Какие финишные покрытия лучше использовать для печатных плат с BGA компонентами?

Для печатных плат с компонентами BGA (Ball Grid Array) наиболее предпочтительны химические металлические покрытия, обеспечивающие ровную поверхность и высокую надёжность пайки.

Варианты покрытий

Иммерсионное золочение (ENIG – Electroless Nickel Immersion Gold)
Одна из самых популярных и эффективных технологий. Слой никеля служит барьером, предотвращающим диффузию меди, а тонкий слой золота защищает поверхность от окисления и обеспечивает отличную паяемость. Такое покрытие даёт ровную мелкокристаллическую поверхность, что особенно важно для BGA с мелким шагом контактных шариков.

Иммерсионное олово (Immersion Tin) и иммерсионное серебро (Immersion Silver)
Это покрытие также обеспечивают ровную поверхность и подходит для пайки тонких компонентов. Однако серебро подвержено потускнению и миграции, что важно учитывать при эксплуатации во влажных условиях.

HASL (Hot Air Solder Leveling)
Этот вид покрытия не рекомендуется для BGA из-за неровной поверхности, что затрудняет пайку и увеличивает риск неполного контакта.

OSP (Organic Solderability Preservatives)
Органическое покрытие, экономичное и экологичное, но имеет короткий срок хранения и менее устойчиво к многократным пайкам, что может быть ограничением для сложных сборок с BGA.

Примеры использования покрытий для BGA

Иммерсионное золото (ENIG)

Пример. Современная материнская печатная плата для ноутбука. BGA-контакты очень малы и требуют идеальной плоскости для стабильной пайки.

Если применено ENIG, то Поверхность ровная, золото защищает от окисления, пайка проходит легко, мало брака. Компоненты BGA надежно паяются, снижается риск скрытых дефектов.

Если вместо ENIG применяется, например, HASL, то появляются волны и «бугры» припоя, сферы BGA ложатся неравномерно - увеличивается риск непропая, печатные платы часто требуют дорогостоящей переделки.

Иммерсионное олово

Пример. Бюджетная электроника, например «умная» колонка с BGA-контроллером.

При Использовании иммерсионного олова, поверхность печатной платы ровная и плоская, пайка BGA возможна с высоким качеством.

Если покрытие выбрано неправильно, например, использована OSP. Органика быстро улетучивается, и уже после 3-6 месяцев на складе паяемость резко падает - шары BGA плохо смачиваются, могут появляться пропуски.

Иммерсионное серебро

Пример. Промышленный контроллер с BGA - процессором, который должен работать в условиях влажности воздуха и периодических перепадов температур.

Использование иммерсионного серебра дает ровную поверхность, но есть риск потускнения и ионной миграции, если печатная плата будет подвергаться влаге.

HASL

Пример. Производство печатной платы для крупносерийного бытового устройства с BGA-чипами.

Если выбран HASL, то площадка получается неровной, на больших контактных массивах BGA образуются «горки» и «ямы», пайка часто не гарантирует физически качественную связь. При правильном выборе, например ENIG или иммерсионного олова, данная проблема практически не встречается.

OSP

Пример. Серия печатных плат для сложного модульного сервера

OSP отлично работает в массовых устройствах с простым однократным монтажом, где все пайки делаются сразу.

Если печатная плата долго хранится перед сборкой, то покрытие уже частично разрушено. Смачиваемость меди ухудшается, BGA-шары могут плохо соединяться с контактными площадками.

Критерии выбора покрытия для BGA

При выборе финишного покрытия для печатных плат с BGA-компонентами необходимо учитывать:

• Ровность поверхности (отсутствие шероховатостей и перепадов);
• Защиту от окисления и коррозии;
• Хорошую смачиваемость для мелких контактов;
• Устойчивость к многократным пайкам;
• Совместимость с бессвинцовыми припоями (RoHS);
• Стойкость к механическим и термическим нагрузкам.

Вывод

Оптимальным выбором для BGA-компонентов является ENIG (иммерсионное золочение). В качестве альтернативы, в зависимости от бюджета и условий эксплуатации, могут использоваться иммерсионное олово или серебро. HASL не рекомендуется неровной поверхности и риска неполной пайки.