Przypadek oszczędzania pieniędzy, ale marnowania funta na OSP

Wybór wykończenia powierzchni PCB może wydawać się prostą decyzją, miejscem na zaoszczędzenie kilku centów na materiale. Na papierze Organiczny Preparat Chroniący Lutowalność (OSP) wygląda na najoszczędniejszy wybór. Jest bezolowyu, łatwy do nałożenia i niezaprzeczalnie tani.

Ale w PCBA Bester widzieliśmy, jak ta dobrze zamierzona decyzja stała się punktem wyjścia dla niektórych najdroższych i najbardziej frustrujących problemów w produkcji. Dla nowych wprowadzanych produktów (NPI), etapów stopniowych budów i projektów z nawet odrobiną niepewności harmonogramu, argument przeciwko OSP nie jest kwestią preferencji. To kwestia przetrwania projektu.

Zwodnicza matematyka OSP

Urok OSP tkwi w jego prostocie. Związek organiczny na bazie wody wiąże się selektywnie z miedzią, tworząc cienką warstwę ochronną przeciwko utlenianiu przed montażem. Proces jest szybszy i tańszy niż wykończenia metaliczne, co czyni go kuszącym wyborem dla każdego projektu związane z niskimi kosztami.

Ta początkowa oszczędność stanowi całą wartość propozycji OSP. Dla produktu o dużym wolumenie, który przechodzi od produkcji do montażu w jednej, błyskawicznej operacji, może to być rozsądny wybór. Matematyka się zgadza. Ale NPI jest rzadko tak czyste, a te początkowe oszczędności tworzą ukrytą zagładę — odliczający się czas, którego wiele zespołów inżynieryjnych nie słyszy aż do momentu, gdy jest za późno.

Niewidzialny zegar: jak OSP zdradza lutowalność

W przeciwieństwie do solidnego wykończenia metalicznego, OSP nie jest trwałą barierą. Jest tymczasową osłoną, a jej integralność jest krucha. Od momentu opuszczenia płyty z fabryki, OSP zaczyna się rozkładać, proces przyspieszany przez dwóch wrogów: ciepło i czas. To nie jest wada; to podstawowa natura wykończenia.

Pierwszy cykl grzewczy: gotowy na awarię

Większość nowoczesnych płytek wymaga montażu z obu stron. Pierwszy cykl wytopu, który lutuje elementy do strony głównej, naraża całą płytkę na ekstremalne temperatury. to ciepło osłabia nieużywane padki pokryte OSP na stronie drugiej płytki. Warstwa organiczna częściowo się degraduje, pozostawiając pod spodem odsłoniętą miedź, znacznie bardziej podatną na utlenianie.

Okres trwałości lutowalności

Po degradacji spowodowanej ciepłem lub po prostu wystawieniu na działanie atmosfery przez kilka tygodni, pod spodem miedź zaczyna się utleniać. Nawet mikroskopiczna warstwa tlenku miedzi na padzie wystarczy, aby zapobiec wiarygodnemu złączu lutowemu. Gdy płyta wraca do drugiego cyklu montażowego, pasta lutownicza nie może utworzyć odpowiedniego wiązania metalicznego. Lut nie zwilża pada, co prowadzi do słabych połączeń, przerw w obwodach i całkowitej awarii montażu.

W przypadku OSP zegar nigdy nie zatrzymuje się. Kilka tygodni na półce lub nieoczekiwane opóźnienie w pozyskaniu jednego kluczowego elementu to wszystko, czego potrzeba, aby przemienić nienaganną PCB w katastrofę lutowania.

Gdy idealne scenariusze spotykają się z rzeczywistością NPI

Obrońcy OSP wskazują na jej sukces w ściśle kontrolowanej produkcji o dużej prędkości. Jeśli płytka jest wyprodukowana i w pełni zmontowana w ciągu kilku dni, OSP działa odpowiednio. Okno lutowności pozostaje otwarte.

