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O que é o processo de tratamento de superfície de PCB?
Superfícies de cobre em PCB sem cobertura de máscara de solda, como almofadas de solda, dedos de ouro, furos mecânicos, etc. Se não houver revestimento protetor, a superfície de cobre é facilmente oxidada, o que afeta a soldagem entre o cobre nu e os componentes na área soldável do PCB.
Conforme mostrado na figura abaixo, o à superfície dos talhos, o tratamento está localizado na camada mais externa do PCB, acima da camada de cobre, servindo como um “revestimento” na superfície do cobre.
A principal função do tratamento de superfície é proteger a superfície exposta do cobre dos circuitos de oxidação, proporcionando assim uma superfície soldável para soldagem durante a soldagem.
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Classificação dos processos de tratamento de superfície de PCB
Os processos de tratamento de superfície de PCB são divididos nas seguintes categorias:
Nivelamento de solda a ar quente (HASL)
Imersão em estanho (ImSn)
Ouro de níquel químico (ouro de imersão) (ENIG)
Conservantes Orgânicos Soldáveis (OSP)
Prata Química (ImAg)
Niquelagem química, paládio químico, imersão em ouro (ENEPIG)
Níquel eletrolítico / ouro
Nivelamento de solda a ar quente (HASL)
Solda por Ar Quente (HASL), comumente conhecida como spray de estanho, é um processo de tratamento de superfície mais comumente utilizado e relativamente barato. É dividido em: sem chumbo lata de spray e lata de spray de chumbo.
A vida útil do PCB pode chegar a 12 meses, com uma temperatura de processo de 250 ℃ e uma faixa de espessura de tratamento de superfície de 1-40um.
O processo de pulverização de estanho envolve a imersão da placa de circuito em água derretida solda (estanho/chumbo) para cobrir a superfície de cobre exposta na placa de circuito impresso. Quando a placa de circuito impresso deixa a solda derretida, ar quente de alta pressão sopra através da superfície com uma faca de ar, fazendo com que a solda se deposite de forma plana e removendo o excesso de solda.
O processo de pulverização de estanho requer o domínio da temperatura de soldagem, temperatura da lâmina, pressão da lâmina, tempo de soldagem por imersão, velocidade de elevação, etc. Certifique-se de que a placa de circuito impresso esteja completamente imersa na solda derretida e que a faca de ar possa soprar a solda antes que ela se solidifique. A pressão da faca de ar pode minimizar o menisco na placa. superfície de cobre e evitar a formação de pontes de solda.
Nivelamento de solda a ar quente (HASL)
vantagem:
longa vida de prateleira
Boa soldabilidade
Resistência à corrosão e oxidação
A inspeção visual é possível
Desvantagens:
Desnível da superfície
Não é adequado para dispositivos com espaçamento pequeno
Contas de estanho fáceis de produzir
Deformação causada por alta temperatura
Não é adequado para galvanoplastia através de furos
Imersão em estanho (ImSn)
O estanho de imersão (ImSn) é um revestimento metálico depositado por meio de reação de deslocamento químico, aplicado diretamente ao metal base (ou seja, cobre) da placa de circuito, que pode atender aos requisitos de componentes de passo pequeno para planura da superfície do PCB.
A deposição de estanho pode proteger o cobre subjacente da oxidação durante a vida útil de 3 a 6 meses. Como toda solda é à base de estanho, a camada de deposição de estanho pode ser compatível com qualquer tipo de solda. Após a adição de aditivos orgânicos à solução de imersão em estanho, a estrutura da camada de estanho torna-se granular, superando os problemas causados por whiskers de estanho e migração de estanho, além de possuir boa térmica estabilidade e soldabilidade.
A temperatura do processo de deposição de estanho é de 50 ℃ e a espessura do tratamento de superfície é de 0.8-1.2 µm. PCB particularmente adequado para conexão por crimpagem, como painéis de comunicação.
Imersão em estanho (ImSn)
vantagem:
Adequado para espaçamento pequeno/BGA
Boa lisura da superfície
Compatível com RoHS
Boa soldabilidade
Boa estabilidade
Desvantagens:
Fácil de ser contaminado
Os bigodes de estanho podem causar curto-circuitos
Testes elétricos requerem sondas macias
Não é adequado para interruptores de contato
Corrosivo para camada de máscara de solda
Ouro de níquel químico (ouro de imersão) (ENIG)
A imersão química em níquel com ouro (ENIG) pode atender aos requisitos de planura de superfície e processamento sem chumbo de PCB para dispositivos de passo pequeno (BGA e μ BGA).
