Дело о скупом и глупом Penny-Wise, Pound-Foolish против OSP

Выбор поверхности для PCB может казаться простым решением по позиции в списке, местом для сэкономки нескольких центов с стоимости материалов. В теории, органический консервант для пайки (OSP) выглядит как самый экономичный выбор. Он не содержит свинца, легко наносится и неизменно дешев.

Но на практике в PCBA Bester мы видели, как это благие намерения превращаются в источник самых дорогих и разочаровывающих проблем в производстве. Для внедрения новых продуктов (NPI), поэтапных сборок и проектов с даже намеком на неопределенность графика, дело против OSP — не вопрос предпочтения. Это вопрос выживания проекта.

Обманчивая математика OSP

Привлекательность OSP заключается в его простоте. Органический соединитель на водной основе избирательно связывается с медью, образуя очень тонкий защитный слой от окисления до сборки. Процесс быстрее и дешевле металлических покрытий, делая его привлекательным вариантом для любого проекта с ограниченным бюджетом.

Эта предварительная экономия — вся ценность OSP. Для высокообъемного продукта, который переходит от изготовления к сборке за один очень быстрый проход, он может быть жизнеспособным выбором. Математика работает. Но внедрение новых продуктов редко бывает настолько чистым, и эти начальные сбережения создают скрытую ответственность — тикающие часы, которые многие инженерные команды не слышат, пока не поздно.

Невидимые часы: как OSP предает пайку

В отличие от прочного металлического покрытия, OSP не является постоянным барьером. Это временный щит, и его целостность хрупка. С момента, как плата покидает фабрику, OSP начинает разрушаться, и этот процесс ускоряют два врага: тепло и время. Это не дефект; это фундаментальная природа покрытия.

Первый тепловой цикл: подготовка к сбою

Большинство современных плат требуют сборки с обеих сторон. Первый цикл повторного плавления, нагревает компоненты на основной стороне до экстремальных температур. Это тепло повреждает неиспользованные медные площадки с покрытием OSP на второстепенной стороне платы. Органический слой частично деградирует, оставляя медь под ним открытой и гораздо более восприимчивой к окислению.

Срок хранения пайки

После деградации под воздействием тепла или просто при воздействии атмосферы в течение нескольких недель, подложенная медь начинает окисляться. Даже микроскопический слой медного оксида на площадке достаточно, чтобы помешать надежному соединению при пайке. Когда плата наконец возвращается для второго прохода сборки, паста для пайки не может сформировать правильную интерметаллидную связь. Пайка не смочится площадкой, что приводит к слабым соединениям, разрывам и полной неудаче сборки.

С OSP часы всегда идут: несколько недель на полке или неожиданная задержка при поиске критической детали — и идеально чистая плата превращается в катастрофу при пайке.

Когда идеальные сценарии встречаются с реальностью NPI

Защитники OSP указывают на его успех в условиях строгого контроля и высокоскоростного производства. Если плата изготавливается и полностью собирается в течение нескольких дней, OSP работает должным образом. Окно для припоения остается открытым.

Это фантазия в мире Внедрения нового продукта. NPI определяется неопределенностью. Графики непредсказуемы. Ключевой компонент сталкивается с задержкой в цепочке поставок. Проектирование выпускает на паузу подмножество плат. Сборки идут с перерывами: часть партии собирается сразу, а остальная — откладывается. В таких обычных сценариях OSP — это ставка. Платы, лежащие на полке, не являются статическими активами; они активно деградируют.

Анатомия цикла переконструкции: где рассеиваются сбережения

Истинная цена OSP раскрывается не в стоимости изготовления, а на сборочном цехе. Когда окисленные площадки на второй стороне платы проходят повторный нагрев, возникают сбои. Автоматическая оптическая проверка (AOI) выявляет десятки плохих соединений. Простая плата внезапно требует часов кропотливой ручной переработки.

Здесь исчезают сбережения в размере копейки. Техник должен сейчас диагностировать обрывы, аккуратно выпаять соседние компоненты для доступа, тщательно очистить окисленную площадку и попытаться вручную припаять компонент. Процесс медленный, дорогой и рискует повредить плату или соседние компоненты. Одно сложное BGA, которое не припаивается, может в сто раз обойтись в переработке и возможных отходах сравнительно с обновлением финиша всей партии плат.

Первые сбережения — иллюзия.

Доказательство здравомыслия: почему ENIG — стандарт NPI

Столкнувшись с внутренним риском OSP, прагматичным выбором для NPI является Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG). Хотя его стоимость выше, это не расход. Это страховка от катастрофического сбоя. В PCBA Bester мы считаем его стандартным профессиональным выбором для защиты сроков и бюджета проекта.

Финиш, созданный для неопределенности

Конструкция ENIG по сути очень надежна. Поверх медной плакируется слой никеля, создавая прочный, непористый барьер. Затем тончайший слой погружного золота защищает никель от окисления. Эта структура не чувствительна к времени, как OSP. Плата ENIG может пролежать на полке год, и её паяемость останется практически неизменной.

Плоская, стабильная и предсказуемая

Стек никель-золото обладает высокой устойчивостью к теплу. Он выдерживает множество циклов повторного нагрева без деградации, обеспечивая такую же паяемость площадок на второй стороне платы, как и на первой. Более того, ENIG обеспечивает чрезвычайно плоскую, или плоскостную, поверхность — что важно для надежной пайки мелкосопряженных компонентов и крупных BGA. Эта предсказуемость исключает из сложного процесса сборки NPI целый класс переменных.

Практическая рамочная основа для выбора покрытия

Решение не в том, какая отделка лучше в целом, а в том, какая подходит под риск-профиль вашего проекта. Наши рекомендации основаны на управлении общими затратами, а не на первоначальной цене.

ENIG должен быть стандартным выбором для любого проекта с NPI, ценными компонентами или неопределенным графиком. Дополнительно платите минимальную сумму в сравнении с потенциальными затратами на постоянные переработки, которые могут разрушить бюджет. Вы платите за предсказуемость и более широкий диапазон процессов. Вы платите за спокойствие.

Если у вас полностью ограничен бюджет и необходимо использовать OSP, обращайтесь с платами как с скоропортящимся товаром. Вводите строгие правила FIFO, храните их в сухом nitrogen-отсеке и сообщайте вашему производственному партнеру о тесных сроках сборки. Это только обходные пути для риска, который можно было исключить изначально. В производстве решения, которые кажутся дешевыми вначале, часто оборачиваются самой высокой ценой.