คดีของ Penny-Wise, Pound-Foolish Against OSP

การเลือกพื้นผิวหน้าของ PCB อาจรู้สึกเหมือนเป็นการตัดสินใจง่ายๆ ในรายการค่าใช้จ่าย ซึ่งเป็นจุดที่สามารถลดต้นทุนได้เล็กน้อย ในทางทฤษฎี Organic Solderability Preservative (OSP) ดูเหมือนเป็นตัวเลือกที่ประหยัดที่สุด มันไม่ใช่โลหะนำไฟฟ้า ง่ายต่อการใช้งาน และแน่นอนว่าถูก

แต่ที่ Bester PCBA เราได้เห็นว่าการตัดสินใจที่มีเจตนาดีนี้กลายเป็นจุดเริ่มต้นของปัญหาที่แพงและน่าหงุดหงิดที่สุดในการผลิต สำหรับการแนะนำผลิตภัณฑ์ใหม่ (NPI) การสร้างแบบหลายขั้นตอน และโครงการที่มีแนวโน้มจะมีความไม่แน่นอนของกำหนดเวลา การต่อต้าน OSP ไม่ใช่เรื่องของความชอบ แต่มันเป็นเรื่องของการอยู่รอดของโครงการ

คณิตศาสตร์ลวงของ OSP

เสน่ห์ของ OSP คือความเรียบง่าย สารอินทรีย์ที่เป็นน้ำจะจับกับทองแดงเป็นพิเศษ สร้างชั้นป้องกันบางมากต่อออกซิเดชันก่อนประกอบ กระบวนการนี้รวดเร็วและต้นทุนต่ำกว่าการเคลือบด้วยโลหะ ทำให้เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับโครงการที่มีต้นทุนเป็นสิ่งสำคัญ

การประหยัดต้นทุนล่วงหน้านี้เป็นคุณค่าของ OSP สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีจำนวนมาก ซึ่งเคลื่อนจากการผลิตไปยังการประกอบในขั้นตอนเดียวอย่างรวดเร็ว แนวคิดนี้สามารถใช้งานได้ แต่ NPI มักจะไม่สะอาดเสมอไป และการประหยัดในตอนต้นเหล่านั้นสร้างภาระซ่อนเร้น — นาฬิกาที่เตือนให้ทีมวิศวกรรมจำนวนมากไม่ได้ยินจนกระทั่งสายเกินไป

นาฬิกามองไม่เห็น: วิธีที่ OSP ทรยศต่อความสามารถในการเชื่อมต่อ

แตกต่างจากพื้นผิวโลหะที่แข็งแรง, OSP ไม่ใช่สิ่งก่อกั้นถาวร มันเป็นโล่ชั่วคราว และความสมบูรณ์ของมันก็เปราะบาง จากช่วงเวลาที่บอร์ดออกจากโรงงาน, OSP เริ่มเสื่อมสภาพ กระบวนการนี้เร่งเร็วขึ้นโดยศัตรูสองตัว: ความร้อนและเวลา นี่ไม่ใช่ข้อบกพร่อง; มันคือธรรมชาติพื้นฐานของการเคลือบผิว

วัฏจักรความร้อนครั้งแรก: เตรียมพร้อมสำหรับความล้มเหลว

บอร์ดสมัยใหม่ส่วนใหญ่ต้องการประกอบทั้งสองด้าน วัฏจักรการหลอมละลายครั้งแรก ซึ่งเชื่อมส่วนประกอบกับด้านหลัก เปิดเผยบอร์ดทั้งหมดต่ออุณหภูมิที่รุนแรง ความร้อนนี้ทำให้แผ่นปิดด้าน OSP ที่ยังไม่ได้ใช้งานบนด้านรองของบอร์ดเสี่ยงต่อการเสียหาย ชั้นอินทรีย์บางส่วนเสื่อมสภาพ ทิ้งให้ทองแดงใต้ผิวเปิดเผยและมีความเสี่ยงต่อออกซิเดชันมากขึ้น

