01
Ποια είναι η διαδικασία επεξεργασίας επιφάνειας PCB;
Επιφάνειες χαλκού σε PCB χωρίς κάλυψη μάσκας συγκόλλησης, όπως μαξιλαράκια συγκόλλησης, χρυσά δάχτυλα, μηχανικές οπές κ.λπ. Εάν δεν υπάρχει προστατευτική επίστρωση, η επιφάνεια του χαλκού οξειδώνεται εύκολα, γεγονός που επηρεάζει την συγκόλληση μεταξύ γυμνού χαλκού και εξαρτημάτων στην περιοχή συγκόλλησης της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος.
Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, το επιφάνεια Η επεξεργασία βρίσκεται στο εξωτερικό στρώμα του PCB, πάνω από το στρώμα χαλκού, χρησιμεύοντας ως «επικάλυψη» στην επιφάνεια του χαλκού.
Η κύρια λειτουργία της επιφανειακής επεξεργασίας είναι η προστασία της εκτεθειμένης επιφάνειας του χαλκού από τα κυκλώματα οξείδωσης, παρέχοντας έτσι μια συγκολλήσιμη επιφάνεια για συγκόλληση κατά τη συγκόλληση.
02
Ταξινόμηση των διεργασιών επιφανειακής επεξεργασίας PCB
Οι διαδικασίες επεξεργασίας επιφάνειας PCB χωρίζονται στις ακόλουθες κατηγορίες:
Επιπέδωση συγκόλλησης θερμού αέρα (HASL)
Βύθιση σε κασσίτερο (ImSn)
Χημικό νικέλιο-χρυσό (χρυσός εμβάπτισης) (ENIG)
Οργανικά Συγκολλήσιμα Συντηρητικά (OSP)
Χημικό Ασήμι (ImAg)
Χημική επινικέλωση, χημική επιμετάλλωση παλλαδίου, εμβάπτιση σε χρυσό (ENEPIG)
Ηλεκτρολυτικό Νικέλιο/Χρυσό
Επιπέδωση συγκόλλησης θερμού αέρα (HASL)
Το επίπεδο συγκόλλησης θερμού αέρα (HASL), κοινώς γνωστό ως κασσίτερος ψεκασμού, είναι μια διαδικασία επιφανειακής επεξεργασίας που χρησιμοποιείται πιο συχνά και είναι σχετικά φθηνή. Χωρίζεται σε χωρίς μόλυβδο δοχείο ψεκασμού και μολύβδινο δοχείο ψεκασμού.
Η διάρκεια ζωής του PCB μπορεί να φτάσει τους 12 μήνες, με θερμοκρασία διεργασίας 250 ℃ και εύρος πάχους επιφανειακής επεξεργασίας 1-40um.
Η διαδικασία ψεκασμού κασσίτερου περιλαμβάνει την εμβάπτιση της πλακέτας κυκλώματος σε λιωμένο συγκόλλησης (κασσίτερος/μόλυβδος) για να καλύψει την εκτεθειμένη επιφάνεια χαλκού στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB). Όταν η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος εγκαταλείψει το λιωμένο συγκολλητικό υλικό, θερμός αέρας υψηλής πίεσης διέρχεται από την επιφάνεια με ένα μαχαίρι αέρα, προκαλώντας την επίπεδη εναπόθεση του συγκολλητικού υλικού και την απομάκρυνση της περίσσειας συγκολλητικού υλικού.
Η διαδικασία ψεκασμού κασσιτέρου απαιτεί γνώση της θερμοκρασίας συγκόλλησης, της θερμοκρασίας της λεπίδας, της πίεσης της λεπίδας, του χρόνου συγκόλλησης με εμβάπτιση, της ταχύτητας ανύψωσης κ.λπ. Βεβαιωθείτε ότι η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος είναι πλήρως βυθισμένη στο λιωμένο συγκολλητικό υλικό και ότι το μαχαίρι αέρα μπορεί να ανατινάξει το συγκολλητικό υλικό πριν στερεοποιηθεί. Η πίεση του μαχαιριού αέρα μπορεί να ελαχιστοποιήσει τον μηνίσκο στο επιφάνεια χαλκού και αποτρέψτε τη γεφύρωση συγκολλήσεων.
