目前HDI常見的表面處理方式主要有ENIG(化學(xué)鎳金)和OSP(有機(jī)保焊膜),部分場(chǎng)合也會(huì)使用沉錫或化學(xué)銀,但前兩者使用更廣,選型也更具爭(zhēng)議。
ENIG:適合BGA密集焊接,但注意黑鎳效應(yīng)
ENIG由于表面平整性好、耐氧化性強(qiáng),適用于對(duì)焊盤共面性要求極高的BGA封裝,尤其在0402及以下尺寸或PoP結(jié)構(gòu)中更為常見。其關(guān)鍵參數(shù)在于鎳層厚度(一般控制在3–6μm)和金層厚度(0.03–0.05μm),這決定了焊接潤(rùn)濕性和抗氧化性能。
但ENIG并非全無缺陷。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),如果鎳磷層控制不好,或沉金過程中未處理好金離子還原速率,就容易產(chǎn)生“黑鎳”問題,導(dǎo)致焊點(diǎn)虛焊或強(qiáng)度不足。此外,ENIG會(huì)顯著增加單板成本,約為OSP的2–3倍。若產(chǎn)品是成本敏感型、且非高密度封裝,ENIG的價(jià)值就不一定成立。
OSP的優(yōu)勢(shì)在于工藝簡(jiǎn)單、表面潔凈、焊接性好,適用于標(biāo)準(zhǔn)貼片器件(如0603、QFP等)及波峰焊工藝,尤其適合一次性消費(fèi)電子或試產(chǎn)階段。它的工作原理是形成一層極薄的有機(jī)保護(hù)膜(一般為0.2–0.5μm),防止銅氧化,焊接時(shí)該層被熱去除,裸銅直接參與焊接。
問題在于其熱穩(wěn)定性差,回流焊超過兩次后保護(hù)能力顯著下降。多次過爐或需要測(cè)試探針接觸焊盤的應(yīng)用中容易失效。此外,OSP對(duì)存儲(chǔ)環(huán)境也更為敏感,吸濕氧化后容易影響焊接質(zhì)量。因此,在高可靠性要求(如汽車電子、通信設(shè)備)中我們極少使用OSP。
HDI板常常涉及混合封裝結(jié)構(gòu),例如BGA+QFN+貼片電阻的混用。如果采用OSP處理,BGA區(qū)域的焊接風(fēng)險(xiǎn)要明顯高于ENIG,特別是多次回流的堆疊結(jié)構(gòu)中。此時(shí)建議至少對(duì)BGA區(qū)域局部ENIG處理,或整體轉(zhuǎn)為ENIG,避免部分焊點(diǎn)因OSP失效而形成隱患。
通常我們認(rèn)為,若產(chǎn)品設(shè)計(jì)中包含0402以下器件、密集BGA、PoP結(jié)構(gòu),優(yōu)先選擇ENIG。若是功能板、試產(chǎn)板、非關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)板,可選用OSP控制成本。但需注意,ENIG雖優(yōu),但若工藝能力不足或批次管控松散,黑鎳反而會(huì)帶來更大風(fēng)險(xiǎn)。
實(shí)踐中還遇到過OSP與后焊錫膏不匹配的情況,錫膏中的活性劑未能徹底去除有機(jī)膜,導(dǎo)致虛焊。因此選用OSP時(shí)務(wù)必確認(rèn)焊錫膏的兼容性。