O ENIG consiste em duas camadas de revestimentos metálicos, com níquel depositado na superfície do cobre por meio de processos químicos e, em seguida, revestido com átomos de ouro por meio de reações de deslocamento. A espessura do níquel é de 3 a 6 μm, e a do ouro, de 0.05 a 0.1 μm. O níquel atua como uma barreira ao cobre e é a superfície à qual os componentes são soldados. A função do ouro é prevenir a oxidação do níquel durante o armazenamento, com uma vida útil de cerca de um ano, e pode garantir excelente planura de superfície.
O processo de imersão em ouro é amplamente utilizado em placas de alta densidade, placas rígidas convencionais e placas macias, com alta confiabilidade e suporte para ligação de fios usando fios de alumínio. Amplamente utilizado em setores como consumo, comunicação/computação, aeroespacial e saúde.
Ouro Químico de Níquel (ENIG)
vantagem:
longa vida de prateleira
Placa de alta densidade (μ BGA)
Ligação de fio de alumínio
Alta planura de superfície
Adequado para furos de galvanoplastia
Desvantagens:
preço caro
Atenuação de sinais de RF
Não é possível retrabalhar
Almofada preta/níquel preto
O processo de processamento é complexo
Conservantes Orgânicos Soldáveis (OSP)
Os conservantes orgânicos de soldabilidade (OSP) são camadas protetoras de material muito finas aplicadas ao cobre exposto para proteger a superfície do cobre da oxidação.
Filmes orgânicos possuem características como resistência à oxidação, resistência ao choque térmico e resistência à umidade, que podem proteger superfícies de cobre da oxidação ou sulfurização em condições normais. No processo de soldagem pós-alta temperatura, o filme orgânico é facilmente removido pelo fluxo, fazendo com que a superfície de cobre limpa e exposta se ligue imediatamente à superfície fundida. solda, formando uma junta de solda forte em um período muito curto de tempo.
O OSP é um composto orgânico à base de água que se liga seletivamente ao cobre para proteger a superfície do cobre antes da soldagem. Comparado a outros processos de tratamento de superfície sem chumbo, é muito ecológico, pois outros processos de tratamento de superfície podem apresentar toxicidade ou maior consumo de energia.
Conservantes Orgânicos Soldáveis (OSP)
vantagem:
Simples e barato
Proteção ambiental sem chumbo
Superfície lisa
Ligação de fio
Desvantagens:
Não é adequado para PTH
Vida útil curta
Não é conveniente para inspeção visual e elétrica
Os acessórios de TIC podem danificar o PCB
Prata Química (ImAg)
A prata por imersão (ImAg) é um processo de revestimento direto de cobre com uma camada de prata pura, imergindo uma placa de circuito impresso (PCB) em um banho de íons de prata por meio de reação de deslocamento. A prata possui propriedades químicas estáveis. A PCB processada pela tecnologia de imersão em prata pode manter boa soldabilidade e capacidade elétrica mesmo quando exposta a ambientes quentes, úmidos e poluídos, e mesmo que a superfície perca o brilho.
Às vezes, para evitar que a prata reaja com sulfetos no ambiente, a deposição de prata é combinada com o revestimento OSP. Para a maioria das aplicações, a prata pode substituir o ouro. Se você não quiser introduzir materiais magnéticos (níquel) na PCB, pode optar por usar a deposição de prata.
A espessura da superfície da deposição de prata é de 0.12-0.40 μm e a vida útil é de 6 a 12 meses. O processo de deposição de prata é sensível à limpeza da superfície durante o processamento, sendo necessário garantir que todo o processo de produção não cause contaminação da superfície pela deposição de prata. O processo de deposição de prata é adequado para aplicações como PCB, interruptores de película fina e ligação de fios de alumínio que requerem blindagem EMI.
Prata afundando (ImAg)
vantagem:
Boa planura de superfície
Alta soldabilidade
Boa estabilidade
Bom desempenho de blindagem
Adequado para ligação de fios de alumínio
Desvantagens:
Sensível a poluentes
Fácil de passar por eletromigração
Bigodes de metal prateado
Janela curta de montagem após desembalar
Dificuldade em testes elétricos
Niquelagem química, paládio químico, imersão em ouro (ENEPIG)
Comparado ao ENIG, o ENEPIG possui uma camada adicional de paládio entre o níquel e o ouro, o que protege ainda mais a camada de níquel contra a corrosão e previne possíveis manchas pretas durante o tratamento de superfície ENIG, proporcionando assim uma vantagem na lisura da superfície. A espessura de deposição do níquel é de cerca de 3-6 μm, a espessura do paládio é de cerca de 0.1-0.5 μm e a espessura do ouro é de 0.02-0.1 μm. Embora a espessura da camada de ouro é mais fino que o ENIG, é mais caro.