อายุการเก็บรักษาของความสามารถในการบัดกรี

เมื่อถูกความร้อนทำลายหรือเพียงแค่ถูกปล่อยไว้ในอากาศเป็นเวลาหลายสัปดาห์ ทองแดงพื้นฐานเริ่มเกิดออกซิเดชัน แม้จะเป็นชั้นบางของออกไซด์ทองแดงบนแผ่นปิดก็เพียงพอที่จะขัดขวางการเชื่อมต่อบัดกรีที่เชื่อถือได้ เมื่อบอร์ดกลับมาเข้ากระบวนการประกอบครั้งที่สอง ซิลิโคนบัดกรีไม่สามารถสร้างพันธะโลหะเป็นกลางได้ การบัดกรีล้มเหลวในการเปียกแผ่นปิด, ส่งผลให้เกิดการเชื่อมต่ออ่อน, วงจรเปิด, และความล้มเหลวในการประกอบอย่างชัดเจน

ด้วย OSP เข็มนาฬิกาไม่เคยหยุดนิ่ง สัปดาห์ไม่กี่สัปดาห์บนชั้นวางหรือความล่าช้าที่ไม่คาดคิดในการหาอะไหล่สำคัญ เป็นสิ่งที่ทำให้ PCB ที่สมบูรณ์แบบกลายเป็นหายนะด้านการบัดกรี

เมื่อสถานการณ์ในฝันพบกับความเป็นจริงของ NPI

ผู้คุ้มกันของ OSP ชี้ให้เห็นความสำเร็จในการผลิตที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวดและความเร็วสูง หากแผงวงจรถูกสร้างและประกอบสมบูรณ์ภายในไม่กี่วัน OSP ทำงานได้อย่างเพียงพอ ช่องว่างของการเชื่อมต่อด้วยบัดกรียังคงเปิดอยู่

นี่คือนิยายในโลกของการแนะนำสินค้าใหม่ NPI ถูกกำหนดโดยความไม่แน่นอน กำหนดการไม่คงที่ ตัวประกอบสำคัญเจอความล่าช้าในซัพพลายเชน การแก้ไขดีไซน์ทำให้บอร์ดบางชุดหยุดชะงัก การสร้างถูกแบ่งช่วงส่วนใหญ่ของล็อตถูกประกอบทันทีและส่วนที่เหลือรอในภายหลัง ในสถานการณ์ทั่วไปเหล่านี้ OSP เป็นการพนัน แผงวงจรที่วางบนชั้นวางไม่ใช่สินทรัพย์ที่คงที่ แต่มันกำลังเสื่อมสภาพอย่างต่อเนื่อง

โครงสร้างของรอบการแก้ไข: ที่ซึ่งการประหยัดเงินหายไป

ต้นทุนที่แท้จริงของ OSP ไม่ใช่บนใบเสนอราคาการผลิต แต่บนสายงานประกอบ เมื่อแผ่นรองรับที่ออกซิไดซ์บนด้านที่สองของบอร์ดผ่านกระบวนการ reflow ความล้มเหลวจะทวีคูณ การตรวจสอบด้วยแสงออปติกอัตโนมัติ (AOI) จัดกลุ่มจุดเชื่อมที่ผิดพลาดหลายสิบชุด แผงวงจรที่ดูเรียบง่ายกว่ากลับต้องใช้เวลานานในการซ่อมแซมด้วยมืออย่างพิถีพิถัน

นี่คือจุดที่การประหยัดเงินเลิกใช้ได้ เทคนิคของช่างเทคนิคตอนนี้คือวินิจฉัยการเปิดวงจร ปรึกษาอย่างระมัดระวังเพื่อล้างบัดกรีของส่วนประกอบใกล้เคียงเพื่อเข้าถึง ทำความสะอาดแผ่นรองที่ออกซิไดซ์อย่างพิถีพิถัน และพยายามบัดกรีด้วยมือ กระบวนการช้่า, มีค่าใช้จ่ายสูง, และเสี่ยงต่อการทำลายบอร์ดหรือส่วนประกอบที่อยู่ใกล้เคียง บอร์ด BGA ซับซ้อนเพียงหนึ่งเดียวที่ล้มเหลวในการบัดกรีอาจมีค่าใช้จ่ายในการซ่อมและชิ้นส่วนทิ้งซึ่งมากกว่าการอัปเกรดพื้นผิวทั้งชุด

