01
Co je proces povrchové úpravy desek plošných spojů (PCB)?
Měděné povrchy na PCB bez krytí pájecí maskou, jako jsou pájecí plošky, zlaté prsty, mechanické otvory atd. Pokud není ochranný povlak, měděný povrch snadno oxiduje, což ovlivňuje pájení mezi holou mědí a součástkami v pájitelné oblasti desky plošných spojů.
Jak je znázorněno na obrázku níže, plocha Ošetření se nachází na nejvrchnější vrstvě desky plošných spojů, nad vrstvou mědi, a slouží jako „povlak“ na měděném povrchu.
Hlavní funkcí povrchové úpravy je ochrana odkrytého měděného povrchu před oxidačními obvody, čímž se během svařování získá pájetelný povrch.
02
Klasifikace procesů povrchové úpravy desek plošných spojů
Procesy povrchové úpravy desek plošných spojů se dělí do následujících kategorií:
Horkovzdušné pájení (HASL)
Cínování (ImSn)
Chemické niklové zlato (imerzní zlato) (ENIG)
Organické pájitelné konzervační látky (OSP)
Chemické stříbro (ImAg)
Chemické niklování, chemické palladiování, ponoření do zlata (ENEPIG)
Elektrolytický nikl/zlato
Horkovzdušné pájení (HASL)
Horkovzdušná pájka (HASL), běžně známá jako sprejový cín, je proces povrchové úpravy, který je nejběžněji používaný a relativně levný. Dělí se na bezolovnaté sprejový cín a olovnatý sprejový cín.
Trvanlivost desek plošných spojů může dosáhnout 12 měsíců při procesní teplotě 250 ℃ a tloušťce povrchové úpravy v rozsahu 1-40 μm.
Proces cínování zahrnuje ponoření desky plošných spojů do roztaveného pájka (cín/olovo) k pokrytí odkrytého měděného povrchu desky plošných spojů. Když deska plošných spojů opouští roztavenou pájku, horký vzduch pod vysokým tlakem fouká skrz povrch pomocí vzduchového nože, čímž se pájka usazuje naplocho a odstraňuje se přebytečná pájka.
Proces cínování vyžaduje zvládnutí teploty svařování, teploty čepele, tlaku čepele, doby svařování ponorem, rychlosti zvedání atd. Ujistěte se, že deska plošných spojů je zcela ponořena do roztavené pájky a že vzduchový nůž může pájku nafouknout před jejím ztuhnutím. Tlak vzduchového nože může minimalizovat meniskus na měděný povrch a zabránit pájecímu přemostění.
Horkovzdušné pájení (HASL)
výhoda:
Dlouhá trvanlivost
Dobrá svařitelnost
Odolnost proti korozi a oxidaci
Vizuální kontrola je možná
Nevýhody:
Nerovnosti povrchu
Není vhodné pro zařízení s malými roztečemi
Snadná výroba cínových korálků
Deformace způsobená vysokou teplotou
Není vhodné pro galvanické pokovování průchozích otvorů
Cínování (ImSn)
Imerzní cín (ImSn) je kovový povlak nanášený chemickou reakcí, který se nanáší přímo na základní kov (tj. měď) desky plošných spojů a splňuje požadavky na rovinnost povrchu desek plošných spojů u součástek s malou roztečí.
Cínování může chránit podkladovou měď před oxidací během 3–6měsíční skladovatelnosti. Vzhledem k tomu, že veškerá pájka je na bázi cínu, může být nanesená vrstva cínu shodná s jakýmkoli typem pájky. Po přidání organických přísad do roztoku pro imerzní cínu se struktura cínové vrstvy stává granulární, čímž se překonají problémy způsobené cínovými vlákny a migrací cínu a zároveň se získá... dobrá termální stabilita a svařitelnost.
Teplota procesu nanášení cínu je 50 ℃ a tloušťka povrchové úpravy je 0.8-1.2 μm. Deska plošných spojů je obzvláště vhodná pro krimpování, například pro komunikační desky.
Cínování (ImSn)
výhoda:
Vhodné pro malé rozteče/BGA
Dobrá hladkost povrchu
Vyhovuje směrnici RoHS
Dobrá svařitelnost
Dobrá stabilita
Nevýhody:
Snadno se kontaminuje
Cínové vousy mohou způsobit zkraty
Elektrické testování vyžaduje měkké sondy
Není vhodné pro kontaktní spínače
Korozivní pro vrstvu pájecí masky
Chemické niklové zlato (imerzní zlato) (ENIG)
Chemické niklové imerzní zlato (ENIG) splňuje požadavky na rovinnost povrchu a bezolovnaté zpracování desek plošných spojů pro součástky s malou roztečí (BGA a μ BGA).
