01
Apa proses perawatan permukaan PCB?
Permukaan tembaga pada PCB tanpa lapisan pelindung solder, seperti bantalan solder, jari emas, lubang mekanis, dsb. Jika tidak ada lapisan pelindung, permukaan tembaga mudah teroksidasi, yang memengaruhi penyolderan antara tembaga murni dan komponen di area PCB yang dapat disolder.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, permukaan Perawatan ini terletak pada lapisan terluar PCB, di atas lapisan tembaga, yang berfungsi sebagai “pelapis” pada permukaan tembaga.
Fungsi utama perawatan permukaan adalah untuk melindungi permukaan tembaga yang terekspos dari sirkuit oksidasi, sehingga menyediakan permukaan yang dapat disolder untuk penyolderan selama pengelasan.
02
Klasifikasi proses perawatan permukaan PCB
Proses perawatan permukaan PCB dibagi menjadi beberapa kategori berikut:
Perataan solder udara panas (HASL)
Perendaman Timah (ImSn)
Nikel kimia emas (emas imersi) (ENIG)
Pengawet Organik yang Dapat Disolder (OSP)
Perak Kimia (ImAg)
Pelapisan nikel kimia, pelapisan paladium kimia, perendaman dalam emas (ENEPIG)
Nikel/Emas Elektrolit
Perataan solder udara panas (HASL)
Hot Air Solder Level (HASL) atau yang biasa dikenal dengan sebutan spray tin merupakan salah satu proses perawatan permukaan yang paling umum digunakan dan relatif murah. Proses ini terbagi menjadi bebas timah kaleng semprot dan kaleng semprot timbal.
Umur simpan PCB dapat mencapai 12 bulan, dengan suhu proses 250℃ dan kisaran ketebalan perawatan permukaan 1-40um.
Proses penyemprotan timah melibatkan perendaman papan sirkuit dalam cairan pateri (timah/timah hitam) untuk menutupi permukaan tembaga yang terbuka pada PCB. Saat PCB meninggalkan solder yang meleleh, udara panas bertekanan tinggi berhembus melalui permukaan dengan pisau udara, menyebabkan solder menempel rata dan menghilangkan solder yang berlebih.
Proses penyemprotan timah memerlukan penguasaan suhu pengelasan, suhu bilah, tekanan bilah, waktu pengelasan perendaman, kecepatan pengangkatan, dll. Pastikan PCB benar-benar terendam dalam solder yang meleleh, dan pisau udara dapat meledakkan solder sebelum mengeras. Tekanan pisau udara dapat meminimalkan meniskus pada permukaan tembaga dan mencegah terjadinya jembatan solder.
Perataan solder udara panas (HASL)
keuntungan:
kehidupan rak panjang
Kemampuan las yang baik
Ketahanan terhadap korosi dan oksidasi
Pemeriksaan visual dimungkinkan
kekurangan:
Ketidakrataan permukaan
Tidak cocok untuk perangkat dengan jarak kecil
Manik-manik timah yang mudah diproduksi
Deformasi yang disebabkan oleh suhu tinggi
Tidak cocok untuk pelapisan listrik melalui lubang
Perendaman Timah (ImSn)
Immersion Tin (ImSn) adalah lapisan logam yang diendapkan melalui reaksi perpindahan kimia, diaplikasikan langsung ke logam dasar (yaitu tembaga) pada papan sirkuit, yang dapat memenuhi persyaratan komponen pitch kecil untuk kerataan permukaan PCB.
Deposisi timah dapat melindungi tembaga yang mendasarinya dari oksidasi selama masa simpan 3-6 bulan. Karena semua solder berbahan dasar timah, lapisan deposisi timah dapat cocok dengan semua jenis solder. Setelah menambahkan aditif organik ke larutan perendaman timah, struktur lapisan timah menjadi granular, mengatasi masalah yang disebabkan oleh kumis timah dan migrasi timah, sementara juga memiliki termal yang baik stabilitas dan kemampuan las.
