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PCB表面処理プロセスとは何ですか?
基板上のソルダーマスクで覆われていない銅表面（はんだパッド、金メッキ端子、機械的な穴など）は、保護コーティングがない場合、酸化しやすく、基板のはんだ付け領域における裸の銅と部品とのはんだ付けに影響を与えます。
下図に示すように、表面処理はプリント基板の最外層、銅層の上に施され、銅表面の「コーティング」として機能します。
表面処理の主な機能は、露出した銅表面を酸化回路から保護し、溶接時のはんだ付けに適したはんだ付け可能な表面を提供することです。
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PCB表面処理プロセスの分類
PCB 表面処理プロセスは次のカテゴリに分類されます。
熱風はんだレベリング（HASL）
スズ浸漬（ImSn）
化学ニッケル金（浸漬金）（ENIG）
有機はんだ付け用防腐剤（OSP）
化学銀（ImAg）
化学ニッケルめっき、化学パラジウムめっき、金浸漬めっき（ENEPIG）
電解ニッケル/金
熱風はんだレベリング（HASL）
ホットエアソルダレベリング（HASL）、一般にスプレー錫として知られる表面処理方法は、最も一般的に使用されている比較的安価な処理方法です。鉛フリースプレー錫と鉛スプレー錫に分類されます。
PCB の保存期間は 12 か月に達し、プロセス温度は 250 ℃、表面処理の厚さの範囲は 1 ～ 40 um です。
錫溶射プロセスでは、プリント基板を溶融はんだ（錫／鉛）に浸し、基板上の露出した銅表面をはんだで覆います。基板を溶融はんだから取り出すと、エアナイフで高圧の熱風を表面に吹き付け、はんだを平らに堆積させ、余分なはんだを除去します。
錫溶射の工程では、溶接温度、ブレード温度、ブレード圧力、浸漬溶接時間、リフト速度などの制御を習得する必要があります。基板が溶融はんだに完全に浸漬されていることを確認し、エアナイフで固化する前にはんだを吹き飛ばします。エアナイフの圧力により、銅表面のメニスカスを最小限に抑え、はんだブリッジの発生を防ぎます。
熱風はんだレベリング（HASL）
利点：
日持ち
良好な溶接性
耐食性と耐酸化性
目視検査が可能
短所：
表面の凹凸
間隔が狭いデバイスには適していません
錫ビーズを簡単に製造できる
高温による変形
電気めっきスルーホールには適していません
スズ浸漬（ImSn）
浸漬スズ（ImSn）は、化学置換反応によって堆積された金属コーティングであり、回路基板のベースメタル（銅など）に直接適用され、PCB 表面の平坦性に対する小ピッチ部品の要件を満たすことができます。
錫めっきは、3～6ヶ月の保管期間中、下地の銅を酸化から保護します。はんだはすべて錫を主成分としているため、錫めっき層はあらゆる種類のはんだに対応できます。錫浸漬液に有機添加剤を加えることで、錫層の構造は粒状になり、錫ウィスカーや錫マイグレーションによる問題を克服するとともに、優れた熱安定性と溶接性を実現します。
錫蒸着処理の温度は50℃、表面処理厚さは0.8～1.2μmです。通信バックボードなど、圧着による接続に特に適したPCBです。
スズ浸漬（ImSn）
利点：
狭いスペース/BGAに適しています
良好な表面平滑性
RoHSに準拠
良好な溶接性
良好な安定性
短所：
汚染されやすい
錫ウィスカーはショートを引き起こす可能性がある
電気テストにはソフトプローブが必要
接触スイッチには適していません
はんだマスク層に対する腐食性
化学ニッケル金（浸漬金）（ENIG）
化学ニッケル浸金（ENIG）は、小ピッチデバイス（BGA および μ BGA）用 PCB の表面平坦性と鉛フリー処理の要件を満たすことができます。
