Печатная плата с покрытием HASL: лужёные контактные площадки

Лужение плат жидким оловом

Лужение плат жидким оловом (иммерсионное олово, Immersion Tin, ISn) — химическое лужение печатных плат: финишное покрытие медных площадок и проводников слоем олова. Плату погружают в водный раствор, и ионы олова замещают атомы поверхностной меди без электрического тока. Слой 0,8–1,2 мкм точно повторяет площадку, поэтому подходит для монтажа микросхем в корпусах BGA, QFN и CSP с малым шагом выводов.

Плоские площадки под BGA и QFN — без менисков, как после HASL
Слой 0,8–1,2 мкм по IPC-4554, без свинца по RoHS
Паяемость сохраняется 6–12 месяцев хранения

Для чего нужно лужение печатных плат жидким оловом

Плоскостность площадок — олово повторяет геометрию медной площадки с точностью до микрона. На выпуклой площадке после горячего лужения микросхема BGA может припаяться с перекосом.
Защита меди от окисления — чистая медь на воздухе покрывается оксидом, который не паяется слабоактивными флюсами. Олово консервирует медь и сохраняет паяемость на 6–12 месяцев.
Запрессовка разъёмов Press-Fit — олово работает как твёрдая смазка: разъём входит в металлизированное отверстие без задиров меди и деформации контактов.
Многократная пайка — покрытие выдерживает несколько циклов нагрева — двусторонний поверхностный монтаж и пайку выводных компонентов волной.

Покрытия печатных плат: иммерсионное олово, HASL и гальваника

Печатная плата с контактными площадками под иммерсионным оловом — Площадки под иммерсионным оловом — ровные и плоские, удобные для монтажа мелких компонентов

Покрытие выбирают под монтаж. Иммерсионное олово даёт плоскую площадку, поэтому подходит для мелкого шага выводов, микросхем в корпусах BGA и запрессовки штырей. HASL дешевле и хорошо паяется, но слой неровный, и мелкие компоненты ложатся на него хуже. Гальваническое олово наносят до травления платы как защиту рисунка или на контакты, где нужен толстый слой. Иммерсионное олово хранит паяемость меньше, чем HASL: плату с таким покрытием лучше смонтировать в течение нескольких месяцев после изготовления.

	Иммерсионное олово	HASL (горячее лужение)	Гальваническое олово
Как наносят	химическое замещение меди оловом в растворе	окунание в расплав припоя, излишки сдувают горячим воздухом	осаждение олова под током
Слой олова	0,8–1,2 мкм	1–40 мкм	зависит от режима
Поверхность	плоская	выпуклые мениски	ровная
Монтаж BGA и QFN с малым шагом	подходит	не подходит из-за разницы высот площадок	на готовой топологии не применяют
Нагрев платы	65–75 °C, без теплового удара	расплав припоя	комнатная температура раствора
Срок хранения	до года	очень долгий	—

Гальваническое олово как финишное покрытие плат почти не применяют: к каждой площадке нужен электрический контакт, что на готовой топологии невозможно. Его используют как металлорезист — защиту медного рисунка при травлении, после чего олово стравливают. Лужение деталей, шин и проводников — на странице лужения металла.

Как олово осаждается на медь без тока

В обычных условиях олово не может вытеснить медь: медь стоит правее олова в ряду напряжений металлов. Поэтому в раствор жидкого олова добавляют тиомочевину (тиокарбамид). Она связывает ионы меди в прочный комплекс и снижает потенциал меди, и реакция замещения становится возможной: медь уходит в раствор, олово оседает на плату.

Интерметаллиды и срок паяемости

Сразу после осаждения медь и олово начинают взаимно диффундировать, образуя хрупкие интерметаллиды Cu₆Sn₅ и Cu₃Sn. Они плохо смачиваются припоем. Если интерметаллид прорастёт до поверхности и поглотит всё свободное олово, плата перестанет паяться. Поэтому толщина строго нормирована: тоньше 0,8 мкм покрытие быстро деградирует, толще 1,2 мкм — растёт риск дефектов.