Suhu proses pengendapan timah adalah 50 ℃, dan ketebalan perlakuan permukaan adalah 0.8-1.2um. PCB yang sangat cocok untuk disambungkan melalui crimping, seperti papan komunikasi.
Perendaman Timah (ImSn)
keuntungan:
Cocok untuk jarak kecil/BGA
Kehalusan permukaan yang baik
Sesuai dengan RoHS
Kemampuan las yang baik
Stabilitas yang bagus
kekurangan:
Mudah terkontaminasi
Kumis timah dapat menyebabkan korsleting
Pengujian listrik memerlukan probe lunak
Tidak cocok untuk sakelar kontak
Korosif terhadap lapisan masker solder
Nikel kimia emas (emas imersi) (ENIG)
Chemical Nickel Immersion Gold (ENIG) dapat memenuhi persyaratan kerataan permukaan dan pemrosesan bebas timbal pada PCB untuk perangkat pitch kecil (BGA dan μ BGA).
ENIG terdiri dari dua lapisan pelapis logam, dengan nikel yang diendapkan pada permukaan tembaga melalui proses kimia dan kemudian dilapisi dengan atom emas melalui reaksi perpindahan. Ketebalan nikel adalah 3-6 μ m, dan ketebalan emas adalah 0.05-0.1 μ m. Nikel bertindak sebagai penghalang terhadap tembaga dan merupakan permukaan tempat komponen sebenarnya disolder. Peran emas adalah untuk mencegah oksidasi nikel selama penyimpanan, dengan masa simpan sekitar satu tahun, dan dapat memastikan kerataan permukaan yang sangat baik.
Proses emas imersi banyak digunakan pada papan kepadatan tinggi, papan keras konvensional, dan papan lunak, dengan keandalan tinggi dan dukungan untuk ikatan kawat menggunakan kawat aluminium. Banyak digunakan dalam industri seperti konsumen, komunikasi/komputasi, kedirgantaraan, dan perawatan kesehatan.
Nikel Kimia Emas (ENIG)
keuntungan:
kehidupan rak panjang
Papan kepadatan tinggi (μ BGA)
Ikatan kawat aluminium
Kerataan permukaan tinggi
Cocok untuk lubang elektroplating
kekurangan:
harga mahal
Redaman sinyal RF
Tidak bisa dikerjakan ulang
Bantalan hitam/nikel hitam
Proses pengolahannya rumit
Pengawet Organik yang Dapat Disolder (OSP)
Bahan Pengawet Solderabilitas Organik (OSP) adalah lapisan pelindung material sangat tipis yang diaplikasikan pada tembaga yang terbuka untuk melindungi permukaan tembaga dari oksidasi.
Film organik memiliki karakteristik seperti tahan oksidasi, tahan guncangan termal, dan tahan kelembaban, yang dapat melindungi permukaan tembaga dari oksidasi atau sulfurisasi dalam kondisi normal. Dalam proses pengelasan suhu tinggi, film organik mudah dihilangkan oleh fluks, menyebabkan permukaan tembaga bersih yang terbuka segera terikat dengan tembaga yang meleleh. pateri, membentuk sambungan solder yang kuat dalam waktu yang sangat singkat.
OSP adalah senyawa organik berbasis air yang dapat mengikat tembaga secara selektif untuk melindungi permukaan tembaga sebelum pengelasan. Dibandingkan dengan proses perawatan permukaan bebas timbal lainnya, OSP sangat ramah lingkungan karena proses perawatan permukaan lainnya mungkin memiliki toksisitas atau konsumsi energi yang lebih tinggi.
