01
Hvad er PCB-overfladebehandlingsprocessen?
Kobberoverflader på printkort uden loddemaskedækning, såsom loddepuder, guldfingre, mekaniske huller osv. Hvis der ikke er nogen beskyttende belægning, oxideres kobberoverfladen let, hvilket påvirker lodningen mellem bart kobber og komponenter i printkortets loddeområde.
Som vist på figuren nedenfor er overfladebehandlingen placeret på printkortets yderste lag, over kobberlaget, og fungerer som en "belægning" på kobberoverfladen.
Overfladebehandlingens hovedfunktion er at beskytte den eksponerede kobberoverflade mod oxidationskredsløb og derved give en loddebar overflade til lodning under svejsning.
02
Klassificering af PCB-overfladebehandlingsprocesser
PCB-overfladebehandlingsprocesser er opdelt i følgende kategorier:
Varmluftlodningsudjævning (HASL)
Tin-immersion (ImSn)
Kemisk nikkelguld (immersionsguld) (ENIG)
Organiske loddebare konserveringsmidler (OSP)
Kemisk sølv (ImAg)
Kemisk fornikling, kemisk palladiumbelægning, nedsænkning i guld (ENEPIG)
Elektrolytisk nikkel/guld
Varmluftlodningsudjævning (HASL)
Varmluftloddeniveau (HASL), almindeligvis kendt som spraytin, er en overfladebehandlingsproces, der er den mest almindeligt anvendte og relativt billige. Den er opdelt i blyfri spraytin og blyspraytin.
PCB'ens holdbarhed kan nå op på 12 måneder, med en procestemperatur på 250 ℃ og et overfladebehandlingstykkelsesområde på 1-40 µm.
Tin-sprøjtningsprocessen involverer at nedsænke printkortet i smeltet lod (tin/bly) for at dække den eksponerede kobberoverflade på printkortet. Når printkortet forlader det smeltede lod, blæser varmluft under højt tryk gennem overfladen med en luftkniv, hvilket får loddet til at aflejres fladt og fjerner overskydende lod.
Tin-sprøjtningsprocessen kræver beherskelse af svejsetemperatur, bladtemperatur, bladtryk, nedsvejsningstid, løftehastighed osv. Sørg for, at printkortet er helt nedsænket i det smeltede loddetin, så luftkniven kan blæse loddet op, før det størkner. Luftknivens tryk kan minimere menisken på kobberoverfladen og forhindre loddebrodannelse.
Varmluftlodningsudjævning (HASL)
fordel:
Lang holdbarhed
God svejsbarhed
Korrosions- og oxidationsbestandighed
Visuel inspektion er mulig
Ulemper:
Ujævnheder i overfladen
Ikke egnet til enheder med lille afstand
Let at fremstille tinperler
Deformation forårsaget af høj temperatur
Ikke egnet til galvanisering af gennemgående huller
Tin-immersion (ImSn)
Immersion Tin (ImSn) er en metalbelægning, der aflejres gennem en kemisk fortrængningsreaktion og påføres direkte på printkortets basismetal (dvs. kobber). Belægningen kan opfylde kravene til små komponenters overfladeplanhed på printkortet.
Tinaflejring kan beskytte det underliggende kobber mod oxidation i løbet af holdbarheden på 3-6 måneder. Da alt loddetin er baseret på tin, kan tinaflejringslaget matche enhver type loddetin. Efter tilsætning af organiske tilsætningsstoffer til tin-immersionsopløsningen bliver tinlagstrukturen granulær, hvilket overvinder problemerne forårsaget af tinhår og tinmigration, samtidig med at det har god termisk stabilitet og svejseevne.
Temperaturen for tinaflejringsprocessen er 50 ℃, og overfladebehandlingens tykkelse er 0.8-1.2 µm. PCB, der er særligt velegnet til forbindelse via krympning, såsom kommunikationsbagplader.
Tin-immersion (ImSn)
fordel:
Velegnet til små afstande/BGA
God overfladeglathed
Overholder RoHS
God svejsbarhed
God stabilitet
Ulemper:
Let at blive forurenet
Tinhår kan forårsage kortslutninger
Elektrisk testning kræver bløde prober
Ikke egnet til kontaktafbrydere
Ætsende for loddemaskelaget
Kemisk nikkelguld (immersionsguld) (ENIG)
Kemisk nikkel-immersionsguld (ENIG) kan opfylde kravene til overfladeplanhed og blyfri forarbejdning af printkort til små pitch-enheder (BGA og μ BGA).
