01
Ce este procesul de tratare a suprafeței PCB?
Suprafețe de cupru pe PCB fără acoperire cu mască de lipire, cum ar fi plăcuțele de lipire, degetele de aur, găurile mecanice etc. Dacă nu există un strat protector, suprafața de cupru se oxidează ușor, ceea ce afectează lipirea dintre cuprul gol și componentele din zona lipibilă a PCB-ului.
După cum se arată în figura de mai jos, tratamentul de suprafață este situat pe stratul exterior al PCB-ului, deasupra stratului de cupru, servind ca un „acoperire” pe suprafața de cupru.
Funcția principală a tratamentului de suprafață este de a proteja suprafața expusă a cuprului de circuitele de oxidare, oferind astfel o suprafață lipibilă în timpul sudării.
02
Clasificarea proceselor de tratare a suprafeței PCB
Procesele de tratare a suprafeței PCB sunt împărțite în următoarele categorii:
Nivelare cu aer cald a lipiturilor (HASL)
Imersie în staniu (ImSn)
Aur chimic de nichel (aur prin imersie) (ENIG)
Conservanți organici lipibili (OSP)
Argint chimic (ImAg)
Nichelare chimică, paladiu chimic, imersie în aur (ENEPIG)
Nichel/aur electrolitic
Nivelare cu aer cald a lipiturilor (HASL)
Nivela de lipire cu aer cald (HASL), cunoscută în mod obișnuit sub denumirea de staniu pulverizat, este un proces de tratare a suprafețelor cel mai frecvent utilizat și relativ ieftin. Se împarte în staniu pulverizat fără plumb și staniu pulverizat cu plumb.
Termenul de valabilitate al PCB-urilor poate ajunge la 12 luni, cu o temperatură de procesare de 250 ℃ și o grosime a tratamentului de suprafață cuprinsă între 1 și 40 µm.
Procesul de pulverizare cu staniu implică imersarea plăcii de circuit în aliaj de lipire topit (staniu/plumb) pentru a acoperi suprafața expusă de cupru de pe PCB. Când PCB-ul părăsește aliajul de lipire topit, aer cald de înaltă presiune suflă prin suprafață cu un cuțit de aer, determinând aplatizarea aliajului de lipire și îndepărtarea excesului de lipire.
Procesul de pulverizare a staniului necesită stăpânirea temperaturii de sudare, a temperaturii lamei, a presiunii lamei, a timpului de sudare prin imersie, a vitezei de ridicare etc. Asigurați-vă că PCB-ul este complet imersat în lipirea topită, iar cuțitul de aer poate sufla lipirea înainte ca aceasta să se solidifice. Presiunea cuțitului de aer poate minimiza meniscul de pe suprafața de cupru și poate preveni formarea punților de lipire.
Nivelare cu aer cald a lipiturilor (HASL)
avantaj:
Perioada de valabilitate lungă
Sudabilitate bună
Rezistenta la coroziune si oxidare
Inspecția vizuală este posibilă
Dezavantaje:
Neuniformitatea suprafeței
Nu este potrivit pentru dispozitive cu spațiere mică
Mărgele de staniu ușor de produs
Deformarea cauzată de temperatura ridicată
Nu este potrivit pentru galvanizare prin găuri străpunse
Imersie în staniu (ImSn)
Staniul de imersie (ImSn) este un strat metalic depus prin reacție de deplasare chimică, aplicat direct pe metalul de bază (adică cuprul) al plăcii de circuit, care poate îndeplini cerințele componentelor cu pas mic pentru planeitatea suprafeței PCB.
Depunerea de staniu poate proteja cuprul de oxidare pe o perioadă de valabilitate de 3-6 luni. Deoarece toate aliajele de lipit sunt pe bază de staniu, stratul de depunere de staniu se poate potrivi cu orice tip de lipire. După adăugarea de aditivi organici în soluția de imersie în staniu, structura stratului de staniu devine granulară, depășind problemele cauzate de barbișoara de staniu și migrarea staniului, având în același timp o bună stabilitate termică și sudabilitate.
Temperatura procesului de depunere a staniului este de 50 ℃, iar grosimea tratamentului de suprafață este de 0.8-1.2 µm. PCB-ul este potrivit în special pentru conectarea prin sertizare, cum ar fi plăcile de comunicații.
Imersie în staniu (ImSn)
avantaj:
Potrivit pentru spațiere mică/BGA
Bună netezime a suprafeței
Conform cu RoHS
Sudabilitate bună
Stabilitate bună
Dezavantaje:
Ușor de contaminat
Mustățile de staniu pot provoca scurtcircuite
Testarea electrică necesită sonde moi
Nu este potrivit pentru întrerupătoare de contact
Coroziv pentru stratul de mască de lipire
Aur chimic de nichel (aur prin imersie) (ENIG)
Aurul prin imersie chimică de nichel (ENIG) poate îndeplini cerințele de planeitate a suprafeței și de procesare fără plumb ale PCB-urilor pentru dispozitive cu pas mic (BGA și μ BGA).
ENIG este alcătuit din două straturi de acoperire metalică, cu nichel depus pe suprafața de cupru prin procese chimice și apoi acoperit cu atomi de aur prin reacții de deplasare. Grosimea nichelului este de 3-6 μm, iar grosimea aurului este de 0.05-0.1 μm. Nichelul acționează ca o barieră pentru cupru și este suprafața pe care sunt efectiv lipite componentele. Rolul aurului este de a preveni oxidarea nichelului în timpul depozitării, având o durată de valabilitate de aproximativ un an și putând asigura o planeitate excelentă a suprafeței.