Pengawet Organik yang Dapat Disolder (OSP)
keuntungan:
Sederhana dan murah
Perlindungan lingkungan bebas timbal
Permukaan halus
Ikatan kawat
kekurangan:
Tidak cocok untuk PTH
Umur simpan pendek
Tidak nyaman untuk inspeksi visual dan listrik
Peralatan TIK dapat merusak PCB
Perak Kimia (ImAg)
Perak imersi (ImAg) adalah proses pelapisan tembaga secara langsung dengan lapisan perak murni dengan merendam PCB dalam bak ion perak melalui reaksi perpindahan. Perak memiliki sifat kimia yang stabil. PCB yang diproses melalui teknologi perendaman perak dapat mempertahankan kelistrikan dan kemampuan solder yang baik bahkan saat terkena lingkungan yang panas, lembap, dan tercemar, dan bahkan jika permukaannya kehilangan kilaunya.
Terkadang, untuk mencegah perak bereaksi dengan sulfida di lingkungan, pengendapan perak dikombinasikan dengan pelapisan OSP. Untuk sebagian besar aplikasi, perak dapat menggantikan emas. Jika Anda tidak ingin memasukkan material magnetik (nikel) ke dalam PCB, Anda dapat memilih untuk menggunakan pengendapan perak.
Ketebalan permukaan endapan perak adalah 0.12-0.40 μm, dan masa simpannya adalah 6 hingga 12 bulan. Proses endapan perak peka terhadap kebersihan permukaan selama pemrosesan, dan perlu dipastikan bahwa seluruh proses produksi tidak menyebabkan kontaminasi permukaan endapan perak. Proses endapan perak cocok untuk aplikasi seperti PCB, sakelar film tipis, dan pengikatan kawat aluminium yang memerlukan pelindung EMI.
Perak yang Tenggelam (ImAg)
keuntungan:
Kerataan permukaan yang baik
Kemampuan las tinggi
Stabilitas yang bagus
Kinerja perisai yang baik
Cocok untuk ikatan kawat aluminium
kekurangan:
Sensitif terhadap polutan
Mudah mengalami elektromigrasi
Kumis logam perak
Jendela perakitan pendek setelah membongkar
Kesulitan dalam pengujian listrik
Pelapisan nikel kimia, pelapisan paladium kimia, perendaman dalam emas (ENEPIG)
Dibandingkan dengan ENIG, ENEPIG memiliki lapisan paladium tambahan antara nikel dan emas, yang selanjutnya melindungi lapisan nikel dari korosi dan mencegah kemungkinan bantalan hitam selama perawatan permukaan ENIG, sehingga memberikan keuntungan dalam kehalusan permukaan. Ketebalan pengendapan nikel sekitar 3-6 μ m, ketebalan paladium sekitar 0.1-0.5 μ m, dan ketebalan emas 0.02-0.1 μ m. Meskipun ketebalan lapisan emas lebih tipis dari ENIG, lebih mahal.
Struktur lapisan tembaga nikel paladium emas dapat langsung diikat dengan kawat ke lapisan pelapisan. Lapisan emas terakhir sangat tipis dan lunak, dan kerusakan mekanis yang berlebihan atau goresan yang dalam dapat mengekspos lapisan paladium.
Pelapisan nikel kimia, pelapisan paladium kimia, perendaman dalam emas (ENEPIG)
keuntungan:
Permukaan yang sangat datar
Ikatan kawat
Dapat disolder ulang beberapa kali
Keandalan sambungan solder yang tinggi
kehidupan rak panjang
kekurangan:
harga mahal
Ikatan kawat emas tidak dapat diandalkan seperti ikatan emas lunak
Manik-manik timah yang mudah diproduksi
Proses yang kompleks
Sulit untuk mengontrol proses pengolahannya
Nikel/Emas Elektrolit
Nikel emas elektroplating dibagi menjadi “emas keras” dan “emas lunak”.
Emas keras memiliki kemurnian rendah (99.6%) dan umumnya digunakan untuk jari emas. (konektor tepi PCB), kontak PCB, atau area keras lainnya. Ketebalan emas dapat bervariasi sesuai dengan kebutuhan.
