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In cosa consiste il processo di trattamento superficiale dei PCB?
Superfici in rame su PCB senza copertura della maschera di saldatura, come piazzole di saldatura, contatti dorati, fori meccanici, ecc. In assenza di rivestimento protettivo, la superficie del rame si ossida facilmente, compromettendo la saldatura tra il rame nudo e i componenti nell'area saldabile del PCB.
Come mostrato nella figura sottostante, il superficie il trattamento è localizzato sullo strato più esterno del PCB, sopra lo strato di rame, e funge da “rivestimento” sulla superficie di rame.
La funzione principale del trattamento superficiale è quella di proteggere la superficie di rame esposta dai circuiti di ossidazione, fornendo così una superficie saldabile durante la saldatura.
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Classificazione dei processi di trattamento superficiale dei PCB
I processi di trattamento superficiale dei PCB sono suddivisi nelle seguenti categorie:
Livellamento della saldatura ad aria calda (HASL)
Immersione in stagno (ImSn)
Nichel-oro chimico (oro da immersione) (ENIG)
Conservanti organici saldabili (OSP)
Argento chimico (ImAg)
Nichelatura chimica, palladiatura chimica, immersione in oro (ENEPIG)
Nichel elettrolitico/oro
Livellamento della saldatura ad aria calda (HASL)
La saldatura ad aria calda (HASL), comunemente nota come stagno spray, è un processo di trattamento superficiale tra i più comunemente utilizzati e relativamente poco costoso. Si divide in senza piombo stagnola spray e stagnola spray al piombo.
La durata di conservazione del PCB può raggiungere i 12 mesi, con una temperatura di processo di 250 ℃ e uno spessore di trattamento superficiale compreso tra 1 e 40 µm.
Il processo di spruzzatura dello stagno prevede l'immersione del circuito stampato in stagno fuso saldare (stagno/piombo) per coprire la superficie di rame esposta sul PCB. Quando il PCB si stacca dalla lega di saldatura fusa, un getto d'aria calda ad alta pressione soffia attraverso la superficie con una lama d'aria, facendo depositare la lega di saldatura in modo piatto e rimuovendo la lega in eccesso.
Il processo di spruzzatura dello stagno richiede la padronanza della temperatura di saldatura, della temperatura della lama, della pressione della lama, del tempo di saldatura a immersione, della velocità di sollevamento, ecc. Assicurarsi che il PCB sia completamente immerso nella saldatura fusa e che la lama d'aria possa soffiare la saldatura prima che si solidifichi. La pressione della lama d'aria può ridurre al minimo il menisco sul superficie in rame e prevenire la formazione di ponti di saldatura.
Livellamento della saldatura ad aria calda (HASL)
vantaggio:
durata lunga
Buona saldabilità
Resistenza alla corrosione e all'ossidazione
È possibile l'ispezione visiva
svantaggi:
Irregolarità della superficie
Non adatto per dispositivi con spaziatura ridotta
Perle di stagno facili da produrre
Deformazione causata dall'alta temperatura
Non adatto per la galvanica attraverso i fori
Immersione in stagno (ImSn)
Lo stagno a immersione (ImSn) è un rivestimento metallico depositato tramite reazione di spostamento chimico, applicato direttamente al metallo di base (ovvero il rame) del circuito stampato, in grado di soddisfare i requisiti dei componenti a passo piccolo per quanto riguarda la planarità della superficie del PCB.
La deposizione di stagno può proteggere il rame sottostante dall'ossidazione durante i 3-6 mesi di conservazione. Poiché tutte le saldature sono a base di stagno, lo strato di deposizione di stagno può essere adattato a qualsiasi tipo di saldatura. Dopo l'aggiunta di additivi organici alla soluzione di immersione in stagno, la struttura dello strato di stagno diventa granulare, superando i problemi causati dai baffi di stagno e dalla migrazione dello stagno, e ottenendo al contempo buona termica stabilità e saldabilità.
La temperatura del processo di deposizione dello stagno è di 50 ℃ e lo spessore del trattamento superficiale è di 0.8-1.2 µm. PCB particolarmente adatto per la connessione tramite crimpatura, come le schede posteriori di comunicazione.
Immersione in stagno (ImSn)
vantaggio:
Adatto per spaziatura ridotta/BGA
Buona levigatezza superficiale
Conforme a RoHS
Buona saldabilità
Buona stabilità
svantaggi:
Facile da contaminare
I baffi di latta possono causare cortocircuiti
I test elettrici richiedono sonde morbide
Non adatto per interruttori di contatto
Corrosivo per lo strato della maschera di saldatura
Nichel-oro chimico (oro da immersione) (ENIG)
L'oro a immersione chimica in nichel (ENIG) è in grado di soddisfare i requisiti di planarità superficiale e di lavorazione senza piombo dei PCB per dispositivi a passo piccolo (BGA e μ BGA).