ENIG består af to lag metalbelægninger, hvor nikkel aflejres på kobberoverfladen gennem kemiske processer og derefter belægges med guldatomer gennem fortrængningsreaktioner. Nikkelens tykkelse er 3-6 μm, og guldets tykkelse er 0.05-0.1 μm. Nikkel fungerer som en barriere for kobber og er den overflade, som komponenterne faktisk loddes til. Guldets rolle er at forhindre nikkeloxidation under opbevaring, med en holdbarhed på omkring et år, og kan sikre fremragende overfladeplanhed.
Immersionsguldprocessen anvendes i vid udstrækning i højdensitetsplader, konventionelle hårde plader og bløde plader med høj pålidelighed og understøtter ledningsbinding ved hjælp af aluminiumtråd. Den anvendes i vid udstrækning i industrier som forbruger, kommunikation/computere, luftfart og sundhedspleje.
Kemisk nikkelguld (ENIG)
fordel:
Lang holdbarhed
Højdensitetskort (μ BGA)
Aluminiumtrådsbinding
Høj overfladeplanhed
Velegnet til galvanisering af huller
Ulemper:
dyr pris
Dæmpning af RF-signaler
Kan ikke omarbejde
Sort pude/sort nikkel
Bearbejdningsprocessen er kompleks
Organiske loddebare konserveringsmidler (OSP)
Organiske loddebarhedskonserveringsmidler (OSP) er meget tynde materialebeskyttelseslag, der påføres eksponeret kobber for at beskytte kobberoverfladen mod oxidation.
Organiske film har egenskaber som oxidationsmodstand, termisk stødmodstand og fugtighedsmodstand, hvilket kan beskytte kobberoverflader mod oxidation eller svovling under normale forhold. I eftersvejseprocessen med høj temperatur fjernes den organiske film let af flusmidlet, hvilket får den eksponerede, rene kobberoverflade til øjeblikkeligt at binde sig til det smeltede loddetin og danne en stærk loddeforbindelse på meget kort tid.
OSP er en vandbaseret organisk forbindelse, der selektivt kan binde sig til kobber for at beskytte kobberoverfladen før svejsning. Sammenlignet med andre blyfri overfladebehandlingsprocesser er den meget miljøvenlig, fordi andre overfladebehandlingsprocesser kan have toksicitet eller et højere energiforbrug.
Organiske loddebare konserveringsmidler (OSP)
fordel:
Simpelt og billigt
Blyfri miljøbeskyttelse
glat overflade
Trådbinding
Ulemper:
Ikke egnet til PTH
Kort holdbarhed
Ikke praktisk til visuel og elektrisk inspektion
IKT-armaturer kan beskadige printpladen
Kemisk sølv (ImAg)
Immersionssølv (ImAg) er en proces, hvor kobber direkte belægges med et lag rent sølv ved at nedsænke et printkort i et sølvionbad gennem en fortrængningsreaktion. Sølv har stabile kemiske egenskaber. Printkort, der er behandlet ved hjælp af sølvimmersionsteknologi, kan opretholde god elektrisk og loddebarhed, selv når de udsættes for varme, fugtige og forurenede miljøer, og selvom overfladen mister sin glans.
For at forhindre sølv i at reagere med sulfider i miljøet, kombineres sølvaflejring nogle gange med OSP-belægning. Til de fleste anvendelser kan sølv erstatte guld. Hvis du ikke ønsker at introducere magnetiske materialer (nikkel) i printkortet, kan du vælge at bruge sølvaflejring.
Overfladetykkelsen af sølvaflejring er 0.12-0.40 μm, og holdbarheden er 6 til 12 måneder. Sølvaflejringsprocessen er følsom over for overfladens renhed under forarbejdning, og det er nødvendigt at sikre, at hele produktionsprocessen ikke forårsager overfladekontaminering af sølvaflejringen. Sølvaflejringsprocessen er velegnet til applikationer som printkort, tyndfilmskontakter og aluminiumtrådsbinding, der kræver EMI-afskærmning.
Synkende sølv (ImAg)
fordel:
God overfladeplanhed
Høj svejsbarhed
God stabilitet
God afskærmningsydelse
Velegnet til limning af aluminiumstråd
Ulemper:
Følsom over for forurenende stoffer
Let at gennemgå elektromigration
Sølvmetalknurhår
Kort monteringsvindue efter udpakning
Vanskeligheder ved elektrisk testning
Kemisk fornikling, kemisk palladiumbelægning, nedsænkning i guld (ENEPIG)
Sammenlignet med ENIG har ENEPIG et ekstra lag palladium mellem nikkel og guld, hvilket yderligere beskytter nikkellaget mod korrosion og forhindrer mulige sorte puder under ENIG-overfladebehandling, hvilket giver en fordel i overfladens glathed. Nikkels aflejringstykkelse er omkring 3-6 μm, palladiums tykkelse er omkring 0.1-0.5 μm, og guldets tykkelse er 0.02-0.1 μm. Selvom guldlagets tykkelse er tyndere end ENIG, er det dyrere.