Оловянные вискеры

Внутренние напряжения от роста интерметаллидов выдавливают олово наружу в виде тонких токопроводящих игл — вискеров, которые могут замкнуть соседние проводники. Промышленные растворы жидкого олова содержат органические добавки, снимающие напряжения в слое.

Какие печатные платы лудят жидким оловом

Стопка печатных плат после лужения — Платы после лужения перед упаковкой

Химическое лужение плат — финишная операция: слой олова наносят на готовую плату с отверждённой паяльной маской. Тот же раствор можно использовать и для мелких медных деталей.

Односторонние и двусторонние платы из стеклотекстолита FR-4
Многослойные платы высокой плотности (HDI) с глухими и сквозными металлизированными отверстиями
Гибкие и гибко-жёсткие платы на полиимиде
СВЧ-платы на фторопласте и материалах Rogers: олово, в отличие от никеля, почти не искажает скин-слой на высоких частотах

Этапы лужения плат жидким оловом

Печатные платы в держателе перед химической обработкой — Платы закрепляют в держателе вертикально, чтобы раствор омывал обе стороны

1

Кислотная очистка

Тёплый кислотный раствор удаляет органические загрязнения, лёгкие окислы и остатки после проявления паяльной маски; промывка деионизированной водой.
2

Микротравление

Персульфат натрия снимает 1,0–1,5 мкм поверхностной меди и открывает чистую однородную медь с микрошероховатостью.
3

Предварительное погружение

Кислотный раствор без солей олова защищает рабочую ванну от воды, принесённой в отверстиях платы.
4

Осаждение олова

Плата 5–15 минут находится в растворе солей олова, тиомочевины и добавок при 65–75 °C.
5

Отмывка и контроль

Каскадная отмывка от тиомочевины, сушка горячим воздухом, замер толщины рентгенофлуоресцентным методом, осмотр под микроскопом, вакуумная упаковка с силикагелем.

Отмывка от тиомочевины обязательна: её остатки вызывают коррозию готовой платы.

Стандарты и данные для заказа покрытия плат

Документ	Что определяет
IPC-4554	иммерсионное олово на печатных платах: толщина не менее 0,8 мкм по редакции IPC-4554A, методы контроля
ГОСТ Р 53429-2009	основные параметры конструкции печатных плат
RoHS	отсутствие свинца и других тяжёлых металлов в покрытии
Gerber-файлы заказчика	площадь медных поверхностей — по ней рассчитывают время осаждения

Изготовление самих плат и монтаж компонентов — на страницах изготовления печатных плат и поверхностного монтажа.

Доставка готовых деталей и оплата заказа

Доставка

Готовую партию отгружаем транспортной компанией «Деловые Линии». Работаем в первую очередь с предприятиями Уральского федерального округа. Забрать детали можно и самостоятельно — с площадки технопарка в Челябинске, ул. Машиностроителей, 7.

Оплата и документы

Работаем с юридическими лицами: договор и счёт с технопарком — исполнителем работ, без посредников
Стоимость технолог считает по чертежу или эскизу за 3–5 дней
Минимальная сумма заказа — 50 000 ₽
Принимаем в работу материал заказчика

Вопросы о лужении плат жидким оловом

Какой толщины слой иммерсионного олова

Слой олова при химическом лужении плат обычно 0,8–1,2 мкм. Тоньше 0,8 мкм олово быстро поглощается медью и плата теряет паяемость, толще 1,2 мкм растёт риск дефектов покрытия.

Сколько хранится плата с жидким оловом

Паяемость сохраняется 6–12 месяцев. Платы упаковывают в вакуумные пакеты с силикагелем: так медленнее растут интерметаллиды.

Чем жидкое олово лучше HASL

Площадки после иммерсионного олова плоские, а после HASL — выпуклые, с разной высотой. Для микросхем BGA и QFN с малым шагом выводов нужна плоская площадка.

Содержит ли покрытие свинец

Нет. Иммерсионное олово — бессвинцовое покрытие и подходит для монтажа по требованиям RoHS.