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HCI杭晶電子——晶振焊盤表面處理:鍍金的必要性、工藝方式與對比分析

蘇州杭晶電子科技有限公司 ? 2025-09-19 15:07 ? 次閱讀
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1.卓越的可焊性和焊接可靠性(核心原因)

防止氧化:金(Au)是一種非常穩(wěn)定的金屬,在空氣中不易氧化。而其他常用的焊盤表面處理方式,如鍍錫(HASL),在存放過程中容易氧化生成氧化錫膜,導(dǎo)致可焊性下降。

保證焊接強度:潔凈的金表面能提供極佳的潤濕性,使焊錫能夠輕松、均勻地鋪展,形成堅固、可靠的焊點。這對于自動化的SMT貼片生產(chǎn)至關(guān)重要,能大幅降低虛焊、假焊等缺陷率。

2.保證高頻電性能

優(yōu)異的導(dǎo)電性:金是電的良導(dǎo)體,其表面電阻極低。對于晶振這種高頻元件(尤其是幾十MHz甚至上百MHz的),焊盤表面的微小電阻差異都可能引入不必要的損耗或信號完整性issues。

穩(wěn)定的接觸:鍍金層表面平整光滑(稱為“平整化處理”),能與晶振的鍍金電極或錫球形成均勻、穩(wěn)定的電接觸,減少信號傳輸中的損耗和反射,這對于保證時鐘信號的純凈度和穩(wěn)定性非常重要。

3.適合金線鍵合( WireBonding )

一些高端或特殊封裝的晶振(如某些OCXO恒溫晶振)內(nèi)部芯片與外部引腳之間需要通過極細的金線進行連接。這個過程需要在晶振外殼的焊盤上進行。

只有金層與金層之間才能實現(xiàn)最可靠、最穩(wěn)定的鍵合。鍍金焊盤為這種工藝提供了必要條件。

4.延長保存期限( ShelfLife )

由于金不易氧化,鍍金PCB的可焊性可以保持很長時間(通常1年以上),方便物料管理

和庫存周轉(zhuǎn)。而鍍錫板在潮濕環(huán)境中幾個月后就可能出現(xiàn)可焊性問題。

5.適合多次回流焊( Reflow )

在復(fù)雜的PCBA組裝過程中,板子可能需要經(jīng)過多次高溫回流焊。鍍金層在高溫下依然能保持穩(wěn)定,不會像鍍錫那樣容易熔化或產(chǎn)生“錫須”Whiskers),從而保證每次過爐后焊盤依然具有良好的可焊性。

鍍金工藝的選擇:ENIG

貼片晶振焊盤最常用的鍍金工藝是 ENG( ElectrolessNickel lmmersion Gold,化學(xué)沉鎳浸金)。

底層鎳(Ni)層:這是關(guān)鍵。鎳層作為阻隔層,防止上層的金與底層的銅(Cu)在高溫下相互擴散形成脆性的金屬間化合物(IMC),這些化合物會嚴重影響焊點機械強度。

表層金(Au)層:金層很薄(通常0.05-0.1μm),僅用于保護鎳層不被氧化,并提供優(yōu)良的可焊表面。在焊接的瞬間,金會迅速溶解到焊錫中,真正形成焊點的是下方的鎳層與焊錫(Sn)結(jié)合的Ni-Sn合金。

與其他表面處理方式的對比

表面處理方式的優(yōu)點、缺點:(對于貼片晶振而言)

ENIG(化學(xué)沉金)平整度高、可焊性好、不易氧化、適合金線鍵合,成本較高。

HASL(噴錫)成本低,表面不平整,可能導(dǎo)致小尺寸元件焊接不良;易氧化。

OSP(防氧化助焊劑)成本低、非常平整,保護膜脆弱,不耐多次回流焊;保存期限短。Immersion Silver(沉銀)平整、可焊性好、成本適中,易氧化和硫化(發(fā)黃),長期可靠性不如ENIG。

ENEPIG(化學(xué)鎳鈀金)性能最優(yōu),非常適合金線鍵合,成本最高。

總結(jié)

給貼片晶振的焊盤鍍金(ENIG),核心目的是為了在高速、自動化的SMT生產(chǎn)中,確保這顆為系統(tǒng)提供“心跳”的關(guān)鍵元件能夠一次性焊接成功,并形成長期穩(wěn)定、可靠的電連接和機械連接。

雖然鍍金成本更高,但為了避免因焊接不良導(dǎo)致的系統(tǒng)時鐘故障、批量返工甚至產(chǎn)品召回,這筆投資在絕大多數(shù)對可靠性有要求的電子產(chǎn)品(如通信設(shè)備、工業(yè)控制、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備)中都是完全值得的。

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