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¿Qué es el proceso de tratamiento de superficies de PCB?
Superficies de cobre en PCB sin cobertura de máscara de soldadura, como almohadillas de soldadura, dedos dorados, orificios mecánicos, etc. Si no hay un revestimiento protector, la superficie de cobre se oxida fácilmente, lo que afecta la soldadura entre el cobre desnudo y los componentes en el área soldable de la PCB.
Como se muestra en la figura siguiente, el superficie El tratamiento se ubica en la capa más externa de la PCB, encima de la capa de cobre, y actúa como un “recubrimiento” sobre la superficie del cobre.
La función principal del tratamiento de superficie es proteger la superficie de cobre expuesta de los circuitos de oxidación, proporcionando así una superficie soldable para soldar durante la soldadura.
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Clasificación de los procesos de tratamiento de superficies de PCB
Los procesos de tratamiento de superficies de PCB se dividen en las siguientes categorías:
Nivelación de soldadura de aire caliente (HASL)
Inmersión en estaño (ImSn)
Oro de níquel químico (oro de inmersión) (ENIG)
Conservantes orgánicos soldables (OSP)
Plata química (ImAg)
Niquelado químico, paladio químico, inmersión en oro (ENEPIG)
Níquel / oro electrolítico
Nivelación de soldadura de aire caliente (HASL)
El nivel de soldadura por aire caliente (HASL), comúnmente conocido como estaño en aerosol, es un proceso de tratamiento de superficies muy común y relativamente económico. Se divide en Sin plomo lata de aerosol y lata de aerosol de plomo.
La vida útil de la PCB puede alcanzar los 12 meses, con una temperatura de proceso de 250 ℃ y un rango de espesor de tratamiento de superficie de 1-40um.
El proceso de pulverización de estaño implica sumergir la placa de circuito en estaño fundido. soldar (Estaño/Plomo) para cubrir la superficie de cobre expuesta de la PCB. Cuando la PCB se desprende de la soldadura fundida, se aplica aire caliente a alta presión a través de la superficie con una cuchilla de aire, lo que aplana la soldadura y elimina el exceso.
El proceso de pulverización de estaño requiere el dominio de la temperatura de soldadura, la temperatura y la presión de la cuchilla, el tiempo de soldadura por inmersión, la velocidad de elevación, etc. Asegúrese de que la PCB esté completamente sumergida en la soldadura fundida, y que la cuchilla de aire pueda soplarla antes de que se solidifique. La presión de la cuchilla de aire puede minimizar el menisco en la superficie de cobre y evitar la formación de puentes de soldadura.
Nivelación de soldadura de aire caliente (HASL)
ventaja:
Larga vida de anaquel
Buena soldabilidad
Resistencia a la corrosión y oxidación.
Es posible la inspección visual
Desventajas:
Desnivel de la superficie
No apto para dispositivos con espacios pequeños
Perlas de estaño fáciles de producir
Deformación causada por alta temperatura
No apto para galvanoplastia a través de agujeros.
Inmersión en estaño (ImSn)
El estaño de inmersión (ImSn) es un recubrimiento metálico depositado a través de una reacción de desplazamiento químico, aplicado directamente al metal base (es decir, el cobre) de la placa de circuito, que puede cumplir con los requisitos de los componentes de paso pequeño para la planitud de la superficie de la PCB.
La deposición de estaño puede proteger el cobre subyacente de la oxidación durante su vida útil de 3 a 6 meses. Dado que toda la soldadura es a base de estaño, la capa de deposición de estaño puede adaptarse a cualquier tipo de soldadura. Tras añadir aditivos orgánicos a la solución de inmersión de estaño, la estructura de la capa de estaño se vuelve granular, lo que elimina los problemas causados por los filamentos de estaño y la migración de estaño, a la vez que... buena térmica estabilidad y soldabilidad.
La temperatura del proceso de deposición de estaño es de 50 ℃ y el espesor del tratamiento superficial es de 0.8-1.2 um. PCB que es particularmente adecuado para la conexión mediante engarce, como placas de comunicaciones.
Inmersión en estaño (ImSn)
ventaja:
Adecuado para espacios pequeños/BGA
Buena suavidad superficial
Cumple con RoHS
Buena soldabilidad
Buena estabilidad
Desventajas:
Fácil de contaminar
Los bigotes de estaño pueden provocar cortocircuitos.
Las pruebas eléctricas requieren sondas blandas
No apto para interruptores de contacto.
Corrosivo para la capa de máscara de soldadura
Oro de níquel químico (oro de inmersión) (ENIG)
El níquel químico por inmersión en oro (ENIG) puede satisfacer los requisitos de planitud de superficie y procesamiento sin plomo de PCB para dispositivos de paso pequeño (BGA y μ BGA).