Lagstrukturen af kobber-nikkel-palladium-guld kan trådbindes direkte til pletteringslaget. Det sidste lag af guld er meget tyndt og blødt, og overdreven mekanisk skade eller dybe ridser kan blotlægge palladiumlaget.
Kemisk fornikling, kemisk palladiumbelægning, nedsænkning i guld (ENEPIG)
fordel:
Ekstremt flad overflade
Trådbinding
Kan reflow-loddes flere gange
Høj pålidelighed af loddeforbindelser
Lang holdbarhed
Ulemper:
dyr pris
Guldtrådsbinding er ikke lige så pålidelig som blød guldbinding
Let at fremstille tinperler
Kompleks proces
Vanskeligt at kontrollere forarbejdningsprocessen
Elektrolytisk nikkel/guld
Elektroplateret nikkelguld er opdelt i "hårdt guld" og "blødt guld".
Hårdt guld har en lav renhed (99.6%) og bruges almindeligvis til guldfingre (PCB-kantstik) , PCB-kontakter eller andre slidstærke områder. Guldets tykkelse kan variere efter behov.
Blødt guld er renere (99.9%) og bruges almindeligvis til trådbinding.
Hårdt elektrolytisk guld
Hårdguld er en guldlegering, der indeholder kobolt-, nikkel- eller jernkomplekser. Lavspændingsnikkel anvendes mellem guldbelægning og kobber. Hårdguld er velegnet til komponenter, der bruges ofte og er meget tilbøjelige til at slides, såsom bæreplader, guldfingre og tastaturer.
Tykkelsen af hårdguldoverfladebehandlingen kan variere afhængigt af anvendelsen. Den anbefalede maksimale svejsetykkelse for IPC er 17.8 μ in, 25 μ i guld og 100 μ i nikkel for IPC1- og klasse 2-anvendelser, og 50 μ i guld og 100 μ i nikkel for IPC3-anvendelser.
Blødt elektrolytisk guld
Anvendes primært til printkort, der kræver trådbinding og høj loddbarhed, og loddeforbindelser i blødt guld er mere sikre sammenlignet med hårdt guld.
Blød elektrolytisk guldoverfladebehandling
Elektrolytisk nikkel/guld
fordel:
Lang holdbarhed
Høj pålidelighed af loddeforbindelser
Slidstærk overflade
Ulemper:
Meget dyr
Guldfinger kræver yderligere ledende ledninger på printpladen
Hårdt guld har dårlig svejsbarhed
03
Hvordan vælger man en PCB-overfladebehandlingsproces?
Overfladebehandlingsprocessen for printplader vil direkte påvirke outputtet, mængden af efterbearbejdning , fejlraten på stedet, testkapaciteten og skrotprocenten. For at sikre det endelige produkts kvalitet og ydeevne er det nødvendigt at vælge en overfladebehandlingsproces, der opfylder designkravene. Inden for ingeniørvidenskab kan følgende perspektiver overvejes:
Pudens fladhed
Loddepudernes fladhed påvirker direkte loddekvaliteten af PCBA, især når der er relativt store BGA eller mindre μ BGA-afstande på printpladen. ENIG, ENEPIG og OSP kan vælges, når det beskyttende lag på loddepudens overflade skal være tyndt og ensartet.
Loddeevne og befugtningsevne
Loddeevne er altid en nøglefaktor for printkort. Samtidig med at andre krav opfyldes, tilrådes det at vælge en overfladebehandlingsproces med høj loddeevne for at sikre udbyttet af reflow-lodning.
Svejsefrekvens
Hvor mange gange skal printplader loddes eller omarbejdes? Overfladebehandlingsprocessen med OSP er ikke egnet til omarbejdelse mere end to gange. På nuværende tidspunkt vil kompositoverfladebehandlingsprocesser som immersionsguld + OSP også blive valgt. I øjeblikket vil avancerede elektroniske produkter som smartphones vælge denne behandlingsproces.
RoHS overensstemmelse
Blyelementet i PCBA kommer hovedsageligt fra komponentben, PCB-puder og loddetin. For at overholde ROHS-reglerne skal overfladebehandlingsmetoden for PCB også overholde ROHS-standarderne. For eksempel overholder ENIG, tin, sølv og OSP alle ROHS-standarderne.
Metalbinding
Hvis der kræves binding af guld eller aluminiumstråd, kan det være begrænset til ENIG, ENEPIG og blødt elektrolytisk guld.
Pålidelighed af loddeforbindelser
Overfladebehandlingsprocessen for printplader kan også påvirke den endelige loddekvalitet af printplader . Hvis der kræves loddeforbindelser med høj pålidelighed, kan man vælge at bruge immersionsguld eller nikkel-palladiumguld.