Επιπέδωση συγκόλλησης θερμού αέρα (HASL)
πλεονέκτημα:
Μακρά διάρκεια ζωής
Καλή συγκολλησιμότητα
Αντοχή στη διάβρωση και την οξείδωση
Ο οπτικός έλεγχος είναι δυνατός
Μειονεκτήματα:
Ανομοιομορφία επιφάνειας
Δεν είναι κατάλληλο για συσκευές με μικρό χώρο
Εύκολη παραγωγή χαντρών από κασσίτερο
Παραμόρφωση που προκαλείται από υψηλή θερμοκρασία
Δεν είναι κατάλληλο για ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση διαμπερών οπών
Βύθιση σε κασσίτερο (ImSn)
Ο κασσίτερος εμβάπτισης (ImSn) είναι μια μεταλλική επίστρωση που εναποτίθεται μέσω χημικής αντίδρασης μετατόπισης, εφαρμόζεται απευθείας στο βασικό μέταλλο (δηλαδή χαλκό) της πλακέτας κυκλώματος, η οποία μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις των εξαρτημάτων μικρού βήματος για επιπεδότητα επιφάνειας PCB.
Η εναπόθεση κασσιτέρου μπορεί να προστατεύσει τον υποκείμενο χαλκό από την οξείδωση κατά τη διάρκεια ζωής των 3-6 μηνών. Δεδομένου ότι όλα τα συγκολλητικά υλικά βασίζονται σε κασσίτερο, το στρώμα εναπόθεσης κασσιτέρου μπορεί να ταιριάξει με οποιοδήποτε τύπο συγκολλητικού υλικού. Μετά την προσθήκη οργανικών προσθέτων στο διάλυμα εμβάπτισης κασσιτέρου, η δομή του στρώματος κασσιτέρου γίνεται κοκκώδης, ξεπερνώντας τα προβλήματα που προκαλούνται από τα μουστάκια κασσιτέρου και τη μετανάστευση κασσιτέρου, ενώ παράλληλα έχει... καλή θερμική σταθερότητα και συγκολλησιμότητα.
Η θερμοκρασία της διαδικασίας εναπόθεσης κασσίτερου είναι 50 ℃ και το πάχος επιφανειακής επεξεργασίας είναι 0.8-1.2 μm. PCB που είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για σύνδεση μέσω πτύχωσης, όπως τα backboards επικοινωνίας.
Βύθιση σε κασσίτερο (ImSn)
πλεονέκτημα:
Κατάλληλο για μικρούς χώρους/BGA
Καλή λεία επιφάνεια
Συμβατό με RoHS
Καλή συγκολλησιμότητα
Καλή σταθερότητα
Μειονεκτήματα:
Εύκολο να μολυνθεί
Τα μουστάκια κασσίτερου μπορεί να προκαλέσουν βραχυκυκλώματα
Οι ηλεκτρικές δοκιμές απαιτούν μαλακούς αισθητήρες
Δεν είναι κατάλληλο για διακόπτες επαφής
Διαβρωτικό για το στρώμα μάσκας συγκόλλησης
Χημικό νικέλιο-χρυσό (χρυσός εμβάπτισης) (ENIG)
Ο χημικός χρυσός εμβάπτισης νικελίου (ENIG) μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις επιπεδότητας επιφάνειας και επεξεργασίας χωρίς μόλυβδο του PCB για συσκευές μικρού βήματος (BGA και μ BGA).
