Для печатных плат с компонентами BGA (Ball Grid Array) наиболее предпочтительными покрытиями являются гальванические металлы, обеспечивающие ровную плоскую поверхность, а также высокую надёжность пайки.
1. Рассмотрим варианты покрытия:
1.1. 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. Такая поверхность ровная, мелкокристаллическая - важное качество для BGA с мелким шагом контактных шариков.
1.2 Иммерсионное олово (Immersion Tin) и иммерсионное серебро (Immersion Silver)также применяются. Они дают ровное плоское покрытие и хороши для пайки тонких монтажных компонентов. Однако серебро подвержено потускнению и может приводить к миграции, что важно учитывать.
1.3. HASL (Hot Air Solder Leveling). Данный вид покрытия не рекомендуется для BGA из-за неравномерной поверхности, что затрудняет пайку и увеличивает риск неполного контакта.
1.4. OSP (Organic Solderability Preservatives) - это органическое покрытие, экономичное и экологичное, но с коротким сроком хранения и менее устойчивое к множественным пайкам, что может быть ограничением для сложных сборок с BGA.
2. Печатные платы с компонентами BGA требуют крайне тщательного выбора покрытия. Ниже мы приведём примеры вариантов покрытия и рассмотрим, что может случиться при использовании каждого покрытия:
2.1. Иммерсионное золото (ENIG).
Пример. Современная материнская печатная плата для ноутбука. BGA-контакты очень малы и требуют идеальной плоскости для стабильной пайки.
Если применено ENIG. 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.
2.2. Иммерсионное олово.
Пример. Бюджетная электроника, например «умная» колонка с BGA-контроллером.
Использование 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.
2.3. Иммерсионное серебро.
Пример. Промышленный контроллер с BGA - процессором, который должен работать в условиях влажности воздуха и периодических перепадов температур.
Покрытие иммерсионное серебро. Поверхность ровная, есть риск потускнения и ионной миграции, если печатная плата будет подвергаться влаге.
2.4. 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 (ENIG, иммерсионное олово) данная проблема практически не встречается.
2.5. 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.
3. Неправильное покрытие приводит к сложным для диагностики скрытым дефектам и потере надёжности, поэтому необходимо учитывать критерии выбора покрытия для печатных плат с BGA - компонентами:
- Ровная плоская поверхность без шероховатостей и перепадов;
- Длительная защита от окисления и коррозии меди;
- Хорошая смачиваемость и паяемость для мелких контактов;
- Возможность выдерживать многократные пайки;
- Совместимость с бессвинцовыми припоями (RoHS compliance);
- Устойчивость к механическим и тепловым нагрузкам.
Итак, для печатных плат с BGA - компонентами оптимальны гальванические покрытия с никелевым барьером и иммерсионным золотом (ENIG). При ограничениях по бюджету или в зависимости от условий могут использоваться также иммерсионное олово и серебро, но HASL для BGA не рекомендуется из-за неровной поверхности и риска неполной пайки.
