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पीसीबी सतह उपचार प्रक्रिया क्या है?
पीसीबी पर तांबे की सतहें जिन पर सोल्डर मास्क नहीं लगा होता है, जैसे कि सोल्डर पैड, गोल्ड फिंगर्स, मैकेनिकल होल आदि। यदि कोई सुरक्षात्मक परत नहीं है, तो तांबे की सतह आसानी से ऑक्सीकृत हो जाती है, जिससे पीसीबी के सोल्डर करने योग्य क्षेत्र में नंगे तांबे और घटकों के बीच सोल्डरिंग प्रभावित होती है।
नीचे दिए गए चित्र में दिखाए अनुसार, सतह उपचार पीसीबी की सबसे बाहरी परत पर, तांबे की परत के ऊपर स्थित होता है, जो तांबे की सतह पर एक "कोटिंग" के रूप में कार्य करता है।
सतह उपचार का मुख्य कार्य उजागर तांबे की सतह को ऑक्सीकरण सर्किट से बचाना है, जिससे वेल्डिंग के दौरान सोल्डरिंग के लिए सोल्डर योग्य सतह उपलब्ध हो सके।
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पीसीबी सतह उपचार प्रक्रियाओं का वर्गीकरण
पीसीबी सतह उपचार प्रक्रियाओं को निम्नलिखित श्रेणियों में विभाजित किया गया है:
गर्म हवा सोल्डर लेवलिंग (HASL)
टिन विसर्जन (ImSn)
रासायनिक निकल सोना (विसर्जन सोना) (ENIG)
कार्बनिक सोल्डरेबल परिरक्षक (ओएसपी)
रासायनिक सिल्वर (ImAg)
रासायनिक निकल चढ़ाना, रासायनिक पैलेडियम चढ़ाना, सोने में विसर्जन (ENEPIG)
इलेक्ट्रोलाइटिक निकल/सोना
गर्म हवा सोल्डर लेवलिंग (HASL)
हॉट एयर सोल्डर लेवल (HASL), जिसे आमतौर पर स्प्रे टिन के नाम से जाना जाता है, एक सतह उपचार प्रक्रिया है जो सबसे अधिक उपयोग की जाती है और अपेक्षाकृत सस्ती है। इसे लेड-फ्री स्प्रे टिन और लेड स्प्रे टिन में विभाजित किया गया है।
पीसीबी का शेल्फ जीवन 12 महीने तक पहुंच सकता है, प्रक्रिया तापमान 250 ℃ और सतह उपचार मोटाई रेंज 1-40um है।
टिन स्प्रेइंग प्रक्रिया में सर्किट बोर्ड को पिघले हुए सोल्डर (टिन/लेड) में डुबोया जाता है ताकि पीसीबी की खुली हुई तांबे की सतह को सोल्डर से ढक दिया जाए। जब पीसीबी पिघले हुए सोल्डर से बाहर निकलता है, तो एयर नाइफ की मदद से सतह पर उच्च दबाव वाली गर्म हवा डाली जाती है, जिससे सोल्डर समतल रूप से जम जाता है और अतिरिक्त सोल्डर हट जाता है।
टिन स्प्रे करने की प्रक्रिया में वेल्डिंग तापमान, ब्लेड तापमान, ब्लेड दबाव, वेल्डिंग का समय, उठाने की गति आदि पर पूर्ण नियंत्रण आवश्यक है। यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि पीसीबी पिघले हुए सोल्डर में पूरी तरह से डूबा हुआ हो, और एयर नाइफ सोल्डर के जमने से पहले उसे उड़ा दे। एयर नाइफ का दबाव तांबे की सतह पर मेनिस्कस को कम करता है और सोल्डर ब्रिजिंग को रोकता है।
गर्म हवा सोल्डर लेवलिंग (HASL)
लाभ:
लंबी संग्रहण और उपयोग अवधि
अच्छा वेल्डेबिलिटी
संक्षारण और ऑक्सीकरण प्रतिरोध
दृश्य निरीक्षण संभव है
नुकसान:
सतह असमानता
छोटे अंतराल वाले उपकरणों के लिए उपयुक्त नहीं है
टिन के मोती बनाना आसान है
उच्च तापमान के कारण होने वाली विकृति
छेद के माध्यम से इलेक्ट्रोप्लेटिंग के लिए उपयुक्त नहीं है
टिन विसर्जन (ImSn)
