实验数据表明OSP表面处理的焊接强度比ENIG表面处理PCB强。但是,因为确认了OSP的焊料强度经年劣化,所以产品在市场上销售的话,不良率应该会越高。
大家在SMT和PCBA电路板的组装行业里呆了很长时间,听了某位专家和前辈的经验后可能会告诉我“OSP表面处理电路板的焊接强度比ENIG表面处理强”。专业术语应该说“铜基地电路板的焊接点强度比镍基地强”。但是,提出“OSP焊接强度到底比ENIG强多少”这样的数据的人好像很少。
ENIG(Electroless NickelImmerson Gold)你知道表面处理电路板是什么吗。ENIG表面处理是什么电路板。有什么优点和缺点。
OSP(OrganicSolderability preservative)你知道表面处理电路板是什么吗。OSP(有机保护焊接膜)表面处理电路基板是?有什么优点和缺点。
在网上查找了很多报告的结果是,《日本Niho Superier公司》发表的Strength of Lead-freeBGASpheres in High Speed Loading英文版的报告通俗易懂,本文基本上以该报告为材料,明确了承受压力的能力。
在该报告中,由于在使用者不小心将电子设备portable devices掉落在地上时会发生,所以为了进行焊接强度评价,计算焊接在OSP和ENIG两个不同表面处理上的BGA焊料球的断裂能(FractureEnergy使用不同的剪切测试速度BGA计算了焊料球的可靠性标淮。
这个报告的测试样品和条件如下。对报告的详细内容感兴趣的读者,在网络上检索该原文报告的名字的话应该能找到。
铃球直径((BGAball diameeter):0.5+/-0.01mm
板材(Laminate):FR4
板厚(Thickness):1.6mm
防止焊接定义垫SolderMask Defined pad):0.42+/-0.02mm
防止焊接层的厚度Resist Thickness:30-40m
基板表面处理(Finish:OSP、ENIG(0.3um Ni/0.03umAu
锡球合金(ballSolderalloy):Sn-3.0Ag-0.0Cu,Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.006Ge,63Sn-37pb
剪切试验速度(Shear at speeds):10,100,1000,2000and4000mm/sec
这个报告基本上采用推力(Shear-test和拉伸力(pull-test)两种测试方法,但是这里只做推力的报告,有兴趣的读者可以在网上找这个原文的报告,这里的推力实际上是锡球侧剪切力(Shear),类似于上图的考试方法。
另外,该报告书利用锡球的“破裂强度(FractureEnergy”计算焊接强度。如果最大剪切力出现,则不一定整个锡球完全掉落,可能有一部分裂开,但是由于要求最大推力值,所以只计算最大剪切力而不是锡强度就有点失真。为了表示焊接强度,需要计算其整体剪切力和距离形成的封闭区域面积(上图)。
从报告整体来看,OSP以及ENIG对表面处理的焊接强度的结果可以总结为以下结论。
于锡球所适用的剪切速度(shear speed)越快,即使在锡球焊接在OSP或ENIG上的表面处理中,其断裂能(FractureEnergy)也随着剪切速度的增加而急速下降。这表明电子产品的落下速度对电路板上的电子部件的焊料强度来说是致命的损伤,部件越重,F=ma的损坏越大。落下的高度越高越不利。
SAC305在焊料中,OSP表面处理板的焊料对抗剪切力的破裂强度比ENIG表面处理板优秀,特别是在100mm/sec剪切力速度中最有差,但是在1000mm/sec以上的剪切速度中两者的差变小。这说明在便携式电话进行裸机的高度落下测试drop test时ENIG和OSP的差不大,但进行滚动测试tumbletest时OSP明显优于ENIG。
报告书中,特别是放在一次焊接(As reflow、二次焊接Double reflow、焊接后150deg。C环境下200(H)时间(Reflow +200hr@150deg;C)进行实验和比较,最主要的目的是理解IMC(Intermetalic Componentound)在时间和温度条件下BGA对锡球的焊接强度的影响。
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IMC(Intermetalic Component)和?IMC焊接强度和PCB的关系是?
OSP从表面处理和SAC305形成焊料的剪切力试验的破裂强度来看,一次焊接和二次焊接不会对焊料强度产生大的影响,但是随着高温时间的劣化,焊料强度显著降低。这是OSP铜基地和锡球最初形成Cu6Sn5良性IMC,但是随着时间的推移,逐渐渗透到界面层,与原来的IMC发生反应,可以推断与Cu3Sn劣性IMC发生变化有关。
Cu6Sn5 + 9Cu rarr; 5Cu3Sn
也就是说,铜基地的焊料强度随着老化而恶化,产品越销售到市场,不良率越高。
ENIG在表面处理和SAC305形成焊料剪切力试验中,放置在一次焊接、二次焊接、焊接后150deg。在C环境下200(H)小时,破裂强度(焊接强度)似乎没有特别明显的差别。
相比之下,ENIG经过设计可靠性品质验证,今后市场上的不良率应该很低,但前提是不考虑“黑垫”那样的PCB生产时的缺陷。