Emas lunak lebih murni (99.9%) dan umum digunakan untuk ikatan kawat.
Emas elektrolit keras
Emas keras adalah paduan emas yang mengandung kompleks kobalt, nikel, atau besi. Nikel bertekanan rendah digunakan antara pelapisan emas dan tembaga. Emas keras cocok untuk komponen yang sering digunakan dan sangat mungkin aus, seperti papan pembawa, jari-jari emas, dan bantalan tombol.
Ketebalan permukaan pelapisan emas keras dapat bervariasi tergantung pada aplikasinya. Ketebalan maksimum yang dapat dilas yang direkomendasikan untuk IPC adalah 17.8 μ in, 25 μ in emas dan 100 μ in nikel untuk aplikasi IPC1 dan Kelas 2, dan 50 μ in emas dan 100 μ in nikel untuk aplikasi IPC3.
Emas elektrolit lunak
Terutama digunakan untuk PCB yang memerlukan ikatan kawat dan penyolderan tinggi, sambungan solder emas lunak lebih aman dibandingkan dengan emas keras.
Perawatan permukaan emas elektrolit lunak
Nikel/Emas Elektrolit
keuntungan:
kehidupan rak panjang
Keandalan sambungan solder yang tinggi
Permukaan tahan lama
kekurangan:
Sangat mahal
Jari emas membutuhkan kabel konduktif tambahan di papan
Emas keras memiliki kemampuan las yang buruk
03
Bagaimana memilih proses perawatan permukaan PCB?
Proses perawatan permukaan PCB akan secara langsung mempengaruhi output, kuantitas pengerjaan ulang, tingkat kegagalan di lokasi, kemampuan pengujian, dan tingkat pemborosan. Untuk kualitas dan kinerja produk akhir, perlu untuk memilih proses perawatan permukaan yang memenuhi persyaratan desain. Dalam rekayasa, perspektif berikut dapat dipertimbangkan:
Kerataan bantalan
Kerataan bantalan solder secara langsung memengaruhi kualitas penyolderan PCBA, terutama bila terdapat BGA yang relatif besar atau μ BGA dengan pitch yang lebih kecil pada papan, ENIG, ENEPIG, dan OSP dapat dipilih bila lapisan pelindung pada permukaan bantalan solder perlu tipis dan seragam.
Kemampuan Solder dan Kebasahan
Kemampuan solder selalu menjadi faktor kunci untuk PCB. Sambil memenuhi persyaratan lain, disarankan untuk memilih proses perawatan permukaan dengan kemampuan solder tinggi untuk memastikan hasil solder reflow.
Frekuensi pengelasan
Berapa kali PCB perlu disolder atau dikerjakan ulang? Proses perawatan permukaan OSP tidak cocok untuk pengerjaan ulang lebih dari dua kali. Pada saat ini, proses perawatan permukaan komposit seperti imersi emas+OSP juga akan dipilih. Saat ini, produk elektronik kelas atas seperti ponsel pintar akan memilih proses perawatan ini.
RoHS kepatuhan
Elemen utama dalam PCBA terutama berasal dari pin komponen, Bantalan PCB, dan solder. Agar mematuhi peraturan ROHS, metode perawatan permukaan PCB juga harus mematuhi standar ROHS. Misalnya, ENIG, timah, perak, dan OSP semuanya mematuhi standar ROHS.
Ikatan logam
Jika diperlukan ikatan kawat emas atau aluminium, mungkin terbatas pada ENIG, ENEPIG, dan emas elektrolit lunak.
Keandalan sambungan solder
Proses perawatan permukaan PCB juga dapat mempengaruhi hasil akhir kualitas solder PCBAJika sambungan solder dengan keandalan tinggi dibutuhkan, penggunaan proses emas imersi atau emas nikel paladium dapat dipilih.