विसर्जन टिन (ImSn) रासायनिक विस्थापन प्रतिक्रिया के माध्यम से जमा एक धातु कोटिंग है, जो सीधे सर्किट बोर्ड के आधार धातु (यानी तांबे) पर लागू होती है, जो पीसीबी सतह समतलता के लिए छोटे पिच घटकों की आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है।
टिन की परत चढ़ाने से 3-6 महीने की शेल्फ लाइफ के दौरान नीचे मौजूद तांबे को ऑक्सीकरण से बचाया जा सकता है। चूंकि सभी सोल्डर टिन आधारित होते हैं, इसलिए टिन की परत किसी भी प्रकार के सोल्डर के अनुरूप हो सकती है। टिन इमर्शन सॉल्यूशन में ऑर्गेनिक एडिटिव्स मिलाने के बाद, टिन परत की संरचना दानेदार हो जाती है, जिससे टिन व्हिस्कर्स और टिन माइग्रेशन से होने वाली समस्याएं दूर हो जाती हैं, साथ ही इसमें अच्छी थर्मल स्थिरता और वेल्डेबिलिटी भी होती है।
टिन जमाव प्रक्रिया का तापमान 50 ℃ है, और सतह उपचार मोटाई 0.8-1.2um है। पीसीबी जो विशेष रूप से संचार बैकबोर्ड जैसे crimping के माध्यम से कनेक्शन के लिए उपयुक्त है।
टिन विसर्जन (ImSn)
लाभ:
छोटे अंतराल/BGA के लिए उपयुक्त
अच्छी सतह चिकनाई
RoHS के अनुरूप
अच्छा वेल्डेबिलिटी
अच्छी स्थिरता
नुकसान:
आसानी से दूषित हो जाना
टिन व्हिस्कर्स से शॉर्ट सर्किट हो सकता है
विद्युत परीक्षण के लिए नरम जांच की आवश्यकता होती है
संपर्क स्विच के लिए उपयुक्त नहीं
सोल्डर मास्क परत के लिए संक्षारक
रासायनिक निकल सोना (विसर्जन सोना) (ENIG)
रासायनिक निकेल इमर्शन गोल्ड (ENIG) छोटे पिच उपकरणों (BGA और μ BGA) के लिए PCB की सतह समतलता और सीसा रहित प्रसंस्करण आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है।
ENIG में धातु की दोहरी परतें होती हैं, जिसमें रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा तांबे की सतह पर निकेल जमा किया जाता है और फिर विस्थापन अभिक्रियाओं द्वारा सोने के परमाणुओं से लेपित किया जाता है। निकेल की मोटाई 3-6 माइक्रोमीटर होती है, और सोने की मोटाई 0.05-0.1 माइक्रोमीटर होती है। निकेल तांबे के लिए अवरोधक का काम करता है और यही वह सतह है जिस पर घटकों को सोल्डर किया जाता है। सोने का काम भंडारण के दौरान निकेल के ऑक्सीकरण को रोकना है, जिससे इसकी शेल्फ लाइफ लगभग एक वर्ष हो जाती है और सतह की उत्कृष्ट समतलता सुनिश्चित होती है ।
इमर्शन गोल्ड प्रक्रिया का व्यापक रूप से उच्च घनत्व वाले बोर्ड, पारंपरिक हार्ड बोर्ड और सॉफ्ट बोर्ड में उपयोग किया जाता है, जिसमें उच्च विश्वसनीयता और एल्युमीनियम तार का उपयोग करके वायर बॉन्डिंग के लिए समर्थन होता है। उपभोक्ता, संचार/कंप्यूटिंग, एयरोस्पेस और स्वास्थ्य सेवा जैसे उद्योगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
रासायनिक निकल सोना (ENIG)
लाभ:
लंबी संग्रहण और उपयोग अवधि
उच्च घनत्व बोर्ड (μ BGA)
एल्युमिनियम तार संबंध
उच्च सतह समतलता
इलेक्ट्रोप्लेटिंग छेद के लिए उपयुक्त
नुकसान:
महंगी कीमत
आरएफ संकेतों का क्षीणन
पुनः कार्य नहीं किया जा सकता
काला पैड/काला निकल
प्रसंस्करण प्रक्रिया जटिल है
कार्बनिक सोल्डरेबल परिरक्षक (ओएसपी)
