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Quel est le processus de traitement de surface des PCB ?
Surfaces en cuivre sur PCB sans couverture de masque de soudure, comme des pastilles de soudure, des doigts dorés, des trous mécaniques, etc. S'il n'y a pas de revêtement protecteur, la surface du cuivre s'oxyde facilement, ce qui affecte la soudure entre le cuivre nu et les composants de la zone soudable du PCB.
Comme le montre la figure ci-dessous, le surface Le traitement est situé sur la couche la plus externe du PCB, au-dessus de la couche de cuivre, servant de « revêtement » sur la surface du cuivre.
La fonction principale du traitement de surface est de protéger la surface de cuivre exposée des circuits d'oxydation, fournissant ainsi une surface soudable pour la soudure pendant le soudage.
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Classification des procédés de traitement de surface des PCB
Les processus de traitement de surface des PCB sont divisés dans les catégories suivantes :
Nivellement de soudure à air chaud (HASL)
Immersion dans l'étain (ImSn)
Nickel-or chimique (or par immersion) (ENIG)
Conservateurs organiques soudables (OSP)
Argent chimique (ImAg)
Nickelage chimique, placage chimique au palladium, immersion dans l'or (ENEPIG)
Nickel/Or électrolytique
Nivellement de soudure à air chaud (HASL)
Le niveau de soudure à air chaud (HASL), communément appelé étain pulvérisé, est un procédé de traitement de surface très répandu et relativement peu coûteux. Il se divise en plusieurs catégories : sans plomb bombe aérosol et bombe aérosol au plomb.
La durée de conservation du PCB peut atteindre 12 mois, avec une température de processus de 250 ℃ et une plage d'épaisseur de traitement de surface de 1 à 40 um.
Le procédé de pulvérisation d'étain consiste à immerger le circuit imprimé dans de l'eau fondue. souder (étain/plomb) pour recouvrir la surface en cuivre exposée du circuit imprimé. Lorsque le circuit imprimé quitte la soudure fondue, de l'air chaud à haute pression souffle à travers la surface à l'aide d'une lame d'air, ce qui aplatit la soudure et élimine l'excédent de soudure.
Le procédé de projection d'étain nécessite une maîtrise parfaite de la température de soudage, de la température et de la pression de la lame, du temps de soudage par immersion, de la vitesse de levage, etc. Assurez-vous que le circuit imprimé est complètement immergé dans la brasure fondue, et que la lame d'air peut souffler la brasure avant qu'elle ne se solidifie. La pression de la lame d'air peut minimiser le ménisque sur le circuit imprimé. surface en cuivre et éviter les ponts de soudure.
Nivellement de soudure à air chaud (HASL)
avantage:
Longue durée de vie
Bonne soudabilité
Résistance à la corrosion et à l'oxydation
L'inspection visuelle est possible
Inconvénients :
Inégalité de surface
Ne convient pas aux appareils avec un petit espacement
Perles d'étain faciles à produire
Déformation causée par une température élevée
Ne convient pas à la galvanoplastie à travers des trous
Immersion dans l'étain (ImSn)
L'étain par immersion (ImSn) est un revêtement métallique déposé par réaction de déplacement chimique, appliqué directement sur le métal de base (c'est-à-dire le cuivre) du circuit imprimé, qui peut répondre aux exigences des composants à petit pas pour la planéité de la surface du PCB.
Le dépôt d'étain protège le cuivre sous-jacent de l'oxydation pendant sa durée de conservation de 3 à 6 mois. Comme toutes les soudures sont à base d'étain, la couche de dépôt d'étain s'adapte à tous les types de soudures. Après ajout d'additifs organiques à la solution d'immersion d'étain, la structure de la couche d'étain devient granuleuse, ce qui permet de surmonter les problèmes liés aux barbes d'étain et à la migration de l'étain, tout en offrant une excellente résistance à la corrosion. bon thermique stabilité et soudabilité.
La température du processus de dépôt d'étain est de 50 ℃ et l'épaisseur du traitement de surface est de 0.8 à 1.2 um. PCB particulièrement adapté à la connexion par sertissage, comme les panneaux arrière de communication.
Immersion dans l'étain (ImSn)
avantage:
Convient aux petits espacements/BGA
Bon lissé de surface
Conforme à RoHS
Bonne soudabilité
Bonne stabilité
Inconvénients :
Facile à contaminer
Les moustaches d'étain peuvent provoquer des courts-circuits
Les tests électriques nécessitent des sondes souples
Ne convient pas aux interrupteurs à contact
Corrosif pour la couche de masque de soudure
Nickel-or chimique (or par immersion) (ENIG)
L'or par immersion chimique au nickel (ENIG) peut répondre aux exigences de planéité de surface et de traitement sans plomb des PCB pour les dispositifs à petit pas (BGA et μ BGA).
