01
ما هي عملية معالجة سطح PCB؟
الأسطح النحاسية على لوحة الدوائر المطبوعة بدون تغطية قناع اللحام، مثل وسادات اللحام، والأصابع الذهبية، والثقوب الميكانيكية، وما إلى ذلك. إذا لم يكن هناك طلاء واقٍ، فإن سطح النحاس يتأكسد بسهولة، مما يؤثر على اللحام بين النحاس المكشوف والمكونات في منطقة اللحام على لوحة الدوائر المطبوعة.
كما هو موضح في الشكل أدناه، تقع معالجة السطح على الطبقة الخارجية من لوحة الدوائر المطبوعة، فوق طبقة النحاس، وتعمل كـ "طلاء" على سطح النحاس.
الوظيفة الأساسية للمعالجة السطحية هي حماية سطح النحاس المكشوف من دوائر الأكسدة، وبالتالي توفير سطح قابل للحام أثناء اللحام.
02
تصنيف عمليات معالجة سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور
تنقسم عمليات معالجة سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى الفئات التالية:
تسوية اللحام بالهواء الساخن (HASL)
غمر القصدير (ImSn)
الذهب النيكل الكيميائي (الذهب المغمور) (ENIG)
المواد الحافظة العضوية القابلة للحام (OSP)
الفضة الكيميائية (ImAg)
طلاء النيكل الكيميائي، طلاء البلاديوم الكيميائي، الغمر في الذهب (ENEPIG)
النيكل/الذهب كهربائيا
تسوية اللحام بالهواء الساخن (HASL)
تُعدّ عملية تسوية سطح اللحام بالهواء الساخن (HASL)، والمعروفة باسم رش القصدير، من أكثر عمليات معالجة الأسطح شيوعاً وأقلها تكلفة نسبياً. وتنقسم إلى نوعين: رش القصدير الخالي من الرصاص ورش القصدير المحتوي على الرصاص.
يمكن أن تصل مدة صلاحية PCB إلى 12 شهرًا، مع درجة حرارة معالجة تبلغ 250 درجة مئوية ونطاق سمك المعالجة السطحية 1-40 ميكرومتر.
تتضمن عملية رش القصدير غمر لوحة الدوائر المطبوعة في لحام منصهر (قصدير/رصاص) لتغطية سطح النحاس المكشوف على اللوحة. عند إزالة اللوحة من اللحام المنصهر، يمر هواء ساخن عالي الضغط عبر سطحها باستخدام سكين هوائي، مما يؤدي إلى ترسب اللحام بشكل متساوٍ وإزالة اللحام الزائد.
تتطلب عملية رش القصدير إتقانًا لدرجة حرارة اللحام، ودرجة حرارة الشفرة، وضغطها، ومدة غمر اللحام، وسرعة الرفع، وغيرها. تأكد من غمر لوحة الدوائر المطبوعة بالكامل في اللحام المنصهر، واستخدم سكين الهواء لنفخ اللحام قبل أن يتصلب. يساهم ضغط سكين الهواء في تقليل التفاوت السطحي على سطح النحاس ومنع حدوث وصلات لحام غير متجانسة.
تسوية اللحام بالهواء الساخن (HASL)
ميزة:
صلاحية طويلة
قابلية جيدة للحام
مقاومة التآكل والأكسدة
الفحص البصري ممكن
العيوب:
عدم استواء السطح
غير مناسب للأجهزة ذات المسافة الصغيرة
من السهل إنتاج حبات القصدير
التشوه الناجم عن ارتفاع درجة الحرارة
غير مناسب للطلاء الكهربائي من خلال الثقوب
غمر القصدير (ImSn)
القصدير المغمور (ImSn) عبارة عن طلاء معدني يترسب من خلال تفاعل الإزاحة الكيميائية، ويتم تطبيقه مباشرة على المعدن الأساسي (أي النحاس) للوحة الدائرة، والذي يمكنه تلبية متطلبات مكونات الملعب الصغير لتسطيح سطح لوحة الدوائر المطبوعة.
يُمكن لترسيب القصدير حماية النحاس الأساسي من الأكسدة خلال فترة صلاحية تتراوح بين 3 و6 أشهر. ولأن جميع أنواع اللحام تعتمد على القصدير، فإن طبقة ترسيب القصدير تتوافق مع أي نوع من أنواع اللحام. بعد إضافة مواد عضوية إلى محلول غمر القصدير، يصبح تركيب طبقة القصدير حبيبيًا، مما يُعالج مشاكل شعيرات القصدير وهجرة القصدير، مع الحفاظ على استقرار حراري جيد وقابلية عالية للحام.