การประหยัดในเบื้องต้นเป็นภาพลวงตา

กรณีศึกษาเกี่ยวกับความสมเหตุสมผล: ทำไม ENIG ถึงเป็นมาตรฐาน NPI

เผชิญกับความเสี่ยงในตัวของ OSP ตัวเลือกที่สมเหตุสมผลสำหรับ NPI คือ Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG) แม้ว่าต้นทุนล่วงหน้าจะแพงขึ้น แต่มันไม่ใช่ค่าใช้จ่าย แต่เป็นนโยบายประกันภัยป้องกันความล้มเหลวรุนแรง ใน PCBA Bester เราถือว่ามันเป็นตัวเลือกมืออาชีพเริ่มต้นสำหรับการปกป้องเส้นเวลาและงบประมาณของโครงการ

พื้นผิวที่ออกแบบมาเพื่อความไม่แน่นอน

โครงสร้างของ ENIG มีความแข็งแรงในพื้นฐาน แผ่นนิกเกิลเคลือบบนทองแดงสร้างเป็นฉนวนกันร้อนที่ทนทานและกันรั่ว ชั้นของทองคำแช่จุ่มบางมากจะปกป้องนิกเกิลจากการออกซิไดซ์ โครงสร้างนี้ไม่ไวต่อเวลาเหมือน OSP บอร์ด ENIG สามารถวางบนชั้นวางเป็นเวลาหนึ่งปีและความสามารถในการบัดกรีจะไม่เปลี่ยนแปลงไป

เรียบ เสถียร และคาดการณ์ได้

ชั้นนิกเกิล-ทองคำมีความทนทานต่อความร้อนสูง ทนต่อรอบการ reflow หลายรอบโดยไม่เสื่อมสภาพ รับประกันว่าด้านที่สองของบอร์ดสามารถบัดกรีได้เช่นเดียวกับด้านแรก ยิ่งไปกว่านั้น ENIG ให้ผิวเรียบเสมอกัน — ซึ่งสำคัญสำหรับการบัดกรีชิ้นส่วนละเอียดและ BGAs ขนาดใหญ่ ความสามารถในการคาดการณ์นี้ช่วยลดสภาวะแปรปรวนหลายชนิดในกระบวนการประกอบ NPI ที่ซับซ้อน

กรอบงานเชิงปฏิบัติสำหรับการเลือกพื้นผิวพีซีบี

การตัดสินใจไม่ใช่ว่าอะไรดีกว่ากันโดยทั่วไป แต่มันเหมาะสมกับระดับความเสี่ยงของโครงการของคุณ คำแนะนำของเราขึ้นอยู่กับการบริหารความรวมต้นทุน ไม่ใช่ราคาต้นทุนเริ่มต้น

ENIG ควรเป็นตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับโครงการใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับ NPI, ส่วนประกอบมูลค่าสูง หรือกำหนดเวลาที่ไม่แน่นอน ค่าพรีเมียมที่จ่ายไปน้อยเมื่อเทียบกับความเสียหายของงบประมาณที่อาจเกิดขึ้นจากการซ่อมซ้ำเพียงครั้งเดียว คุณจ่ายสำหรับความสามารถในการคาดการณ์และหน้าต่างกระบวนการที่กว้างขึ้น คุณจ่ายเพื่อความสบายใจ

หากคุณถูกจำกัดงบประมาณอย่างแน่นหนาและต้องใช้ OSP จัดการบอร์ดเหมือนสินค้าหมดอายุ ดำเนินการตามกฎสินค้าคงคลังแบบ first-in, first-out อย่างเข้มงวด จัดเก็บในกล่องแห้งบ่มไนโตรเจน และสื่อสารช่วงเวลาการประกอบที่เข้มงวดให้แก่พาร์ทเนอร์การผลิตของคุณ สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงวิธีแก้ปัญหาชั่วคราวสำหรับความเสี่ยงที่สามารถออกแบบให้หลีกเลี่ยงได้ตั้งแต่แรก ในการผลิต ตัวเลือกที่ดูประหยัดแต่แรกมักจะจ่ายแพงที่สุด