L'ENIG est constitué de deux couches de revêtements métalliques : du nickel est déposé sur la surface du cuivre par des procédés chimiques, puis recouvert d'atomes d'or par des réactions de déplacement. L'épaisseur du nickel est de 3 à 6 µm, et celle de l'or de 0.05 à 0.1 µm. Le nickel agit comme une barrière contre le cuivre et constitue la surface sur laquelle les composants sont soudés. L'or prévient l'oxydation du nickel pendant le stockage, avec une durée de conservation d'environ un an, et peut garantir excellente planéité de surface.
Le procédé d'immersion d'or est largement utilisé dans les cartes haute densité, les cartes rigides classiques et les cartes souples, offrant une grande fiabilité et prenant en charge le câblage par fil d'aluminium. Il est largement utilisé dans des secteurs tels que la consommation, les communications et l'informatique, l'aérospatiale et la santé.
Nickel-or chimique (ENIG)
avantage:
Longue durée de vie
Carte haute densité (μ BGA)
Collage de fil d'aluminium
Planéité de surface élevée
Convient pour les trous de galvanoplastie
Inconvénients :
prix cher
Atténuation des signaux RF
Impossible de retravailler
Tampon noir/nickel noir
Le processus de traitement est complexe
Conservateurs organiques soudables (OSP)
Les conservateurs de soudabilité organiques (OSP) sont des couches protectrices de matériaux très fines appliquées sur le cuivre exposé pour protéger la surface du cuivre de l'oxydation.
Les films organiques présentent des caractéristiques telles que la résistance à l'oxydation, aux chocs thermiques et à l'humidité, qui peuvent protéger les surfaces de cuivre de l'oxydation ou de la sulfuration dans des conditions normales. Après le soudage à haute température, le film organique est facilement éliminé par le flux, ce qui permet à la surface de cuivre propre exposée de se lier immédiatement au métal fondu. souder, formant un joint de soudure solide dans un laps de temps très court.
L'OSP est un composé organique à base d'eau capable de se lier sélectivement au cuivre pour protéger sa surface avant le soudage. Comparé à d'autres procédés de traitement de surface sans plomb, il est très respectueux de l'environnement, car ces derniers peuvent être toxiques ou plus énergivores.
Conservateurs organiques soudables (OSP)
avantage:
Simple et pas cher
Protection de l'environnement sans plomb
Surface lisse
Liaison par fil
Inconvénients :
Ne convient pas au PTH
Durée de conservation courte
Pas pratique pour l'inspection visuelle et électrique
Les appareils TIC peuvent endommager le PCB
Argent chimique (ImAg)
L'argent par immersion (ImAg) est un procédé qui consiste à plaquer directement du cuivre avec une couche d'argent pur en immergeant un circuit imprimé dans un bain d'ions argent par réaction de déplacement. L'argent possède des propriétés chimiques stables. Les circuits imprimés traités par immersion dans l'argent conservent une bonne aptitude électrique et une bonne soudabilité, même exposés à des environnements chauds, humides et pollués, et même si la surface perd son éclat.
Parfois, pour empêcher l'argent de réagir avec les sulfures présents dans l'environnement, le dépôt d'argent est associé à un revêtement OSP. Dans la plupart des applications, l'argent peut remplacer l'or. Si vous ne souhaitez pas introduire de matériaux magnétiques (nickel) dans le circuit imprimé, vous pouvez opter pour le dépôt d'argent.
L'épaisseur de surface du dépôt d'argent est de 0.12 à 0.40 µm, et sa durée de conservation est de 6 à 12 mois. Le procédé de dépôt d'argent est sensible à la propreté de la surface pendant le traitement ; il est donc nécessaire de garantir que l'ensemble du processus de production ne provoque pas de contamination de la surface du dépôt d'argent. Ce procédé convient aux applications telles que les circuits imprimés, les commutateurs à couches minces et le soudage de fils d'aluminium nécessitant un blindage électromagnétique.
Argent coulant (ImAg)
avantage:
Bonne planéité de surface
Haute soudabilité
Bonne stabilité
Bonnes performances de blindage
Convient pour le collage de fils d'aluminium
Inconvénients :
Sensible aux polluants
Facile à subir une électromigration
Moustaches en métal argenté
Courte fenêtre d'assemblage après le déballage
Difficulté des tests électriques
Nickelage chimique, placage chimique au palladium, immersion dans l'or (ENEPIG)
Comparé à l'ENIG, l'ENEPIG possède une couche supplémentaire de palladium entre le nickel et l'or, ce qui protège davantage la couche de nickel de la corrosion et prévient les éventuelles accumulations de noircissement lors du traitement de surface de l'ENIG, offrant ainsi un avantage en termes de lissé de surface. L'épaisseur du dépôt de nickel est d'environ 3 à 6 μm, celle du palladium d'environ 0.1 à 0.5 μm et celle de l'or de 0.02 à 0.1 μm. Bien que l'épaisseur du couche d'or est plus fin que l'ENIG, il est plus cher.