L'ENIG è costituito da due strati di rivestimenti metallici, con nichel depositato sulla superficie del rame tramite processi chimici e poi rivestito con atomi d'oro tramite reazioni di spostamento. Lo spessore del nichel è di 3-6 μm, mentre quello dell'oro è di 0.05-0.1 μm. Il nichel agisce da barriera per il rame ed è la superficie su cui i componenti vengono effettivamente saldati. Il ruolo dell'oro è quello di prevenire l'ossidazione del nichel durante la conservazione, con una durata di conservazione di circa un anno, e può garantire eccellente planarità della superficie.
Il processo di oro a immersione è ampiamente utilizzato in schede ad alta densità, schede rigide convenzionali e schede morbide, con elevata affidabilità e supporto per la saldatura a filo con filo di alluminio. Ampiamente utilizzato in settori come quello dei beni di consumo, delle comunicazioni/informatica, aerospaziale e sanitario.
Nichel-oro chimico (ENIG)
vantaggio:
durata lunga
Scheda ad alta densità (μBGA)
Incollaggio di fili di alluminio
Elevata planarità superficiale
Adatto per la galvanizzazione dei fori
svantaggi:
prezzo costoso
Attenuazione dei segnali RF
Non è possibile rielaborare
Cuscinetto nero/nichel nero
Il processo di elaborazione è complesso
Conservanti organici saldabili (OSP)
I conservanti organici per la saldabilità (OSP) sono strati protettivi molto sottili applicati al rame esposto per preservarne la superficie dall'ossidazione.
I film organici presentano caratteristiche quali la resistenza all'ossidazione, agli shock termici e all'umidità, che possono proteggere le superfici in rame dall'ossidazione o dalla solforazione in condizioni normali. Nel processo di saldatura ad alta temperatura, il film organico viene facilmente rimosso dal flusso, facendo sì che la superficie di rame pulita esposta si leghi immediatamente al rame fuso. saldare, formando una giunzione di saldatura resistente in un lasso di tempo molto breve.
L'OSP è un composto organico a base d'acqua che può legarsi selettivamente al rame per proteggerne la superficie prima della saldatura. Rispetto ad altri processi di trattamento superficiale senza piombo, è molto ecologico, poiché altri processi di trattamento superficiale possono essere tossici o comportare un maggiore consumo energetico.
Conservanti organici saldabili (OSP)
vantaggio:
Semplice ed economico
Protezione ambientale senza piombo
superficie liscia
Incollaggio a filo
svantaggi:
Non adatto per PTH
Breve durata di conservazione
Non adatto per l'ispezione visiva ed elettrica
Gli apparecchi ICT possono danneggiare il PCB
Argento chimico (ImAg)
L'argento a immersione (ImAg) è un processo di placcatura diretta del rame con uno strato di argento puro, immergendo un PCB in un bagno di ioni d'argento tramite una reazione di spostamento. L'argento ha proprietà chimiche stabili. I PCB trattati con la tecnologia a immersione d'argento possono mantenere buone proprietà elettriche e saldabilità anche se esposti ad ambienti caldi, umidi e inquinati, e anche se la superficie perde la sua lucentezza.
A volte, per evitare che l'argento reagisca con i solfuri presenti nell'ambiente, la deposizione di argento viene combinata con un rivestimento OSP. Nella maggior parte delle applicazioni, l'argento può sostituire l'oro. Se non si desidera introdurre materiali magnetici (nichel) nel PCB, è possibile scegliere di utilizzare la deposizione di argento.
Lo spessore superficiale della deposizione d'argento è compreso tra 0.12 e 0.40 μm e la durata di conservazione è compresa tra 6 e 12 mesi. Il processo di deposizione d'argento è sensibile alla pulizia della superficie durante la lavorazione ed è necessario garantire che l'intero processo produttivo non causi contaminazione superficiale della deposizione d'argento. Il processo di deposizione d'argento è adatto per applicazioni come PCB, interruttori a film sottile e saldatura di fili di alluminio che richiedono schermatura EMI.
Argento che affonda (ImAg)
vantaggio:
Buona planarità della superficie
Alta saldabilità
Buona stabilità
Buone prestazioni di schermatura
Adatto per la saldatura di fili di alluminio
svantaggi:
Sensibile agli inquinanti
Facile da sottoporre a elettromigrazione
Baffi in metallo argentato
Breve finestra di montaggio dopo il disimballaggio
Difficoltà nei test elettrici
Nichelatura chimica, palladiatura chimica, immersione in oro (ENEPIG)
Rispetto a ENIG, ENEPIG presenta uno strato aggiuntivo di palladio tra nichel e oro, che protegge ulteriormente lo strato di nichel dalla corrosione e previene la formazione di chiazze nere durante il trattamento superficiale ENIG, garantendo così un vantaggio in termini di levigatezza superficiale. Lo spessore di deposizione del nichel è di circa 3-6 μm, quello del palladio di circa 0.1-0.5 μm e quello dell'oro di 0.02-0.1 μm. Sebbene lo spessore del strato d'oro è più sottile dell'ENIG, quindi è più costoso.