To jest fantazja w świecie Wprowadzania Nowego Produktu. NPI jest zdefiniowane przez niepewność. Harmonogramy są płynne. Kluczowy element napotyka opóźnienie w łańcuchu dostaw. Rewizja projektu wstrzymuje część płytek. Produkcja jest rozłożona w czasie, z częścią montowaną od razu, a resztą w późniejszym terminie. W tych typowych scenariuszach, OSP to ryzyko. Płyty na półce nie są statycznym zasobem; aktywnie się pogarszają.

Anatomia pętli przeróbki: gdzie ubytki się rozpraszają

Prawdziwy koszt OSP ujawnia się nie na wycenie produkcji, lecz na linii montażowej. Gdy pokryte oksydacją padki na drugiej stronie płyty przechodzą przez reflow, awarie się nasilają. Automatyczna Inspekcja Optyczna (AOI) wskazuje dziesiątki złych połączeń. Prosta płyta nagle wymaga godzin żmudnej ręcznej poprawki.

Tu znikają oszczędności groszy. Technik musi teraz zdiagnozować przerwy, ostrożnie odlutować pobliskie komponenty dla dostępu, dokładnie wyczyścić pokrytą oksydacją padkę i próbować ręcznie lutować część. Proces jest wolny, kosztowny i ryzykuje uszkodzenie płyty lub sąsiednich komponentów. Pojedynczy skomplikowany BGA, który nie solderuje się, może kosztować więcej na poprawki i potencjalny odpad niż unowocześnienie wykończenia całej partii płytek.

Początkowe oszczędności to miraż.

Przypadek zdrowego rozsądku: dlaczego ENIG jest standardem NPI

Stawiając czoła wrodzonemu ryzyku OSP, pragmatycznym wyborem dla NPI jest Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG). Choć jego początkowy koszt jest wyższy, to nie jest wydatkiem; to polisa ubezpieczeniowa przeciwko katastrofalnej awarii. W PCBA Bester uważamy, że jest to domyślny wybór profesjonalny do ochrony harmonogramu i budżetu projektu.

Wykończenie stworzone na niepewność.

Struktura ENIG jest zasadniczo solidna. Warstwa niklu jest nakładana na miedź, tworząc trwałą, nienasiąkliwą barierę. Następnie cienka warstwa zanurzeniowego złota chroni nikiel przed utlenieniem. Ta struktura nie jest wrażliwa na czas jak OSP. Płyta ENIG może leżeć na półce przez rok, a jej lutowność będzie praktycznie niezmieniona.

Płaska, stabilna i przewidywalna.

Stos nikiel-złoto jest bardzo odporny na wysoką temperaturę. Wytrzymuje wiele cykli reflow bez degradacji, zapewniając, że pady na drugiej stronie płyty są równie lutowalne jak pierwsza. Co więcej, ENIG zapewnia wyjątkowo płaską, lub planarową, powierzchnię – kluczową dla niezawodnego lutowania elementów o drobnej rozstawie i dużych BGA. Ta przewidywalność wyklucza całą klasę zmiennych z procesu montażu NPI.

Pragmatyczny model wyboru wykończenia

Decyzja nie dotyczy tego, które wykończenie jest uniwersalnie „lepsze”, lecz które jest odpowiednie dla profilu ryzyka twojego projektu. Nasze wytyczne opierają się na zarządzaniu całkowitym kosztem, a nie początkową ceną.

ENIG powinno być domyślnym wyborem dla każdego projektu związanego z NPI, wysoką wartością komponentów lub niepewnym harmonogramem. Premium, które się płaci, jest minimalne w porównaniu do potencjalnego zniszczenia budżetu przez jedno powtórne lutowanie. Płacisz za przewidywalność i szersze okno procesu. Płacisz za spokój ducha.

Jeśli jesteś całkowicie ograniczony budżetowo i musisz używać OSP, traktuj płyty jak towary szybko psujące się. Wprowadź rygorystyczne zasady first-in, first-out, przechowuj je w suchym pudełku z azotem i komunikuj swojemu partnerowi produkcyjnemu ścisłe okno montażowe. To tylko obejścia ryzyka, które można było zaprojektować od początku. W produkcji wybory, które na pierwszy rzut oka wydają się oszczędne, często pociągają za sobą najwyższe koszty.