कार्बनिक सोल्डरेबिलिटी प्रिजर्वेटिव्स (ओएसपी) बहुत पतली सुरक्षात्मक परतें हैं जो तांबे की सतह को ऑक्सीकरण से बचाने के लिए उजागर तांबे पर लगाई जाती हैं।
कार्बनिक फिल्मों में ऑक्सीकरण प्रतिरोध, ऊष्मीय आघात प्रतिरोध और नमी प्रतिरोध जैसे गुण होते हैं, जो सामान्य परिस्थितियों में तांबे की सतहों को ऑक्सीकरण या सल्फरीकरण से बचा सकते हैं। उच्च तापमान वेल्डिंग प्रक्रिया के बाद, कार्बनिक फिल्म फ्लक्स द्वारा आसानी से हट जाती है, जिससे उजागर साफ तांबे की सतह पिघले हुए सोल्डर के साथ तुरंत जुड़ जाती है और बहुत कम समय में एक मजबूत सोल्डर जोड़ बन जाता है।
ओएसपी एक जल-आधारित कार्बनिक यौगिक है जो वेल्डिंग से पहले तांबे की सतह की रक्षा के लिए तांबे के साथ चुनिंदा रूप से बंध सकता है। अन्य सीसा रहित सतह उपचार प्रक्रियाओं की तुलना में, यह पर्यावरण के लिए बहुत अनुकूल है क्योंकि अन्य सतह उपचार प्रक्रियाओं में विषाक्तता या उच्च ऊर्जा खपत हो सकती है।
कार्बनिक सोल्डरेबल परिरक्षक (ओएसपी)
लाभ:
सरल और सस्ता
सीसा रहित पर्यावरण संरक्षण
चिकनी सतह
तार का जोड़
नुकसान:
PTH के लिए उपयुक्त नहीं
लघु शेल्फ जीवन
दृश्य और विद्युत निरीक्षण के लिए सुविधाजनक नहीं
आईसीटी फिक्सचर पीसीबी को नुकसान पहुंचा सकते हैं
रासायनिक सिल्वर (ImAg)
विसर्जन चांदी (ImAg) एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें विस्थापन प्रतिक्रिया के माध्यम से एक पीसीबी को चांदी आयन स्नान में डुबोकर शुद्ध चांदी की एक परत के साथ सीधे तांबे की परत चढ़ाई जाती है। चांदी में स्थिर रासायनिक गुण होते हैं। चांदी विसर्जन प्रौद्योगिकी के माध्यम से संसाधित पीसीबी गर्म, आर्द्र और प्रदूषित वातावरण के संपर्क में आने पर भी अच्छी विद्युत और सोल्डरेबिलिटी बनाए रख सकता है, और भले ही सतह अपनी चमक खो दे।
कभी-कभी, वातावरण में मौजूद सल्फाइड के साथ चांदी की प्रतिक्रिया को रोकने के लिए, चांदी के जमाव को OSP कोटिंग के साथ जोड़ा जाता है। अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए, चांदी सोने की जगह ले सकती है। यदि आप PCB में चुंबकीय सामग्री (निकेल) नहीं डालना चाहते हैं, तो आप चांदी के जमाव का उपयोग करना चुन सकते हैं।
चांदी के जमाव की सतह की मोटाई 0.12-0.40 μ मीटर है, और शेल्फ जीवन 6 से 12 महीने है। चांदी के जमाव की प्रक्रिया प्रसंस्करण के दौरान सतह की सफाई के प्रति संवेदनशील है, और यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि पूरी उत्पादन प्रक्रिया चांदी के जमाव की सतह को दूषित न करे। चांदी जमाव प्रक्रिया पीसीबी, पतली फिल्म स्विच और एल्यूमीनियम तार संबंध जैसे अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है जिन्हें ईएमआई परिरक्षण की आवश्यकता होती है।
डूबती चाँदी (इमेज)
लाभ:
अच्छी सतह समतलता
उच्च वेल्डेबिलिटी
अच्छी स्थिरता
अच्छा परिरक्षण प्रदर्शन
एल्यूमीनियम तार संबंध के लिए उपयुक्त
नुकसान:
प्रदूषकों के प्रति संवेदनशील
इलेक्ट्रोमाइग्रेशन से गुजरना आसान
चांदी धातु मूंछें
अनपैकिंग के बाद छोटी असेंबली विंडो
विद्युत परीक्षण में कठिनाई
रासायनिक निकल चढ़ाना, रासायनिक पैलेडियम चढ़ाना, सोने में विसर्जन (ENEPIG)