Το ENIG αποτελείται από δύο στρώματα μεταλλικών επιστρώσεων, με νικέλιο που εναποτίθεται στην επιφάνεια του χαλκού μέσω χημικών διεργασιών και στη συνέχεια επικαλύπτεται με άτομα χρυσού μέσω αντιδράσεων μετατόπισης. Το πάχος του νικελίου είναι 3-6 μm και το πάχος του χρυσού είναι 0.05-0.1 μm. Το νικέλιο λειτουργεί ως φράγμα για τον χαλκό και είναι η επιφάνεια στην οποία συγκολλούνται τα εξαρτήματα. Ο ρόλος του χρυσού είναι να αποτρέπει την οξείδωση του νικελίου κατά την αποθήκευση, με διάρκεια ζωής περίπου ενός έτους, και μπορεί να διασφαλίσει εξαιρετική επιπεδότητα επιφάνειας.
Η διαδικασία εμβάπτισης με χρυσό χρησιμοποιείται ευρέως σε πλακέτες υψηλής πυκνότητας, συμβατικές σκληρές πλακέτες και μαλακές πλακέτες, με υψηλή αξιοπιστία και υποστήριξη για συγκόλληση καλωδίων χρησιμοποιώντας σύρμα αλουμινίου. Χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανίες όπως οι καταναλωτές, οι επικοινωνίες/πληροφορική, η αεροδιαστημική και η υγειονομική περίθαλψη.
Χημικό Νικέλιο Χρυσό (ENIG)
πλεονέκτημα:
Μακρά διάρκεια ζωής
Πλακέτα υψηλής πυκνότητας (μ BGA)
Συγκόλληση σύρματος αλουμινίου
Υψηλή επιπεδότητα επιφάνειας
Κατάλληλο για ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση οπών
Μειονεκτήματα:
ακριβή τιμή
Εξασθένηση σημάτων RF
Δεν είναι δυνατή η επαναλειτουργία
Μαύρο επίθεμα/μαύρο νικέλιο
Η διαδικασία επεξεργασίας είναι περίπλοκη
Οργανικά Συγκολλήσιμα Συντηρητικά (OSP)
Τα οργανικά συντηρητικά συγκολλητικότητας (OSP) είναι πολύ λεπτά προστατευτικά στρώματα υλικού που εφαρμόζονται στον εκτεθειμένο χαλκό για να προστατεύσουν την επιφάνεια του χαλκού από την οξείδωση.
Οι οργανικές μεμβράνες έχουν χαρακτηριστικά όπως αντοχή στην οξείδωση, αντοχή σε θερμικό σοκ και αντοχή στην υγρασία, τα οποία μπορούν να προστατεύσουν τις επιφάνειες χαλκού από την οξείδωση ή τη θείωση υπό κανονικές συνθήκες. Κατά τη διαδικασία συγκόλλησης μετά από υψηλή θερμοκρασία, η οργανική μεμβράνη αφαιρείται εύκολα από τη ροή, προκαλώντας την άμεση σύνδεση της εκτεθειμένης καθαρής επιφάνειας χαλκού με το λιωμένο υλικό. συγκόλλησης, σχηματίζοντας μια ισχυρή συγκολλητική ένωση σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα.
Το OSP είναι μια οργανική ένωση με βάση το νερό που μπορεί να συνδεθεί επιλεκτικά με τον χαλκό για να προστατεύσει την επιφάνεια του χαλκού πριν από τη συγκόλληση. Σε σύγκριση με άλλες διαδικασίες επιφανειακής επεξεργασίας χωρίς μόλυβδο, είναι πολύ φιλικό προς το περιβάλλον, επειδή άλλες διαδικασίες επιφανειακής επεξεργασίας μπορεί να έχουν τοξικότητα ή υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας.