تبلغ درجة حرارة ترسيب القصدير 50 درجة مئوية، ويتراوح سمك سطحه بين 0.8 و1.2 ميكرومتر. تُعدّ هذه اللوحة مناسبة بشكل خاص للتوصيل بالضغط، مثل لوحات الاتصالات الخلفية.
غمر القصدير (ImSn)
ميزة:
مناسب للمسافات الصغيرة/BGA
نعومة سطح جيدة
متوافق مع RoHS
قابلية جيدة للحام
الاستقرار الجيد
العيوب:
من السهل أن تلوث
قد تتسبب الشعيرات المعدنية في حدوث ماس كهربائي
يتطلب الاختبار الكهربائي مجسات ناعمة
غير مناسب لمفاتيح الاتصال
مادة تآكلية لطبقة قناع اللحام
الذهب النيكل الكيميائي (الذهب المغمور) (ENIG)
يمكن أن يلبي النيكل الكيميائي المغمور بالذهب (ENIG) متطلبات تسطيح السطح ومعالجة خالية من الرصاص للوحات الدوائر المطبوعة للأجهزة ذات الملعب الصغير (BGA وμ BGA).
تتكون تقنية ENIG من طبقتين من الطلاء المعدني، حيث يُرسب النيكل على سطح النحاس من خلال عمليات كيميائية، ثم يُغطى بذرات الذهب عبر تفاعلات الإزاحة. يتراوح سمك طبقة النيكل بين 3 و6 ميكرومتر، بينما يتراوح سمك طبقة الذهب بين 0.05 و0.1 ميكرومتر. يعمل النيكل كحاجز للنحاس، وهو السطح الذي تُلحم عليه المكونات فعليًا. أما الذهب، فيمنع أكسدة النيكل أثناء التخزين، حيث تصل مدة صلاحيته إلى عام تقريبًا، كما يضمن استواءً ممتازًا للسطح.
تُستخدم عملية الغمر الذهبي على نطاق واسع في الألواح عالية الكثافة، والألواح الصلبة التقليدية، والألواح اللينة، وتتميز بموثوقية عالية ودعم لربط الأسلاك باستخدام أسلاك الألومنيوم. وتُستخدم على نطاق واسع في صناعات مثل الصناعات الاستهلاكية، والاتصالات/الحوسبة، والفضاء، والرعاية الصحية.
النيكل والذهب الكيميائي (ENIG)
ميزة:
صلاحية طويلة
لوحة عالية الكثافة (μ BGA)
ربط الأسلاك الألومنيوم
تسطيح السطح العالي
مناسب لثقوب الطلاء الكهربائي
العيوب:
سعر باهظ الثمن
إضعاف إشارات التردد اللاسلكي
لا يمكن إعادة العمل
وسادة سوداء/نيكل أسود
عملية المعالجة معقدة
المواد الحافظة العضوية القابلة للحام (OSP)
المواد الحافظة العضوية للحام (OSP) عبارة عن طبقات واقية رقيقة للغاية يتم تطبيقها على النحاس المكشوف لحماية سطح النحاس من الأكسدة.
تتميز الأغشية العضوية بخصائص مثل مقاومة الأكسدة والصدمات الحرارية والرطوبة، مما يحمي أسطح النحاس من الأكسدة أو الكبرتة في الظروف العادية. في عملية اللحام اللاحقة عند درجات الحرارة العالية، يُزال الغشاء العضوي بسهولة بواسطة مادة اللحام، مما يؤدي إلى التصاق سطح النحاس النظيف المكشوف مباشرةً باللحام المنصهر ، مُشكلاً وصلة لحام قوية في فترة وجيزة.
OSP مركب عضوي مائي يتحد انتقائيًا مع النحاس لحماية سطحه قبل اللحام. بالمقارنة مع عمليات معالجة الأسطح الأخرى الخالية من الرصاص، يُعدّ OSP صديقًا للبيئة للغاية، نظرًا لاحتمالية سميته أو استهلاكه العالي للطاقة.