ENIG की तुलना में, ENEPIG में निकल और सोने के बीच पैलेडियम की एक अतिरिक्त परत होती है, जो निकल की परत को जंग से बचाती है और ENIG सतह उपचार के दौरान संभावित काले धब्बों को रोकती है, जिससे सतह की चिकनाई में लाभ मिलता है। निकल की परत की मोटाई लगभग 3-6 μm, पैलेडियम की मोटाई लगभग 0.1-0.5 μm और सोने की मोटाई 0.02-0.1 μm होती है। हालांकि सोने की परत की मोटाई ENIG से कम है, लेकिन यह अधिक महंगी है।
कॉपर निकेल पैलेडियम गोल्ड की परत संरचना को सीधे वायर बॉन्डिंग परत से जोड़ा जा सकता है। सोने की अंतिम परत बहुत पतली और मुलायम होती है, और अत्यधिक यांत्रिक क्षति या गहरी खरोंच पैलेडियम परत को उजागर कर सकती है।
रासायनिक निकल चढ़ाना, रासायनिक पैलेडियम चढ़ाना, सोने में विसर्जन (ENEPIG)
लाभ:
अत्यंत समतल सतह
तार का जोड़
कई बार रिफ्लो सोल्डर किया जा सकता है
सोल्डर जोड़ों की उच्च विश्वसनीयता
लंबी संग्रहण और उपयोग अवधि
नुकसान:
महंगी कीमत
सोने के तार से बंधन नरम सोने से बंधन जितना विश्वसनीय नहीं है
टिन के मोती बनाना आसान है
जटिल प्रक्रिया
प्रसंस्करण प्रक्रिया को नियंत्रित करना कठिन
इलेक्ट्रोलाइटिक निकल/सोना
इलेक्ट्रोप्लेटेड निकल सोने को "कठोर सोने" और "नरम सोने" में विभाजित किया जाता है।
हार्ड गोल्ड की शुद्धता कम (99.6%) होती है और इसका उपयोग आमतौर पर गोल्ड फिंगर्स (पीसीबी एज कनेक्टर) , पीसीबी कॉन्टैक्ट्स या अन्य अधिक घिसाव वाले क्षेत्रों में किया जाता है। आवश्यकतानुसार सोने की मोटाई भिन्न हो सकती है।
नरम सोना अधिक शुद्ध (99.9%) होता है और इसका उपयोग आमतौर पर तार जोड़ने के लिए किया जाता है।
कठोर इलेक्ट्रोलाइटिक सोना
कठोर सोना एक सोने की मिश्र धातु है जिसमें कोबाल्ट, निकल या लोहे के मिश्रण होते हैं। सोने की परत और तांबे के बीच कम तनाव वाले निकल का उपयोग किया जाता है। कठोर सोना उन घटकों के लिए उपयुक्त है जिनका अक्सर उपयोग किया जाता है और जिनके खराब होने की संभावना बहुत अधिक होती है, जैसे कि कैरियर बोर्ड, गोल्ड फिंगर्स और की पैड।
हार्ड गोल्ड सरफेस ट्रीटमेंट की मोटाई एप्लीकेशन के आधार पर अलग-अलग हो सकती है। IPC के लिए अनुशंसित अधिकतम वेल्डेबल मोटाई 17.8 μ इंच है, IPC25 और क्लास 100 एप्लीकेशन के लिए 1 μ इंच सोना और 2 μ इंच निकल, और IPC50 एप्लीकेशन के लिए 100 μ इंच सोना और 3 μ इंच निकल है।
नरम इलेक्ट्रोलाइटिक सोना
मुख्य रूप से उन पीसीबी के लिए उपयोग किया जाता है जिनमें वायर बॉन्डिंग और उच्च सोल्डरेबिलिटी की आवश्यकता होती है, नरम सोने के सोल्डरिंग जोड़ कठोर सोने की तुलना में अधिक सुरक्षित होते हैं।
नरम इलेक्ट्रोलाइटिक सोने की सतह उपचार
इलेक्ट्रोलाइटिक निकल/सोना
लाभ:
लंबी संग्रहण और उपयोग अवधि
सोल्डर जोड़ों की उच्च विश्वसनीयता
टिकाऊ सतह
नुकसान:
बहुत महंगा
गोल्ड फिंगर के लिए बोर्ड पर अतिरिक्त प्रवाहकीय वायरिंग की आवश्यकता होती है
कठोर सोने की वेल्डेबिलिटी खराब होती है
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पीसीबी सतह उपचार प्रक्रिया का चयन कैसे करें?