Οργανικά Συγκολλήσιμα Συντηρητικά (OSP)
πλεονέκτημα:
Απλό και φθηνό
Προστασία του περιβάλλοντος χωρίς μόλυβδο
Απαλή επιφάνεια
Συγκόλληση καλωδίων
Μειονεκτήματα:
Δεν είναι κατάλληλο για παραθυρεοειδισμό (PTH)
Μικρή διάρκεια ζωής
Δεν είναι βολικό για οπτική και ηλεκτρική επιθεώρηση
Τα εξαρτήματα ΤΠΕ ενδέχεται να προκαλέσουν ζημιά στα PCB
Χημικό Ασήμι (ImAg)
Η εμβάπτιση σε άργυρο (ImAg) είναι μια διαδικασία άμεσης επιμετάλλωσης του χαλκού με ένα στρώμα καθαρού αργύρου, εμβαπτίζοντας ένα PCB σε ένα λουτρό ιόντων αργύρου μέσω αντίδρασης μετατόπισης. Το ασήμι έχει σταθερές χημικές ιδιότητες. Τα PCB που υποβάλλονται σε επεξεργασία μέσω της τεχνολογίας εμβάπτισης σε άργυρο μπορούν να διατηρήσουν καλή ηλεκτρική και συγκολλητική ικανότητα ακόμη και όταν εκτίθενται σε ζεστά, υγρά και μολυσμένα περιβάλλοντα, ακόμα και αν η επιφάνεια χάσει τη λάμψη της.
Μερικές φορές, για να αποτραπεί η αντίδραση του αργύρου με σουλφίδια στο περιβάλλον, η εναπόθεση αργύρου συνδυάζεται με επίστρωση OSP. Για τις περισσότερες εφαρμογές, το ασήμι μπορεί να αντικαταστήσει τον χρυσό. Εάν δεν θέλετε να εισαγάγετε μαγνητικά υλικά (νικέλιο) στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB), μπορείτε να επιλέξετε να χρησιμοποιήσετε εναπόθεση αργύρου.
Το πάχος της επιφάνειας της εναπόθεσης αργύρου είναι 0.12-0.40 μm και η διάρκεια ζωής είναι 6 έως 12 μήνες. Η διαδικασία εναπόθεσης αργύρου είναι ευαίσθητη στην καθαριότητα της επιφάνειας κατά την επεξεργασία και είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι ολόκληρη η διαδικασία παραγωγής δεν προκαλεί επιφανειακή μόλυνση της εναπόθεσης αργύρου. Η διαδικασία εναπόθεσης αργύρου είναι κατάλληλη για εφαρμογές όπως PCB, διακόπτες λεπτής μεμβράνης και συγκόλληση καλωδίων αλουμινίου που απαιτούν θωράκιση EMI.
Βυθιζόμενο Ασήμι (ImAg)
πλεονέκτημα:
Καλή επιπεδότητα επιφάνειας
Υψηλή συγκολλησιμότητα
Καλή σταθερότητα
Καλή απόδοση θωράκισης
Κατάλληλο για συγκόλληση συρμάτων αλουμινίου
Μειονεκτήματα:
Ευαίσθητο στους ρύπους
Εύκολη ηλεκτρομετανάστευση
Ασημένια μεταλλικά μουστάκια
Σύντομο χρονικό διάστημα συναρμολόγησης μετά την αποσυσκευασία
Δυσκολία στις ηλεκτρικές δοκιμές
Χημική επινικέλωση, χημική επιμετάλλωση παλλαδίου, εμβάπτιση σε χρυσό (ENEPIG)
Σε σύγκριση με την ENIG, η ENEPIG έχει ένα επιπλέον στρώμα παλλαδίου μεταξύ νικελίου και χρυσού, το οποίο προστατεύει περαιτέρω το στρώμα νικελίου από τη διάβρωση και αποτρέπει πιθανά μαύρα μαξιλαράκια κατά την επιφανειακή επεξεργασία της ENIG, παρέχοντας έτσι ένα πλεονέκτημα στην ομαλότητα της επιφάνειας. Το πάχος εναπόθεσης του νικελίου είναι περίπου 3-6 μm, το πάχος του παλλαδίου είναι περίπου 0.1-0.5 μm και το πάχος του χρυσού είναι 0.02-0.1 μm. Αν και το πάχος του στρώμα χρυσού είναι πιο λεπτό από το ENIG, είναι πιο ακριβό.