La struttura a strati di rame, nichel, palladio e oro può essere saldata direttamente con filo metallico allo strato di placcatura. L'ultimo strato di oro è molto sottile e morbido, e danni meccanici eccessivi o graffi profondi potrebbero esporre lo strato di palladio.
Nichelatura chimica, palladiatura chimica, immersione in oro (ENEPIG)
vantaggio:
Superficie estremamente piatta
Incollaggio a filo
Può essere saldato a riflusso più volte
Elevata affidabilità delle giunzioni di saldatura
durata lunga
svantaggi:
prezzo costoso
La saldatura con filo d'oro non è affidabile quanto la saldatura con oro morbido
Perle di stagno facili da produrre
Processo complesso
Difficile controllare il processo di elaborazione
Nichel elettrolitico/oro
L'oro nichelato elettrolitico si divide in "oro duro" e "oro morbido".
L'oro duro ha una bassa purezza (99.6%) ed è comunemente utilizzato per le dita d'oro (Connettori per bordi PCB), contatti PCB o altre aree soggette a usura. Lo spessore dell'oro può variare a seconda delle esigenze.
L'oro morbido è più puro (99.9%) e viene comunemente utilizzato per la saldatura a filo.
Oro elettrolitico duro
L'oro duro è una lega d'oro contenente complessi di cobalto, nichel o ferro. Il nichel a bassa tensione viene utilizzato tra la placcatura in oro e il rame. L'oro duro è adatto per componenti di uso frequente e ad alta probabilità di usura, come schede di supporto, contatti in oro e tastiere.
Lo spessore del trattamento superficiale in oro duro può variare a seconda dell'applicazione. Lo spessore massimo saldabile raccomandato per l'IPC è di 17.8 μ in oro, 25 μ in oro e 100 μ in nichel per applicazioni IPC1 e Classe 2, e 50 μ in oro e 100 μ in nichel per applicazioni IPC3.
Oro elettrolitico morbido
Utilizzati principalmente per PCB che richiedono saldatura tramite fili ed elevata saldabilità, i giunti di saldatura in oro morbido sono più sicuri rispetto a quelli in oro duro.
Trattamento superficiale elettrolitico dell'oro morbido
Nichel elettrolitico/oro
vantaggio:
durata lunga
Elevata affidabilità delle giunzioni di saldatura
Superficie durevole
svantaggi:
Molto costoso
Il dito d'oro richiede un cablaggio conduttivo aggiuntivo sulla scheda
L'oro duro ha una scarsa saldabilità
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Come scegliere il processo di trattamento superficiale del PCB?
Il processo di trattamento superficiale del PCB influirà direttamente sull'output, quantità di rilavorazione, tasso di guasto in loco, capacità di collaudo e tasso di scarto. Per la qualità e le prestazioni del prodotto finale, è necessario scegliere un processo di trattamento superficiale che soddisfi i requisiti di progettazione. In ingegneria, si possono considerare le seguenti prospettive:
Planarità del tampone
La planarità dei pad di saldatura influisce direttamente sulla qualità della saldatura del PCBA, in particolare quando sulla scheda sono presenti BGA relativamente grandi o BGA con passo μ più piccolo. ENIG, ENEPIG e OSP possono essere selezionati quando lo strato protettivo sulla superficie del pad di saldatura deve essere sottile e uniforme.
Saldabilità e bagnabilità
La saldabilità è sempre un fattore chiave per i PCB. Pur rispettando altri requisiti, è consigliabile scegliere un processo di trattamento superficiale con elevata saldabilità per garantire la resa della saldatura a rifusione.
Frequenza di saldatura
Quante volte è necessario saldare o rilavorare un PCB? Il processo di trattamento superficiale OSP non è adatto a essere rilavorato più di due volte. Al momento, si stanno optando anche per processi di trattamento superficiale compositi come oro a immersione + OSP. Attualmente, questo processo viene utilizzato per prodotti elettronici di fascia alta come gli smartphone.
La conformità RoHS
L'elemento principale nel PCBA proviene principalmente dai pin dei componenti, Piazzole per PCB e saldatura. Per essere conformi alla normativa ROHS, anche il metodo di trattamento superficiale del PCB deve essere conforme agli standard ROHS. Ad esempio, ENIG, stagno, argento e OSP sono tutti conformi agli standard ROHS.
Incollaggio di metalli
Se è richiesta la saldatura di fili d'oro o di alluminio, questa può essere limitata a ENIG, ENEPIG e oro elettrolitico morbido.
Affidabilità dei giunti di saldatura
Il processo di trattamento superficiale del PCB può anche influenzare il risultato finale qualità di saldatura del PCBASe sono richiesti giunti di saldatura ad alta affidabilità, si può optare per l'uso del processo di immersione in oro o in nichel-palladio-oro.