المواد الحافظة العضوية القابلة للحام (OSP)
ميزة:
بسيطة ورخيصة
حماية البيئة خالية من الرصاص
سطح أملس
ربط الأسلاك
العيوب:
غير مناسب لـ PTH
مدة الصلاحية القصيرة
غير مناسب للفحص البصري والكهربائي
قد تؤدي تركيبات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات إلى إتلاف لوحة الدوائر المطبوعة
الفضة الكيميائية (ImAg)
الفضة المغمورة (ImAg) هي عملية طلاء النحاس مباشرةً بطبقة من الفضة النقية، وذلك بغمر لوحة دوائر مطبوعة (PCB) في حمام أيونات الفضة عبر تفاعل الإزاحة. تتميز الفضة بخصائص كيميائية مستقرة. تحافظ لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) المُعالجة بتقنية غمر الفضة على جودة أدائها الكهربائي وقابليتها للحام حتى عند تعرضها لبيئات حارة ورطبة وملوثة، وحتى في حال فقدان السطح لمعانه.
في بعض الأحيان، لمنع تفاعل الفضة مع الكبريتيدات في البيئة، يُدمج ترسيب الفضة مع طلاء OSP. في معظم التطبيقات، يمكن للفضة أن تحل محل الذهب. إذا كنت لا ترغب في إدخال مواد مغناطيسية (مثل النيكل) إلى لوحة الدوائر المطبوعة، يمكنك استخدام ترسيب الفضة.
يتراوح سُمك سطح ترسيب الفضة بين 0.12 و0.40 ميكرومتر، وتتراوح مدة صلاحيته بين 6 و12 شهرًا. وتتأثر عملية ترسيب الفضة بنظافة السطح أثناء المعالجة، لذا من الضروري ضمان عدم تلوث سطح ترسيب الفضة خلال عملية الإنتاج بأكملها. وتُناسب عملية ترسيب الفضة تطبيقات مثل لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، ومفاتيح الأغشية الرقيقة، وربط أسلاك الألومنيوم التي تتطلب حماية من التداخل الكهرومغناطيسي.
الفضة الغارقة (ImAg)
ميزة:
تسطيح سطح جيد
قابلية اللحام العالية
الاستقرار الجيد
أداء حماية جيد
مناسب لربط الأسلاك الألومنيوم
العيوب:
حساسة للملوثات
من السهل الخضوع للهجرة الكهربائية
شوارب معدنية فضية
نافذة تجميع قصيرة بعد فك العبوة
صعوبة في الاختبار الكهربائي
طلاء النيكل الكيميائي، طلاء البلاديوم الكيميائي، الغمر في الذهب (ENEPIG)
بالمقارنة مع طلاء النيكل والذهب بالذهب (ENIG)، يتميز طلاء النيكل والذهب بالذهب المعزز بالنيكل (ENEPIG) بطبقة إضافية من البلاديوم بين النيكل والذهب، مما يوفر حماية إضافية لطبقة النيكل من التآكل ويمنع ظهور بقع سوداء أثناء معالجة سطح ENIG، وبالتالي يُحسّن نعومة السطح. يبلغ سمك طبقة النيكل حوالي 3-6 ميكرومتر، وسمك طبقة البلاديوم حوالي 0.1-0.5 ميكرومتر، وسمك طبقة الذهب 0.02-0.1 ميكرومتر. على الرغم من أن سمك طبقة الذهب أقل من سمك طبقة ENIG، إلا أن ENEPIG أغلى ثمناً.
يمكن ربط بنية طبقة النحاس والنيكل والبلاديوم والذهب مباشرةً بطبقة الطلاء. الطبقة الأخيرة من الذهب رقيقة جدًا وناعمة، وقد يؤدي تلف ميكانيكي مفرط أو خدوش عميقة إلى كشف طبقة البلاديوم.
طلاء النيكل الكيميائي، طلاء البلاديوم الكيميائي، الغمر في الذهب (ENEPIG)
ميزة:
سطح مستو للغاية
ربط الأسلاك
يمكن إعادة لحامها عدة مرات
موثوقية عالية لمفاصل اللحام
صلاحية طويلة
العيوب:
سعر باهظ الثمن
لا يعد ربط الأسلاك الذهبية موثوقًا به مثل ربط الذهب الناعم
من السهل إنتاج حبات القصدير
عملية معقدة
من الصعب التحكم في عملية المعالجة
النيكل/الذهب كهربائيا
ينقسم الذهب النيكل المطلي كهربائيا إلى "الذهب الصلب" و "الذهب الناعم".
يتميز الذهب الصلب بنقاوة منخفضة (99.6%) ويُستخدم عادةً في موصلات حواف لوحات الدوائر المطبوعة، أو نقاط التلامس، أو غيرها من المناطق المعرضة للتآكل الشديد. ويمكن أن يختلف سمك الذهب حسب المتطلبات.