ENIG se skládá ze dvou vrstev kovových povlaků, přičemž nikl je nanesen na povrch mědi chemickými procesy a poté je pokryt atomy zlata pomocí vytěsňovacích reakcí. Tloušťka niklu je 3–6 μm a tloušťka zlata je 0.05–0.1 μm. Nikl působí jako bariéra vůči mědi a je povrchem, ke kterému jsou součástky skutečně připájeny. Úlohou zlata je zabránit oxidaci niklu během skladování s trvanlivostí přibližně jeden rok a může zajistit... vynikající rovinnost povrchu.
Proces ponořování do zlata se široce používá u desek s vysokou hustotou, konvenčních tvrdých desek a měkkých desek, s vysokou spolehlivostí a podporou pro spojování vodičů pomocí hliníkového drátu. Široce se používá v odvětvích, jako je spotřební průmysl, komunikace/výpočetní technika, letecký průmysl a zdravotnictví.
Chemický nikl-zlato (ENIG)
výhoda:
Dlouhá trvanlivost
Deska s vysokou hustotou (μ BGA)
Lepení hliníkových drátů
Vysoká rovinnost povrchu
Vhodné pro galvanické pokovování otvorů
Nevýhody:
drahá cena
Útlum RF signálů
Nelze přepracovat
Černá podložka/černý nikl
Proces zpracování je složitý
Organické pájitelné konzervační látky (OSP)
Organické ochranné látky pro pájitelnost (OSP) jsou velmi tenké vrstvy materiálu nanášené na odkrytou měď, které chrání její povrch před oxidací.
Organické filmy mají vlastnosti, jako je odolnost proti oxidaci, odolnost proti tepelným šokům a odolnost proti vlhkosti, které mohou za normálních podmínek chránit měděné povrchy před oxidací nebo sířením. Při následném svařování za vysokých teplot se organický film snadno odstraní tavidlem, což způsobí, že se odkrytý čistý měděný povrch okamžitě spojí s roztaveným materiálem. pájka, čímž se ve velmi krátkém čase vytvoří silný pájený spoj.
OSP je organická sloučenina na vodní bázi, která se selektivně váže na měď a chrání tak měděný povrch před svařováním. Ve srovnání s jinými bezolovnatými procesy povrchové úpravy je velmi šetrná k životnímu prostředí, protože jiné procesy povrchové úpravy mohou být toxicity nebo spotřebovávat více energie.
Organické pájitelné konzervační látky (OSP)
výhoda:
Jednoduché a levné
Ochrana životního prostředí bez olova
Hladký povrch
Lepení drátem
Nevýhody:
Není vhodné pro PTH
Krátká trvanlivost
Není vhodné pro vizuální a elektrickou kontrolu
ICT příslušenství může poškodit plošné spoje
Chemické stříbro (ImAg)
Imerzní stříbro (ImAg) je proces přímého pokovování mědi vrstvou čistého stříbra ponořením desky plošných spojů (PCB) do lázně s ionty stříbra pomocí vytěsňovací reakce. Stříbro má stabilní chemické vlastnosti. Deska plošných spojů zpracovaná technologií imerzního stříbra si udržuje dobrou elektrickou a pájitelnou schopnost i při vystavení horkému, vlhkému a znečištěnému prostředí, a to i v případě, že povrch ztratí lesk.
Někdy se, aby se zabránilo reakci stříbra se sulfidy v prostředí, kombinuje nanášení stříbra s OSP povlakem. Pro většinu aplikací může stříbro nahradit zlato. Pokud nechcete do desky plošných spojů zavádět magnetické materiály (nikl), můžete zvolit nanášení stříbra.
Tloušťka povrchu naneseného stříbra je 0.12–0.40 μm a trvanlivost je 6 až 12 měsíců. Proces nanášení stříbra je citlivý na čistotu povrchu během zpracování a je nutné zajistit, aby celý výrobní proces nezpůsobil povrchovou kontaminaci naneseného stříbra. Proces nanášení stříbra je vhodný pro aplikace, jako jsou desky plošných spojů, tenkovrstvé spínače a spojování hliníkových drátů, které vyžadují stínění proti elektromagnetickému rušení.
Potápějící se stříbro (ImAg)
výhoda:
Dobrá rovinnost povrchu
Vysoká svařitelnost
Dobrá stabilita
Dobrý stínící výkon
Vhodné pro spojování hliníkových drátů
Nevýhody:
Citlivé na znečišťující látky
Snadná elektromigrace
Stříbrné kovové vousy
Krátká montážní lhůta po vybalení
Obtížnost při elektrických zkouškách
Chemické niklování, chemické palladiování, ponoření do zlata (ENEPIG)
Ve srovnání s ENIG má ENEPIG mezi niklem a zlatem další vrstvu palladia, která dále chrání vrstvu niklu před korozí a zabraňuje možnému vzniku černých plošek během povrchové úpravy ENIG, čímž poskytuje výhodu v hladkosti povrchu. Tloušťka naneseného niklu je asi 3–6 μm, tloušťka palladia je asi 0.1–0.5 μm a tloušťka zlata je 0.02–0.1 μm. Ačkoli tloušťka zlatá vrstva Je tenčí než ENIG, je dražší.