ENIGは2層の金属コーティングから構成され、まず化学プロセスによって銅表面にニッケルが析出し、次に置換反応によって金原子がコーティングされます。ニッケルの厚さは3～6μm、金の厚さは0.05～0.1μmです。ニッケルは銅に対するバリアとして機能し、実際に部品がはんだ付けされる表面となります。金の役割は、保管中のニッケルの酸化を防ぐことであり、約1年の保存期間を持ち、優れた表面平坦性を確保できます。
浸漬金めっきプロセスは、高密度基板、従来のハード基板、ソフト基板に広く採用されており、高い信頼性とアルミ線を用いたワイヤボンディングへの対応を特長としています。コンシューマー、通信・コンピューティング、航空宇宙、ヘルスケアなどの業界で広く利用されています。
化学ニッケルゴールド（ENIG）
利点：
日持ち
高密度基板（μBGA）
アルミワイヤボンディング
高い表面平坦性
電気めっき穴に適しています
短所：
高価な価格
RF信号の減衰
やり直しはできない
黒パッド/黒ニッケル
処理プロセスは複雑です
有機はんだ付け用防腐剤（OSP）
有機はんだ付け防止剤 (OSP) は、銅の表面を酸化から保護するために露出した銅に塗布される非常に薄い材料保護層です。
有機皮膜は、耐酸化性、耐熱衝撃性、耐湿性などの特性を持ち、通常の条件下では銅表面の酸化や硫化を防ぐことができます。高温溶接工程後、有機皮膜はフラックスによって容易に除去され、露出した清浄な銅表面が溶融したはんだと即座に接合し、非常に短時間で強固なはんだ接合部を形成します。
OSPは、銅と選択的に結合して溶接前の銅表面を保護する水性有機化合物です。他の鉛フリー表面処理プロセスには毒性や高いエネルギー消費を伴う場合があるのに対し、OSPは非常に環境に優しいプロセスです。
有機はんだ付け用防腐剤（OSP）
利点：
シンプルで安価
鉛フリー環境保護
滑らかな表面
ワイヤーボンディング
短所：
PTHには適していません
短い貯蔵寿命
目視検査や電気検査には不便
ICT器具がPCBを損傷する可能性がある
化学銀（ImAg）
浸漬銀めっき（ImAg）は、PCBを銀イオン浴に浸漬し、置換反応を利用して純銀層で銅に直接めっきを施すプロセスです。銀は化学的に安定した性質を有しています。銀浸漬技術で処理されたPCBは、高温多湿、汚染された環境にさらされても、また表面の光沢が失われても、良好な電気的特性とはんだ付け性を維持します。
銀が環境中の硫化物と反応するのを防ぐため、OSPコーティングと銀蒸着を組み合わせる場合があります。ほとんどの用途では、金の代わりに銀を使用できます。PCBに磁性材料（ニッケル）を導入したくない場合は、銀蒸着を選択することもできます。
銀蒸着の表面厚さは0.12～0.40μmで、保存期間は6～12ヶ月です。銀蒸着プロセスは、処理中の表面清浄度に敏感であり、製造プロセス全体を通して銀蒸着の表面汚染が発生しないようにする必要があります。銀蒸着プロセスは、PCB、薄膜スイッチ、アルミワイヤボンディングなど、EMIシールドが必要な用途に適しています。
沈降銀（ImAg）
利点：
良好な表面平坦性
高い溶接性
良好な安定性
優れたシールド性能
アルミワイヤボンディングに最適
短所：
汚染物質に敏感
エレクトロマイグレーションを起こしやすい
銀色の金属ウィスカー
開梱後の短い組み立て時間
電気試験の難しさ
化学ニッケルめっき、化学パラジウムめっき、金浸漬めっき（ENEPIG）
ENIGと比較して、ENEPIGはニッケルと金の間にパラジウム層が追加されており、ニッケル層の腐食をさらに防止し、ENIG表面処理中に発生する可能性のある黒色パッドを防ぐため、表面平滑性において優位性があります。ニッケルの堆積厚さは約3～6μm、パラジウムの厚さは約0.1～0.5μm、金の厚さは0.02～0.1μmです。金層の厚さはENIGよりも薄いものの、コストは高くなります。
銅ニッケルパラジウム金の層構造は、めっき層に直接ワイヤーボンディングすることができます。金の最終層は非常に薄く柔らかいため、過度の機械的損傷や深い傷によってパラジウム層が露出する可能性があります。