A estrutura em camadas de cobre, níquel e paládio pode ser ligada diretamente por fio à camada de revestimento. A última camada de ouro é muito fina e macia, e danos mecânicos excessivos ou arranhões profundos podem expor a camada de paládio.
Niquelagem química, paládio químico, imersão em ouro (ENEPIG)
vantagem:
Superfície extremamente plana
Ligação de fio
Pode ser soldado por refluxo várias vezes
Alta confiabilidade das juntas de solda
longa vida de prateleira
Desvantagens:
preço caro
A ligação de fios de ouro não é tão confiável quanto a ligação de ouro macio
Contas de estanho fáceis de produzir
Processo complexo
Difícil controlar o processo de processamento
Níquel eletrolítico / ouro
O ouro níquel galvanizado é dividido em “ouro duro” e “ouro macio”.
O ouro duro tem baixa pureza (99.6%) e é comumente usado para dedos de ouro (Conectores de borda de PCB), contatos de PCB ou outras áreas de alto desgaste. A espessura do ouro pode variar de acordo com as necessidades.
O ouro macio é mais puro (99.9%) e é comumente usado para ligação de fios.
Ouro eletrolítico duro
Ouro duro é uma liga de ouro que contém complexos de cobalto, níquel ou ferro. Níquel de baixa tensão é usado entre o revestimento de ouro e o cobre. O ouro duro é adequado para componentes de uso frequente e com alta probabilidade de desgaste, como placas de suporte, dedos de ouro e teclados.
A espessura do tratamento de superfície em ouro duro pode variar dependendo da aplicação. A espessura soldável máxima recomendada para IPC é de 17.8 μ pol., 25 μ em ouro e 100 μ em níquel para aplicações IPC1 e Classe 2, e 50 μ em ouro e 100 μ em níquel para aplicações IPC3.
Ouro eletrolítico macio
Usado principalmente para PCBs que exigem ligação de fios e alta soldabilidade, as juntas de solda de ouro macio são mais seguras quando comparadas ao ouro duro.
Tratamento de superfície de ouro eletrolítico suave
Níquel eletrolítico / ouro
vantagem:
longa vida de prateleira
Alta confiabilidade das juntas de solda
Superfície durável
Desvantagens:
Muito caro
O dedo de ouro requer fiação condutiva adicional na placa
O ouro duro tem baixa soldabilidade
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Como escolher o processo de tratamento de superfície de PCB?
O processo de tratamento de superfície do PCB afetará diretamente a saída, quantidade de retrabalho, taxa de falhas no local, capacidade de teste e taxa de refugo. Para garantir a qualidade e o desempenho do produto final, é necessário escolher um processo de tratamento de superfície que atenda aos requisitos do projeto. Na engenharia, as seguintes perspectivas podem ser consideradas:
Planicidade da almofada
A planura das almofadas de solda afeta diretamente a qualidade da soldagem do PCBA, especialmente quando há BGAs relativamente grandes ou μ BGAs de passo menor na placa. ENIG, ENEPIG e OSP podem ser selecionados quando a camada protetora na superfície da almofada de solda precisa ser fina e uniforme.
Soldabilidade e molhabilidade
A soldabilidade é sempre um fator-chave para PCBs. Além de atender a outros requisitos, é aconselhável escolher um processo de tratamento de superfície com alta soldabilidade para garantir o rendimento da soldagem por refluxo.
Frequência de soldagem
Quantas vezes a PCB precisa ser soldada ou retrabalhada? O processo de tratamento de superfície do OSP não é adequado para retrabalho mais de duas vezes. Atualmente, processos de tratamento de superfície de compósitos, como ouro por imersão + OSP, também serão escolhidos. Atualmente, produtos eletrônicos de ponta, como smartphones, optam por esse processo de tratamento.
RoHS
O elemento de chumbo no PCBA vem principalmente dos pinos dos componentes, Placas de circuito impresso e solda. Para cumprir com os regulamentos ROHS, o método de tratamento de superfície do PCB também deve estar em conformidade com os padrões ROHS. Por exemplo, ENIG, estanho, prata e OSP estão em conformidade com os padrões ROHS.
Ligação de metais
Se for necessária a ligação de fios de ouro ou alumínio, ela pode ser limitada a ENIG, ENEPIG e ouro eletrolítico macio.
Confiabilidade das juntas de solda
O processo de tratamento de superfície do PCB também pode afetar o resultado final qualidade de soldagem do PCBA. Se forem necessárias juntas de solda de alta confiabilidade, pode-se optar pelo uso do processo de imersão em ouro ou níquel-paládio-ouro.