Η δομή στρωμάτων χαλκού-νικελίου-παλλάδιου-χρυσού μπορεί να συγκολληθεί απευθείας με σύρμα στο στρώμα επιμετάλλωσης. Το τελευταίο στρώμα χρυσού είναι πολύ λεπτό και μαλακό και η υπερβολική μηχανική ζημιά ή οι βαθιές γρατσουνιές μπορεί να εκθέσουν το στρώμα παλλαδίου.
Χημική επινικέλωση, χημική επιμετάλλωση παλλαδίου, εμβάπτιση σε χρυσό (ENEPIG)
πλεονέκτημα:
Εξαιρετικά επίπεδη επιφάνεια
Συγκόλληση καλωδίων
Μπορεί να συγκολληθεί με επανακόλληση πολλές φορές
Υψηλή αξιοπιστία των συγκολλητικών αρμών
Μακρά διάρκεια ζωής
Μειονεκτήματα:
ακριβή τιμή
Η συγκόλληση με χρυσό σύρμα δεν είναι τόσο αξιόπιστη όσο η συγκόλληση με μαλακό χρυσό
Εύκολη παραγωγή χαντρών από κασσίτερο
Πολύπλοκη διαδικασία
Δύσκολος ο έλεγχος της διαδικασίας επεξεργασίας
Ηλεκτρολυτικό Νικέλιο/Χρυσό
Ο ηλεκτρολυτικά επιμεταλλωμένος χρυσός από νικέλιο χωρίζεται σε «σκληρό χρυσό» και «μαλακό χρυσό».
Ο σκληρός χρυσός έχει χαμηλή καθαρότητα (99.6%) και χρησιμοποιείται συνήθως για χρυσά δάχτυλα. (Συνδέσεις ακμής PCB), επαφές PCB ή άλλες περιοχές με αντοχή στη φθορά. Το πάχος του χρυσού μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τις απαιτήσεις.
Ο μαλακός χρυσός είναι καθαρότερος (99.9%) και χρησιμοποιείται συνήθως για τη συγκόλληση συρμάτων.
Σκληρός ηλεκτρολυτικός χρυσός
Ο σκληρός χρυσός είναι ένα κράμα χρυσού που περιέχει κοβάλτιο, νικέλιο ή σύμπλοκα σιδήρου. Νικέλιο χαμηλής τάσης χρησιμοποιείται μεταξύ επιχρύσωσης και χαλκού. Ο σκληρός χρυσός είναι κατάλληλος για εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται συχνά και είναι πολύ πιθανό να φθαρούν, όπως πλακέτες μεταφοράς, χρυσά δάχτυλα και πλήκτρα.
Το πάχος της επιφανειακής επεξεργασίας σκληρού χρυσού μπορεί να διαφέρει ανάλογα με την εφαρμογή. Το συνιστώμενο μέγιστο συγκολλήσιμο πάχος για IPC είναι 17.8 μ ίντσες, 25 μ σε χρυσό και 100 μ σε νικέλιο για εφαρμογές IPC1 και Κλάσης 2, και 50 μ σε χρυσό και 100 μ σε νικέλιο για εφαρμογές IPC3.
Μαλακός ηλεκτρολυτικός χρυσός
Χρησιμοποιούνται κυρίως για PCB που απαιτούν συγκόλληση καλωδίων και υψηλή συγκολλησιμότητα, οι μαλακές χρυσές συγκολλητικές ενώσεις είναι πιο ασφαλείς σε σύγκριση με τον σκληρό χρυσό.
