Финишные покрытия печатных плат: ENIG против HASL
Финишные покрытия печатных плат — это металлические или органические покрытия, необходимые для защиты медной поверхности и улучшения паяемости. Бессвинцовые покрытия, получаемые по методу HASL (выравнивание припоя горячим воздухом), широко распространены в производстве печатных плат, и если заказчик не указывает необходимое финишное покрытие, то по умолчанию подразумевается, что производитель будет использовать бессвинцовый HASL. Однако бессвинцовые покрытия HASL не подходят для гибких печатных плат и жестких плат толщиной менее 0,5 мм. В таких ситуациях HASL часто заменяют покрытиями ENIG, выполненными иммерсионным золочением по подслою никеля, или органическими покрытиями OSP, которые защищают медные поверхности до пайки, но при пайке полностью растворяются.
Покрытия HASL и бессвинцовые HASL
HASL — это способ покрытия с использованием оловянно-свинцового припоя, который наносится на контактные площадки печатной платы, после чего происходит выравнивание поверхности с помощью горячего воздуха. Толщина покрытия HASL составляет 1–2 мил (25,4–50,8 мкм, или 0,025–0,05 мм). HASL — дешевое финишное покрытие, обеспечивающее хорошую паяемость (рис. 1).
Однако HASL не отвечают требованиям Директивы ROHS о применении бессвинцовых материалов для производства печатных плат, поэтому в большинстве случаев используются бессвинцовые покрытия HASL. Свойства бессвинцового HASL — это, по сути, свойства чистого олова. Толщина бессвинцового покрытия HASL составляет 2,54–25,4 мкм, или 0,0025–0,025 мм. По сравнению с обычным HASL, контактные площадки печатных плат с бессвинцовым покрытием выглядят тускло. Кроме того, пайка бессвинцовым HASL требует увеличения температуры (табл. 1).
Как уже было сказано, хотя бессвинцовые покрытия HASL широко используются, их нельзя применять к жестким платам толщиной менее 0,5 мм и гибким печатным платам. При нанесении покрытия на поверхность такие платы гнутся под воздействием силы распыления, олово скапливается в центре печатной платы, в результате чего жесткие платы толщиной менее 0.5 мм могут даже ломаться. В таких случаях можно выбрать другое финишное покрытие — ENIG или OSP. Но органические покрытия OSP легко окисляются, что усложняет их использование, поскольку сразу после нанесения покрытия необходимо произвести пайку и упаковать платы.
Что такое ENIG
ENIG — иммерсионное золочение по подслою никеля, известное также как «мягкое золото», или химический Ni/Au (рис. 2). При использовании ENIG сначала на контактные площадки печатных плат наносится сплав никеля, а затем производится химическое осаждение золотого слоя на никелевый подслой. В большинстве случаев им можно заменить покрытия HASL или бессвинцовые HASL. Но при этом HASL и бессвинцовые HASL не могут заменить ENIG.
Помимо контактных площадок, ENIG также используется на краях печатной платы или на пластинках для отвода тепла (рис. 3). Толщина покрытия ENIG может составлять 1, 2 и 3 мкм, и очевидно, оно намного тоньше, чем HASL.
Контактные площадки с покрытием ENIG имеют золотистый цвет и выглядят блестящими. Кроме того, паяемость поверхности с финишным покрытием ENIG является лучшей среди всех покрытий. А поскольку золото имеет плотную кристаллическую структуру и устойчиво к окислению, защита ENIG от меди на контактных площадках печатных плат также очень высока.
ENIG и HASL против бессвинцового HASL
Печатные платы с финишным покрытием ENIG представляют собой платы высокого стандарта и обычно предназначены для высокопроизводительных изделий. Как уже говорилось, ENIG может заменить HASL и бессвинцовый HASL в любом случае, если позволяет бюджет, но HASL и бессвинцовый HASL не могут заменить ENIG. Ниже в таблице 2 дано сравнение покрытий ENIG и HASL.
Исходя из изложенных рассуждений, можно сделать вывод, что покрытие ENIG является универсальным для большинства печатных плат, особенно это касается плат, которые должны иметь высокую надежность. Покрытие HASL не соответствует требованиям Директивы ROHS, поскольку в его составе есть свинец. Бессвинцовые покрытия HASL соответствуют Директиве ROHS, но могут использоваться только для жестких печатных плат толщиной больше 0,5 мм. Если неизвестно, можно ли применять HASL для реализуемого проекта, то в таком случае точно подойдет покрытие ENIG.
Комментирует статью Сергей Шихов, директор по управлению проектами А‑КОНТРАКТ:
При всей своей видимой простоте вопрос выбора финишного покрытия контактных площадок печатных плат требует осознанного решения. У каждого типа покрытия есть свои достоинства и недостатки. В зависимости от предназначения готового изделия можно выбрать:
1. HASL (традиционный или бессвинцовый) — простое и надежное покрытие. Хотя степень надежности бессвинцового HASL у меня вызывает вопросы. Минус его в том, что HASL не подходит под современные компоненты.
2. OSP — дешевое покрытие, подходящее под любой тип компонентов, устанавливаемых при помощи пайки. Следует учитывать, что OSP требует оперативности, так как срок хранения плат с данным покрытием без потери паяемости невелик. Особенно это важно при двустороннем монтаже SMD. Весьма желательно собирать блок на платах с таким покрытием в течение одной смены.
3. ENIG — покрытие, которое в большинстве случаев является наиболее предпочтительным. Его плюсы — отличная плоскостность контактных площадок и возможность применения любых припоев (паст), как свинцовых, так и бессвинцовых. Более того, использование ENIG совсем незначительно увеличивает стоимость печатной платы по сравнению со стоимостью компонентов, устанавливаемых на плату.