पीसीबी की सतह उपचार प्रक्रिया उत्पादन, पुनर्कार्य की मात्रा , साइट पर विफलता दर, परीक्षण क्षमता और स्क्रैप दर को सीधे प्रभावित करती है। अंतिम उत्पाद की गुणवत्ता और प्रदर्शन के लिए, डिज़ाइन आवश्यकताओं को पूरा करने वाली सतह उपचार प्रक्रिया का चयन करना आवश्यक है। इंजीनियरिंग में, निम्नलिखित दृष्टिकोणों पर विचार किया जा सकता है:
पैड समतलता
सोल्डर पैड की समतलता सीधे PCBA की सोल्डरिंग गुणवत्ता को प्रभावित करती है, खासकर जब बोर्ड पर अपेक्षाकृत बड़े BGA या छोटे पिच μ BGA होते हैं, ENIG, ENEPIG और OSP का चयन तब किया जा सकता है जब सोल्डर पैड की सतह पर सुरक्षात्मक परत पतली और एक समान होनी चाहिए।
सोल्डरेबिलिटी और वेटेबिलिटी
सोल्डरेबिलिटी हमेशा पीसीबी के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है। अन्य आवश्यकताओं को पूरा करते समय, रिफ्लो सोल्डरिंग की उपज सुनिश्चित करने के लिए उच्च सोल्डरेबिलिटी के साथ सतह उपचार प्रक्रिया का चयन करना उचित है।
वेल्डिंग आवृत्ति
पीसीबी को कितनी बार सोल्डर या फिर से काम करने की आवश्यकता है? ओएसपी की सतह उपचार प्रक्रिया दो बार से अधिक फिर से काम करने के लिए उपयुक्त नहीं है। इस समय, विसर्जन सोना + ओएसपी जैसी समग्र सतह उपचार प्रक्रियाओं को भी चुना जाएगा। वर्तमान में, स्मार्टफोन जैसे उच्च अंत इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद इस उपचार प्रक्रिया का चयन करेंगे।
आरओएचएस अनुकूल
पीसीबीए में लेड तत्व मुख्य रूप से कंपोनेंट पिन, पीसीबी पैड और सोल्डर से आता है। आरओएचएस नियमों का पालन करने के लिए, पीसीबी की सतह उपचार विधि भी आरओएचएस मानकों के अनुरूप होनी चाहिए। उदाहरण के लिए, ENIG, टिन, चांदी और OSP सभी आरओएचएस मानकों का पालन करते हैं।
धातु बंधन
यदि सोने या एल्युमीनियम तार की बॉन्डिंग की आवश्यकता होती है, तो यह ENIG, ENEPIG, और सॉफ्ट इलेक्ट्रोलाइटिक गोल्ड तक सीमित हो सकती है।
सोल्डर जोड़ों की विश्वसनीयता
पीसीबी की सतह उपचार प्रक्रिया पीसीबीए की अंतिम सोल्डरिंग गुणवत्ता को भी प्रभावित कर सकती है । यदि उच्च विश्वसनीयता वाले सोल्डर जोड़ों की आवश्यकता हो, तो इमर्शन गोल्ड या निकल पैलेडियम गोल्ड प्रक्रिया का उपयोग किया जा सकता है।