الذهب الناعم هو أكثر نقاءً (99.9%) ويُستخدم عادةً في ربط الأسلاك.
الذهب الكهربائي الصلب
الذهب الصلب هو سبيكة ذهب تحتوي على مركبات من الكوبالت والنيكل والحديد. يُستخدم النيكل منخفض الإجهاد بين طلاء الذهب والنحاس. يُعد الذهب الصلب مناسبًا للمكونات شائعة الاستخدام والمعرضة للتآكل، مثل لوحات الناقل، والأصابع الذهبية، ولوحات المفاتيح.
قد يختلف سُمك سطح معالجة الذهب الصلب باختلاف التطبيق. أقصى سُمك لحام مُوصى به لـ IPC هو 17.8 ميكروبوصة، و25 ميكروبوصة للذهب، و100 ميكروبوصة للنيكل لتطبيقات IPC1 والفئة 2، و50 ميكروبوصة للذهب، و100 ميكروبوصة للنيكل لتطبيقات IPC3.
الذهب الكهربائي الناعم
يتم استخدامها بشكل أساسي في لوحات الدوائر المطبوعة التي تتطلب ربط الأسلاك وقابلية اللحام العالية، وتعتبر وصلات اللحام المصنوعة من الذهب الناعم أكثر أمانًا مقارنة بالذهب الصلب.
معالجة سطح الذهب الكهربائي الناعم
النيكل/الذهب كهربائيا
ميزة:
صلاحية طويلة
موثوقية عالية لمفاصل اللحام
سطح متين
العيوب:
غالي جدا
يتطلب الإصبع الذهبي توصيلات إضافية على اللوحة
الذهب الصلب لديه قابلية لحام ضعيفة
03
كيفية اختيار عملية معالجة سطح PCB؟
تؤثر عملية معالجة سطح لوحات الدوائر المطبوعة بشكل مباشر على الإنتاج، وكمية إعادة العمل ، ومعدل الأعطال في الموقع، وقدرة الاختبار، ومعدل الهدر. ولضمان جودة المنتج النهائي وأدائه، من الضروري اختيار عملية معالجة سطحية تلبي متطلبات التصميم. وفي مجال الهندسة، يمكن مراعاة الجوانب التالية:
تسطيح الوسادة
يؤثر تسطيح منصات اللحام بشكل مباشر على جودة لحام PCBA، وخاصة عندما يكون هناك BGA كبير نسبيًا أو μ BGA ذو درجة أصغر على اللوحة، ويمكن اختيار ENIG وENEPIG وOSP عندما تكون الطبقة الواقية على سطح وسادة اللحام رقيقة وموحدة.
قابلية اللحام وقابلية البلل
تُعدّ قابلية اللحام عاملاً أساسياً في لوحات الدوائر المطبوعة. مع تلبية المتطلبات الأخرى، يُنصح باختيار عملية معالجة سطحية ذات قابلية لحام عالية لضمان جودة لحام إعادة التدفق.
تردد اللحام
كم مرة تحتاج لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) إلى اللحام أو إعادة التصنيع؟ عملية معالجة سطح OSP غير مناسبة لإعادة التصنيع أكثر من مرتين. حاليًا، سيتم اختيار عمليات معالجة أسطح المركبات، مثل الذهب المغمور + OSP. حاليًا، ستختار المنتجات الإلكترونية المتطورة، مثل الهواتف الذكية، هذه العملية.
الامتثال بنفايات
يُستمد عنصر الرصاص في لوحات الدوائر المطبوعة بشكل أساسي من دبابيس المكونات، ووسادات لوحة الدوائر المطبوعة، واللحام. وللامتثال للوائح RoHS، يجب أن تتوافق طريقة معالجة سطح لوحة الدوائر المطبوعة مع معايير RoHS أيضًا. على سبيل المثال، تتوافق تقنيات ENIG والقصدير والفضة وOSP مع معايير RoHS.
الترابط المعدني
إذا كان هناك حاجة إلى ربط الأسلاك الذهبية أو الألومنيوم، فقد يقتصر الأمر على ENIG، وENEPIG، والذهب الكهربائي الناعم.
موثوقية وصلات اللحام
يمكن أن تؤثر عملية معالجة سطح لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) على جودة اللحام النهائية لمجموعة لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA) . في حال تطلب الأمر وصلات لحام عالية الموثوقية، يمكن اختيار استخدام عملية اللحام بالذهب بالغمر أو عملية اللحام بالذهب والنيكل والبلاديوم.