Μαλακή ηλεκτρολυτική επεξεργασία επιφάνειας χρυσού
Ηλεκτρολυτικό Νικέλιο/Χρυσό
πλεονέκτημα:
Μακρά διάρκεια ζωής
Υψηλή αξιοπιστία των συγκολλητικών αρμών
Ανθεκτική επιφάνεια
Μειονεκτήματα:
Πολύ ακριβό
Το Gold finger απαιτεί πρόσθετη αγώγιμη καλωδίωση στην πλακέτα
Ο σκληρός χρυσός έχει κακή συγκολλησιμότητα
03
Πώς να επιλέξετε τη διαδικασία επεξεργασίας επιφάνειας PCB;
Η διαδικασία επιφανειακής επεξεργασίας του PCB θα επηρεάσει άμεσα την έξοδο, ποσότητα επανακατασκευής, ποσοστό αστοχίας επί τόπου, ικανότητα δοκιμών και ποσοστό απόρριψης. Για την ποιότητα και την απόδοση του τελικού προϊόντος, είναι απαραίτητο να επιλεγεί μια διαδικασία επιφανειακής επεξεργασίας που να πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού. Στη μηχανική, μπορούν να ληφθούν υπόψη οι ακόλουθες προοπτικές:
Επιπεδότητα μαξιλαριού
Η επιπεδότητα των μαξιλαριών συγκόλλησης επηρεάζει άμεσα την ποιότητα συγκόλλησης του PCBA, ειδικά όταν υπάρχουν σχετικά μεγάλα BGA ή μικρότερα βήματα μ BGA στην πλακέτα, τα ENIG, ENEPIG και OSP μπορούν να επιλεγούν όταν το προστατευτικό στρώμα στην επιφάνεια του μαξιλαριού συγκόλλησης πρέπει να είναι λεπτό και ομοιόμορφο.
Συγκολλησιμότητα και διαβρεξιμότητα
Η συγκολλησιμότητα είναι πάντα ένας βασικός παράγοντας για τα PCB. Ενώ πληρούνται και άλλες απαιτήσεις, συνιστάται η επιλογή μιας διαδικασίας επιφανειακής επεξεργασίας με υψηλή συγκολλησιμότητα για να διασφαλιστεί η απόδοση της συγκόλλησης με επαναφορά.
Συχνότητα συγκόλλησης
Πόσες φορές χρειάζεται να συγκολληθούν ή να επαναεπεξεργαστούν τα PCB; Η διαδικασία επιφανειακής επεξεργασίας του OSP δεν είναι κατάλληλη για επανακατεργασία περισσότερες από δύο φορές. Προς το παρόν, θα επιλεγούν επίσης διαδικασίες σύνθετης επιφανειακής επεξεργασίας όπως η εμβάπτιση με χρυσό + OSP. Προς το παρόν, ηλεκτρονικά προϊόντα υψηλής τεχνολογίας, όπως τα smartphones, θα επιλέξουν αυτήν τη διαδικασία επεξεργασίας.
Συμμόρφωση προς την RoHS
Το στοιχείο μολύβδου στο PCBA προέρχεται κυρίως από τις καρφίτσες των εξαρτημάτων, Τακάκια PCB και συγκόλληση. Προκειμένου να συμμορφώνεται με τους κανονισμούς ROHS, η μέθοδος επιφανειακής επεξεργασίας των PCB πρέπει επίσης να συμμορφώνεται με τα πρότυπα ROHS. Για παράδειγμα, τα ENIG, κασσίτερος, άργυρος και OSP συμμορφώνονται όλα με τα πρότυπα ROHS.
Μεταλλική συγκόλληση
Εάν απαιτείται συγκόλληση με χρυσό ή αλουμινένιο σύρμα, αυτή μπορεί να περιοριστεί σε ENIG, ENEPIG και μαλακό ηλεκτρολυτικό χρυσό.
Αξιοπιστία των συγκολλητικών αρμών
Η διαδικασία επιφανειακής επεξεργασίας του PCB μπορεί επίσης να επηρεάσει το τελικό ποιότητα συγκόλλησης PCBAΕάν απαιτούνται συγκολλήσεις υψηλής αξιοπιστίας, μπορεί να επιλεγεί η χρήση χρυσού εμβάπτισης ή διαδικασίας νικελίου-παλλάδιου-χρυσού.
