловянного покрытия весьма невелика (до 1,5 мкм), в процесс формирования интерметаллидов этот тонкий слой олова быстро поглощается («съедается»), интерметаллиды подвергаются окислению, и покрытие утрачивает способность к пайке. Из-за данного эффекта такое покрытие может потерять паяемость за две недели.

              В процессе нанесения ImSn по технологии Stannatech фирмы Atotech, неблагоприятные явления предотвращаются введением барьерного подслоя, и способность к пайке чистого олова (1…1,2 мкм) с барьерным подслоем (0,1…0,2 мкм) гарантированно сохраняется до 6 месяцев, при нормальных комнатных условиях, и до года, при соблюдении рекомендуемых условий хранения и использования. Однако, формирования интерметаллидов продолжается при хранении (хотя и значительно медленнее) и при пайке. Так, хранение в течении года «съедает» примерно 0,45 мкм из 1,2 мкм слоя олова, а три цикла оплавления при температуре 235 °С «съедают» 0,35 мкм. Из этих соображений, можно сделать вывод, что после хранения печатных плат в течении 6 месяцев (при нормальных комнатных условиях), чистого олова будет достаточно для последующей пайки за три цикла оплавления. Но, в силу объективных причин в реальном монтажном производстве, «беспроблемная паяемость» сохраняется не всегда.

             Можно выделить 4 ситуации, при которых повышается скорость деградации покрытия в несколько раз, и как следствие ухудшается способность покрытия к смачиванию припоем:

• превышение рекомендуемого срока хранения (~ от 6 до 12 мес.);
• неблагоприятные условия хранения, приводящие к образованию коррозии;
• увеличение количества циклов оплавления в печи и времени хранения между циклами (больше 24 часов);
• нарушение технологии пайки — повышение температуры до 260…270 °С или времени нахождения плат в области высоких температур.

           После внедрения процесса мы достаточно хорошо изучили свойства паяемости на своей практике в различных ситуациях и выработали практические рекомендации для «беспроблемной пайки» наших плат с покрытием иммерсионным оловом (ImmSn):

Первая и самая главная рекомендация — при первом цикле пайки оплавлением, в особенности когда планируется в дальнейшем допайка второй стороны, или допайка штыревых компонентов, необходимо нанести паяльную пасту на все открытые площадки, в т.ч. на немонтируемые. И тогда, после оплавления, можно избежать всех выше перечисленных ситуаций, т.к. в результате оплавления останавливаются неблагоприятные процессы в покрытии, а так же исчезают их последствия (в т.ч. исчезают подозрения на «усы» и т.п. осложнения).

Вторая — если по какой либо причине нанести пасту и оплавить не предоставляется возможным, то необходимо максимально сократить интервал хранения между пайкам. В этом случае, при соблюдении условий и срока хранения, обращения с платами, покрытие гарантированно выдерживает 3 цикла оплавления при температуре до 235 °С, без ухудшения свойств паяемости. При пайке можно использовать любые неактивные флюсы (например флюс Multicore MF210 / X33-12i) или флюсы на канифольной основе. При допайке после 2-4 циклов, лучше всего использовать более активные флюсы (например флюс INDIUM WF-9942 или флюс-гель TACFlux 020B).

Третья — при истекшем сроке хранения, увеличении количества циклов оплавления или интервала между пайкой, или несоблюдении условий хранения, нарушение технологии пайки и т.п. лучше всего помогает «реанимировать» паяемость покрытия, пайка паяльной пастой (например KESTER R276) содержащий активный флюс.

           В заключении хотелось бы отметить следующее — некоторые монтажники пытаются компенсировать ситуацию, поднимая ещё на одну ступень температуру пайки. Но нужно помнить, что увеличение температуры на каждые 8…10 °С от рекомендованной температуры, изменяет скорость всех процессов, в том числе скорость деградации покрытия, в два раза. Кроме того, нарушения температурных режимов оплавления и пайки неблагоприятно влияет на диэлектрическое основание плат, металлизацию отверстий. Диэлектрическое основание плат после температуры стеклования (повышение температур паек до 260…270 °С) интенсивно расширяется и за счет этого нагружает металлизацию отверстий и сдвигает внутренние соединения в многослойных печатных платах. Это может привести к многочисленным разрывам соединений и трещинам в объёме оснований плат.