El ENIG consta de dos capas de recubrimientos metálicos: el níquel se deposita sobre la superficie del cobre mediante procesos químicos y luego se recubre con átomos de oro mediante reacciones de desplazamiento. El espesor del níquel es de 3 a 6 μm, y el del oro, de 0.05 a 0.1 μm. El níquel actúa como barrera para el cobre y es la superficie a la que se sueldan los componentes. La función del oro es prevenir la oxidación del níquel durante el almacenamiento, con una vida útil de aproximadamente un año, y puede garantizar... Excelente planitud de la superficie.
El proceso de inmersión en oro se utiliza ampliamente en placas de alta densidad, placas duras convencionales y placas blandas, con alta fiabilidad y compatibilidad con la unión por cable de aluminio. Se utiliza ampliamente en industrias como la de consumo, la de comunicaciones/informática, la aeroespacial y la sanitaria.
Níquel-oro químico (ENIG)
ventaja:
Larga vida de anaquel
Placa de alta densidad (μ BGA)
Unión de alambre de aluminio
Alta planitud de la superficie
Adecuado para agujeros de galvanoplastia.
Desventajas:
precio caro
Atenuación de señales de RF
No se puede retrabajar
Almohadilla negra/níquel negro
El proceso de procesamiento es complejo
Conservantes orgánicos soldables (OSP)
Los conservantes orgánicos de soldabilidad (OSP) son capas protectoras de material muy delgadas que se aplican al cobre expuesto para proteger la superficie del cobre de la oxidación.
Las películas orgánicas poseen características como resistencia a la oxidación, al choque térmico y a la humedad, lo que protege las superficies de cobre de la oxidación o la sulfuración en condiciones normales. Tras el proceso de soldadura a alta temperatura, el fundente elimina fácilmente la película orgánica, lo que permite que la superficie de cobre limpia y expuesta se adhiera inmediatamente al cobre fundido. soldar, formando una fuerte unión de soldadura en un período de tiempo muy corto.
El OSP es un compuesto orgánico a base de agua que se une selectivamente al cobre para proteger su superficie antes de soldar. Comparado con otros procesos de tratamiento de superficies sin plomo, es muy respetuoso con el medio ambiente, ya que otros tratamientos de superficies pueden ser tóxicos o consumir más energía.
Conservantes orgánicos soldables (OSP)
ventaja:
Simple y barato
Protección del medio ambiente sin plomo
La superficie lisa
Unión de cables
Desventajas:
No apto para PTH
Vida útil corta
No es conveniente para la inspección visual y eléctrica.
Los accesorios de TIC pueden dañar la PCB
Plata química (ImAg)
La plata por inmersión (ImAg) es un proceso que consiste en recubrir directamente el cobre con una capa de plata pura mediante la inmersión de una PCB en un baño de iones de plata mediante una reacción de desplazamiento. La plata posee propiedades químicas estables. Las PCB procesadas mediante tecnología de inmersión en plata mantienen una buena capacidad eléctrica y de soldadura incluso expuestas a ambientes cálidos, húmedos y contaminados, e incluso si la superficie pierde su brillo.
En ocasiones, para evitar que la plata reaccione con los sulfuros del entorno, se combina la deposición de plata con un recubrimiento OSP. En la mayoría de las aplicaciones, la plata puede sustituir al oro. Si no desea introducir materiales magnéticos (níquel) en la PCB, puede optar por la deposición de plata.
El espesor superficial de la deposición de plata es de 0.12-0.40 μm y su vida útil es de 6 a 12 meses. El proceso de deposición de plata es fundamental para la limpieza de la superficie durante el procesamiento, por lo que es necesario garantizar que la deposición de plata no se contamine durante todo el proceso de producción. Este proceso es adecuado para aplicaciones como PCB, interruptores de película delgada y unión de cables de aluminio que requieren blindaje EMI.
Plata hundida (ImAg)
ventaja:
Buena planitud superficial
Alta soldabilidad
Buena estabilidad
Buen rendimiento de blindaje
Adecuado para la unión de cables de aluminio.
Desventajas:
Sensible a los contaminantes
Fácil de sufrir electromigración
Bigotes de metal plateado
Ventana de montaje corta después del desembalaje
Dificultad en las pruebas eléctricas
Niquelado químico, paladio químico, inmersión en oro (ENEPIG)
En comparación con ENIG, ENEPIG cuenta con una capa adicional de paladio entre el níquel y el oro, que protege aún más la capa de níquel de la corrosión y previene posibles ennegrecimientos durante el tratamiento superficial de ENIG, lo que proporciona una ventaja en la suavidad de la superficie. El espesor de deposición del níquel es de aproximadamente 3-6 μm, el del paladio es de aproximadamente 0.1-0.5 μm y el del oro es de 0.02-0.1 μm. Aunque el espesor de la capa de oro Es más delgado que el ENIG, es más caro.