La structure en couches de cuivre-nickel-palladium-or peut être directement liée par fil à la couche de placage. La dernière couche d'or est très fine et fragile, et des dommages mécaniques excessifs ou des rayures profondes peuvent exposer la couche de palladium.
Nickelage chimique, placage chimique au palladium, immersion dans l'or (ENEPIG)
avantage:
Surface extrêmement plate
Liaison par fil
Peut être soudé par refusion plusieurs fois
Haute fiabilité des joints de soudure
Longue durée de vie
Inconvénients :
prix cher
La liaison par fil d'or n'est pas aussi fiable que la liaison par fil d'or mou
Perles d'étain faciles à produire
Procédure complexe
Difficile de contrôler le processus de traitement
Nickel/Or électrolytique
L'or nickelé électrolytique est divisé en « or dur » et « or mou ».
L'or dur a une faible pureté (99.6 %) et est couramment utilisé pour les doigts en or (Connecteurs de bord PCB), contacts PCB ou autres zones d'usure. L'épaisseur de l'or peut varier selon les besoins.
L'or mou est plus pur (99.9 %) et est couramment utilisé pour le soudage par fils.
Or électrolytique dur
L'or dur est un alliage d'or contenant des complexes de cobalt, de nickel ou de fer. Le nickel à faible contrainte est utilisé entre le placage d'or et le cuivre. L'or dur convient aux composants fréquemment utilisés et très sujets à l'usure, tels que les cartes mères, les doigts en or et les claviers.
L'épaisseur du traitement de surface en or dur peut varier selon l'application. L'épaisseur soudable maximale recommandée pour l'IPC est de 17.8 μ po, 25 μ po pour l'or et 100 μ po pour le nickel pour les applications IPC1 et Classe 2, et de 50 μ po pour l'or et 100 μ po pour le nickel pour les applications IPC3.
Or électrolytique doux
Principalement utilisés pour les PCB nécessitant une liaison par fils et une soudabilité élevée, les joints de soudure en or doux sont plus sûrs que l'or dur.
Traitement de surface électrolytique doux à l'or
Nickel/Or électrolytique
avantage:
Longue durée de vie
Haute fiabilité des joints de soudure
Surface résistante
Inconvénients :
Très cher
Le doigt d'or nécessite un câblage conducteur supplémentaire sur la carte
L'or dur a une faible soudabilité
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Comment choisir le processus de traitement de surface PCB ?
Le processus de traitement de surface du PCB affectera directement la sortie, quantité de retouches, taux de défaillance sur site, capacité de test et taux de rebut. Pour garantir la qualité et les performances du produit final, il est nécessaire de choisir un procédé de traitement de surface répondant aux exigences de conception. En ingénierie, les perspectives suivantes peuvent être prises en compte :
Planéité du tampon
La planéité des pastilles de soudure affecte directement la qualité de soudure du PCBA, en particulier lorsqu'il y a des BGA relativement grands ou des μ BGA à pas plus petit sur la carte, ENIG, ENEPIG et OSP peuvent être sélectionnés lorsque la couche protectrice sur la surface de la pastille de soudure doit être fine et uniforme.
Soudabilité et mouillabilité
La soudabilité est toujours un facteur clé pour les circuits imprimés. Tout en répondant à d'autres exigences, il est conseillé de choisir un procédé de traitement de surface offrant une soudabilité élevée pour garantir le rendement du brasage par refusion.
Fréquence de soudage
Combien de fois un circuit imprimé doit-il être soudé ou retravaillé ? Le traitement de surface OSP ne permet pas de le retravailler plus de deux fois. À l'heure actuelle, des procédés de traitement de surface composites tels que l'or par immersion + OSP sont également privilégiés. Actuellement, les produits électroniques haut de gamme, comme les smartphones, optent pour ce procédé.
La conformité RoHS
L'élément principal du PCBA provient principalement des broches des composants, Pads PCB et soudure. Afin de respecter la réglementation ROHS, le traitement de surface des circuits imprimés doit également être conforme aux normes ROHS. Par exemple, l'ENIG, l'étain, l'argent et l'OSP sont tous conformes aux normes ROHS.
Collage du métal
Si une liaison par fil d'or ou d'aluminium est requise, elle peut être limitée à ENIG, ENEPIG et à l'or électrolytique doux.
Fiabilité des joints de soudure
Le processus de traitement de surface du PCB peut également affecter le résultat final. qualité de soudure du PCBASi des joints de soudure de haute fiabilité sont requis, l'utilisation d'un procédé d'immersion à l'or ou au nickel-palladium-or peut être choisie.