Vrstvená struktura mědi, niklu a palladia, zlata může být přímo spojena drátem s vrstvou pokovování. Poslední vrstva zlata je velmi tenká a měkká a nadměrné mechanické poškození nebo hluboké škrábance mohou vrstvu palladia odhalit.
Chemické niklování, chemické palladiování, ponoření do zlata (ENEPIG)
výhoda:
Extrémně rovný povrch
Lepení drátem
Lze opakovaně pájet reflowem
Vysoká spolehlivost pájených spojů
Dlouhá trvanlivost
Nevýhody:
drahá cena
Spojování zlatým drátem není tak spolehlivé jako spojování měkkým zlatem
Snadná výroba cínových korálků
Složitý proces
Obtížné ovládání procesu zpracování
Elektrolytický nikl/zlato
Galvanicky pokovené niklové zlato se dělí na „tvrdé zlato“ a „měkké zlato“.
Tvrdé zlato má nízkou čistotu (99.6 %) a běžně se používá na výrobu zlatých prstů. (konektory na hranách desek plošných spojů), kontakty desek plošných spojů nebo jiné odolné oblasti. Tloušťka zlata se může lišit v závislosti na požadavcích.
Měkké zlato je čistší (99.9 %) a běžně se používá pro spojování drátů.
Tvrdé elektrolytické zlato
Tvrdé zlato je slitina zlata obsahující komplexy kobaltu, niklu nebo železa. Nikl s nízkým pnutím se používá mezi zlacením a mědí. Tvrdé zlato je vhodné pro součástky, které se často používají a s vysokou pravděpodobností se opotřebují, jako jsou nosné desky, zlaté prsty a klávesnice.
Tloušťka povrchové úpravy tvrdého zlata se může lišit v závislosti na aplikaci. Doporučená maximální svařitelná tloušťka pro IPC je 17.8 μ palců, 25 μ zlata a 100 μ niklu pro aplikace IPC1 a třídy 2 a 50 μ zlata a 100 μ niklu pro aplikace IPC3.
Měkké elektrolytické zlato
Používá se hlavně pro desky plošných spojů, které vyžadují spojování vodičů a vysokou pájitelnost. Měkké zlaté pájení je bezpečnější ve srovnání s tvrdým zlatem.
Povrchová úprava měkkým elektrolytickým zlatem
Elektrolytický nikl/zlato
výhoda:
Dlouhá trvanlivost
Vysoká spolehlivost pájených spojů
Odolný povrch
Nevýhody:
Velmi drahý
Zlatý prst vyžaduje dodatečné vodivé zapojení na desce
Tvrdé zlato má špatnou svařitelnost
03
Jak zvolit proces povrchové úpravy desek plošných spojů?
Proces povrchové úpravy desky plošných spojů přímo ovlivní výstup, množství pro přepracování, míra poruchovosti na místě, testovací schopnost a míra zmetkovitosti. Pro kvalitu a výkon konečného produktu je nutné zvolit proces povrchové úpravy, který splňuje konstrukční požadavky. Ve strojírenství lze zvážit následující perspektivy:
Rovinnost podložky
Rovinnost pájecích plošek přímo ovlivňuje kvalitu pájení desky plošných spojů (PCBA), zejména pokud jsou na desce relativně velké BGA nebo menší rozteč μ BGA. Pokud je třeba, aby ochranná vrstva na povrchu pájecí plošky byla tenká a rovnoměrná, lze zvolit ENIG, ENEPIG a OSP.
Pájitelnost a smáčivost
Pájitelnost je u desek plošných spojů vždy klíčovým faktorem. I přes splnění dalších požadavků je vhodné zvolit proces povrchové úpravy s vysokou pájitelností, aby se zajistila výtěžnost pájení reflow.
Frekvence svařování
Kolikrát je třeba desku plošných spojů pájet nebo přepracovávat? Proces povrchové úpravy OSP není vhodný pro více než dvojí přepracování. V současné době se také volí procesy povrchové úpravy kompozitních materiálů, jako je imerzní zlato + OSP. V současné době se tento proces volí u špičkových elektronických produktů, jako jsou chytré telefony.
RoHS
Olověný prvek v PCBA pochází hlavně z pinů součástek, Plošky na deskách plošných spojů a pájka. Aby byly splněny předpisy ROHS, musí i metoda povrchové úpravy desek plošných spojů splňovat normy ROHS. Například ENIG, cín, stříbro a OSP splňují normy ROHS.
Kovové lepení
Pokud je vyžadováno spojení zlatým nebo hliníkovým drátem, může být omezeno na ENIG, ENEPIG a měkké elektrolytické zlato.
Spolehlivost pájených spojů
Proces povrchové úpravy desek plošných spojů může také ovlivnit konečný výsledek kvalita pájení PCBAPokud jsou vyžadovány vysoce spolehlivé pájené spoje, lze zvolit použití imerzního zlata nebo nikl-palladiového zlata.