La estructura de capas de cobre, níquel, paladio y oro se puede unir directamente con alambre a la capa de recubrimiento. La última capa de oro es muy fina y blanda, y un daño mecánico excesivo o arañazos profundos podrían exponer la capa de paladio.
Niquelado químico, paladio químico, inmersión en oro (ENEPIG)
ventaja:
Superficie extremadamente plana
Unión de cables
Se puede soldar por reflujo varias veces
Alta fiabilidad de las uniones soldadas
Larga vida de anaquel
Desventajas:
precio caro
La unión con alambre de oro no es tan confiable como la unión con oro blando
Perlas de estaño fáciles de producir
Proceso complejo
Difícil controlar el proceso de procesamiento
Níquel / oro electrolítico
El oro de níquel galvanizado se divide en “oro duro” y “oro blando”.
El oro duro tiene una pureza baja (99.6%) y se utiliza comúnmente para dedos de oro. (Conectores de borde de PCB)Contactos de PCB u otras zonas de alto desgaste. El espesor del oro puede variar según las necesidades.
El oro blando es más puro (99.9%) y se utiliza habitualmente para la unión de cables.
Oro electrolítico duro
El oro duro es una aleación de oro que contiene complejos de cobalto, níquel o hierro. El níquel de baja tensión se utiliza entre el chapado en oro y el cobre. El oro duro es adecuado para componentes de uso frecuente y con alta probabilidad de desgaste, como placas base, dedos dorados y teclados.
El espesor del tratamiento superficial de oro duro puede variar según la aplicación. El espesor máximo soldable recomendado para IPC es de 17.8 μ pulg., 25 μ pulg. en oro y 100 μ pulg. en níquel para aplicaciones IPC1 y Clase 2, y de 50 μ pulg. en oro y 100 μ pulg. en níquel para aplicaciones IPC3.
Oro electrolítico blando
Utilizadas principalmente para PCB que requieren unión por cables y alta soldabilidad, las uniones de soldadura de oro blando son más seguras en comparación con el oro duro.
Tratamiento superficial de oro electrolítico suave
Níquel / oro electrolítico
ventaja:
Larga vida de anaquel
Alta fiabilidad de las uniones soldadas
Superficie duradera
Desventajas:
Muy caro
El dedo dorado requiere cableado conductor adicional en la placa.
El oro duro tiene poca soldabilidad
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¿Cómo elegir el proceso de tratamiento de superficie de PCB?
El proceso de tratamiento de la superficie de PCB afectará directamente el resultado. cantidad de retrabajoTasa de fallos in situ, capacidad de prueba y tasa de desperdicio. Para garantizar la calidad y el rendimiento del producto final, es necesario elegir un proceso de tratamiento de superficies que cumpla con los requisitos de diseño. En ingeniería, se pueden considerar las siguientes perspectivas:
Planitud de la almohadilla
La planitud de las almohadillas de soldadura afecta directamente la calidad de soldadura de PCBA, especialmente cuando hay BGA relativamente grandes o μ BGA de paso más pequeño en la placa. Se pueden seleccionar ENIG, ENEPIG y OSP cuando la capa protectora en la superficie de la almohadilla de soldadura debe ser delgada y uniforme.
Soldabilidad y humectabilidad
La soldabilidad es siempre un factor clave para las placas de circuito impreso (PCB). Además de cumplir con otros requisitos, es recomendable elegir un proceso de tratamiento superficial con alta soldabilidad para garantizar el rendimiento de la soldadura por reflujo.
Frecuencia de soldadura
¿Cuántas veces se debe soldar o retrabajar una PCB? El proceso de tratamiento superficial de OSP no es adecuado para retrabajarse más de dos veces. Actualmente, también se optan por procesos de tratamiento superficial compuesto, como la inmersión en oro + OSP. Actualmente, productos electrónicos de alta gama, como smartphones, optan por este proceso de tratamiento.
Cumplimiento RoHS
El elemento conductor en PCBA proviene principalmente de los pines del componente, Almohadillas de PCB y soldadura. Para cumplir con la normativa ROHS, el método de tratamiento superficial de las PCB también debe cumplir con las normas ROHS. Por ejemplo, ENIG, estaño, plata y OSP cumplen con las normas ROHS.
unión de metal
Si se requiere unión con cables de oro o aluminio, puede limitarse a ENIG, ENEPIG y oro electrolítico blando.
Fiabilidad de las uniones soldadas
El proceso de tratamiento de la superficie de PCB también puede afectar el resultado final. calidad de soldadura de PCBASi se requieren uniones de soldadura de alta confiabilidad, se puede optar por el uso del proceso de oro por inmersión o de oro con níquel-paladio.