化学ニッケルめっき、化学パラジウムめっき、金浸漬めっき（ENEPIG）
利点：
極めて平坦な表面
ワイヤーボンディング
複数回のリフローはんだ付けが可能
はんだ接合部の高い信頼性
日持ち
短所：
高価な価格
金ワイヤボンディングはソフトゴールドボンディングほど信頼性が高くない
錫ビーズを簡単に製造できる
複雑なプロセス
処理プロセスの制御が難しい
電解ニッケル/金
電気メッキされたニッケル金は、「ハードゴールド」と「ソフトゴールド」に分けられます。
硬質金は純度が低く（99.6%）、一般的に金メッキ端子（プリント基板のエッジコネクタ）、プリント基板の接点、その他の耐摩耗性箇所に使用されます。金の厚さは、用途に応じて調整可能です。
ソフトゴールドは純度が高く（99.9%）、ワイヤボンディングによく使用されます。
硬質電解金
ハードゴールドは、コバルト、ニッケル、または鉄の錯体を含む金合金です。金めっきと銅の間には、低応力のニッケルが使用されます。ハードゴールドは、キャリアボード、金メッキフィンガー、キーパッドなど、使用頻度が高く摩耗しやすい部品に適しています。
硬質金表面処理の厚さは用途によって異なります。IPCの場合の推奨最大溶接厚さは、IPC17.8およびクラス25の用途では金で100μインチ、ニッケルで1μインチ、IPC2の用途では金で50μインチ、ニッケルで100μインチです。
ソフト電解金
ソフトゴールドはんだ接合は、ワイヤーボンディングと高いはんだ付け性を必要とする PCB に主に使用され、ハードゴールドに比べてより安全です。
ソフト電解金表面処理
電解ニッケル/金
利点：
日持ち
はんだ接合部の高い信頼性
耐久性のある表面
短所：
非常に高価
ゴールドフィンガーは基板上に追加の導電配線を必要とする
硬い金は溶接性が悪い
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PCB 表面処理プロセスの選択方法は?
プリント基板の表面処理工程は、生産量、再加工量、現場での不良率、検査能力、および不良率に直接影響を与えます。最終製品の品質と性能を確保するためには、設計要件を満たす表面処理工程を選択する必要があります。エンジニアリングの観点からは、以下の点を考慮することができます。
パッドの平坦性
はんだパッドの平坦度は、PCBA のはんだ付け品質に直接影響します。特に、ボード上に比較的大きな BGA またはピッチの小さい μ BGA がある場合、はんだパッド表面の保護層を薄く均一にする必要があるときは、ENIG、ENEPIG、および OSP を選択できます。
はんだ付け性と濡れ性
はんだ付け性はPCBにとって常に重要な要素です。他の要件を満たすと同時に、リフローはんだ付けの歩留まりを確保するために、はんだ付け性に優れた表面処理プロセスを選択することをお勧めします。
溶接周波数
PCBは何回はんだ付けやリワークが必要ですか？OSP表面処理プロセスは、2回以上のリワークには適していません。そのため、液浸金+OSPなどの複合表面処理プロセスも選択されます。現在、スマートフォンなどのハイエンド電子製品では、この処理プロセスが採用されています。
RoHS対応
PCBAにおける鉛元素は、主に部品ピン、PCBパッド、およびはんだに由来します。ROHS指令に準拠するためには、PCBの表面処理方法もROHS規格に準拠する必要があります。例えば、ENIG、錫、銀、OSPはすべてROHS規格に準拠しています。
金属接合
金またはアルミニウムのワイヤボンディングが必要な場合は、ENIG、ENEPIG、およびソフト電解金に限定される場合があります。
はんだ接合部の信頼性
プリント基板の表面処理工程は、プリント基板アセンブリの最終的なはんだ付け品質にも影響を与える可能性があります。高い信頼性が求められるはんだ接合部には、浸漬金めっきまたはニッケルパラジウム金めっきプロセスを選択できます。
