用數據比較OSP及ENIG表面處理電路板之焊接焊錫焊點強度

OSP及ENIG表面處理電路板之焊接強度比較提出實驗數據佐證OSP表面處理的焊接強度比ENIG表面處理PCB來得強。但也證實OSP的焊錫強度會隨著時間老化而變差,所以,產品賣到市場上越久,其不良率應該會越高。

關鍵字:焊接強度、焊點強度、焊錫強度、零件掉落、錫裂

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各位朋友在SMT及電路板組裝業界混久了,也許曾聽某位專家或前輩經驗分享告訴過你「OSP表面處理的電路板之焊接強度比ENIG表面處理來得強」,比較專業的術語應該說「銅基地電路板的焊點強度比鎳基地來得強」,不過似乎沒有幾個人可以拿出一個數據來告訴你「到底OSP焊接強度比ENIG強了多少?」







你知道什麼是ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold)表面處理電路板嗎? ENIG表面處理是什麼電路板?有何優缺點?

你知道什麼是OSP(Organic Solderability Preservative)表面處理電路板嗎?什麼是OSP(有機保焊膜)表面處理電路板?有何優缺點?

工作熊在網路上找了許多的報告,最後發現這篇由「日本 Niho Superior 公司」發表的【Strength of Lead-free BGA Spheres in High Speed Loading】英文版本報告算是較淺顯易懂,本文基本上會用這份報告當材料來說明OSP與ENIG的焊接其承受應力的能力。

因為現今手持電子裝置(portable devices)大行其道,使用者拿取時不小心將其掉落地上時有發生,所以這份報告使用了不同的剪切(Shear)測試速度對BGA錫球焊接於OSP及ENIG兩種不同表面處理的可靠性計算其BGA錫球的斷裂能量(Fracture Energy)來做為焊接強度評判的標準。

這份報告的測試樣品及其條件如下,對報告詳細內容有興趣的讀者可以在網路上搜尋一下這份原文報告的名稱應該就可以找到了:

Shear_test

這份報告基本上採用了推力(Shear-test)及拉力(Pull-test)兩種測試方法,但工作熊這裡只取其推力的報告,有興趣的讀者可以在網路上找一下這份原文的報告,而這裡的推力實際為錫球側向的剪切力(Shear),如左圖的測試方法。

Fracture_Energy

需要提醒的,這份報告卻是以錫球的「破裂強度(Fracture Energy)」來計算其焊接強度的,因為當最大剪切力出現時錫球還不一定整顆完全掉落下來,有些可能只是裂開一部分,但推力的最大值已經求出,所以僅計算最大剪切力來代替焊錫強度會有點失真,應該要計算其整個剪切力與距離所形成的封閉區域面積(左圖)才比較能代表焊接強度。

Average_fracture_energy_as_a_function_of_shear_speed

從整份報告看來,針對OSP及ENIG表面處理的焊接強度結果可以歸納為下列幾點結論:

報告中還特別針對一次回焊(As reflow)、二次回焊(Double reflow)、回焊後放置於150°C環境下200(H)小時(Reflow + 200hr@150°C)做了實驗及比較,最主要目的在了解IMC(Intermetallic Compounds)在時間及溫度條件下對BGA錫球焊錫強度的影響性。

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Effect_of_ageing_on_performance_in_shear

重點來了,既然本文證明了OSP表面處理的焊接強度比ENIG來得好,你們公司的產品就真的可以採用OSP嗎?工作熊想聽聽大家的看法?


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