Procesul de imersie aurului este utilizat pe scară largă în plăci de înaltă densitate, plăci dure convenționale și plăci moi, având o fiabilitate ridicată și suport pentru lipirea prin cabluri folosind sârmă de aluminiu. Este utilizat pe scară largă în industrii precum cea de larg consum, comunicații/informatică, aerospațială și asistență medicală.
Aur chimic cu nichel (ENIG)
avantaj:
Perioada de valabilitate lungă
Placă de înaltă densitate (μ BGA)
Lipirea firului de aluminiu
Planeitate ridicată a suprafeței
Potrivit pentru găuri de galvanizare
Dezavantaje:
pret scump
Atenuarea semnalelor RF
Nu se poate reelabora
Tampon negru/nichel negru
Procesul de procesare este complex
Conservanți organici lipibili (OSP)
Conservanții organici de lipire (OSP) sunt straturi protectoare foarte subțiri aplicate pe cuprul expus pentru a proteja suprafața de cupru de oxidare.
Peliculele organice au caracteristici precum rezistența la oxidare, rezistența la șocuri termice și rezistența la umiditate, care pot proteja suprafețele de cupru de oxidare sau sulfurare în condiții normale. În procesul de sudare post-temperatură înaltă, pelicula organică este îndepărtată cu ușurință de flux, determinând suprafața de cupru curată expusă să se lege imediat de aliajul de lipire topit , formând o îmbinare puternică a lipiturii într-o perioadă foarte scurtă de timp.
OSP este un compus organic pe bază de apă care se poate lega selectiv de cupru pentru a proteja suprafața de cupru înainte de sudare. Comparativ cu alte procese de tratare a suprafețelor fără plumb, este foarte ecologic, deoarece alte procese de tratare a suprafețelor pot avea toxicitate sau un consum mai mare de energie.
Conservanți organici lipibili (OSP)
avantaj:
Simplu și ieftin
Protecție a mediului fără plumb
Suprafață netedă
Lipirea firelor
Dezavantaje:
Nu este potrivit pentru PTH
Termen de valabilitate scurt
Nu este convenabil pentru inspecția vizuală și electrică
Corpurile de iluminat ICT pot deteriora PCB-ul
Argint chimic (ImAg)
Imersia argintului (ImAg) este un proces de placare directă a cuprului cu un strat de argint pur prin imersarea unui PCB într-o baie de ioni de argint printr-o reacție de deplasare. Argintul are proprietăți chimice stabile. PCB-urile procesate prin tehnologia de imersie a argintului își pot menține o bună funcționare electrică și lipire chiar și atunci când sunt expuse la medii calde, umede și poluate și chiar dacă suprafața își pierde luciul.
Uneori, pentru a preveni reacția argintului cu sulfurile din mediu, depunerea de argint este combinată cu acoperirea OSP. Pentru majoritatea aplicațiilor, argintul poate înlocui aurul. Dacă nu doriți să introduceți materiale magnetice (nichel) în PCB, puteți opta pentru depunerea de argint.
Grosimea suprafeței depunerii de argint este de 0.12-0.40 μm, iar durata de valabilitate este de 6 până la 12 luni. Procesul de depunere a argintului este sensibil la curățenia suprafeței în timpul procesării și este necesar să se asigure că întregul proces de producție nu provoacă contaminarea suprafeței depunerii de argint. Procesul de depunere a argintului este potrivit pentru aplicații precum PCB, comutatoare cu peliculă subțire și lipirea firelor de aluminiu care necesită ecranare EMI.
Argintul care se scufundă (ImAg)
avantaj:
Bună planeitate a suprafeței
Sudabilitate mare
Stabilitate bună
Performanță bună de ecranare
Potrivit pentru lipirea firelor de aluminiu
Dezavantaje:
Sensibil la poluanți
Ușor de supus electromigrației
Mustăți din metal argintiu
Timp scurt de asamblare după despachetare
Dificultăți în testarea electrică
Nichelare chimică, paladiu chimic, imersie în aur (ENEPIG)
Comparativ cu ENIG, ENEPIG are un strat suplimentar de paladiu între nichel și aur, care protejează suplimentar stratul de nichel de coroziune și previne posibilele pade negre în timpul tratamentului de suprafață ENIG, oferind astfel un avantaj în ceea ce privește netezimea suprafeței. Grosimea depunerii de nichel este de aproximativ 3-6 μm, grosimea paladiului este de aproximativ 0.1-0.5 μm, iar grosimea aurului este de 0.02-0.1 μm. Deși grosimea stratului de aur este mai subțire decât cea a ENIG, este mai scump.
Structura stratificată a cuprului, nichelului, paladiului și aurului poate fi lipită direct prin lipire cu fir pe stratul de placare. Ultimul strat de aur este foarte subțire și moale, iar deteriorarea mecanică excesivă sau zgârieturile adânci pot expune stratul de paladiu.
Nichelare chimică, paladiu chimic, imersie în aur (ENEPIG)
avantaj:
Suprafață extrem de plană
Lipirea firelor
Poate fi lipit prin reflow de mai multe ori
Fiabilitate ridicată a îmbinărilor de lipit
Perioada de valabilitate lungă
Dezavantaje:
pret scump
Lipirea cu fir de aur nu este la fel de fiabilă ca lipirea cu aur moale
Mărgele de staniu ușor de produs
Proces complex
Dificultate în controlul procesului de procesare
Nichel/aur electrolitic
Aurul nichelat electrolizat este împărțit în „aur dur” și „aur moale”.
Aurul dur are o puritate scăzută (99.6%) și este utilizat în mod obișnuit pentru degete de aur (conectori de margine PCB) , contacte PCB sau alte zone rezistente la uzură. Grosimea aurului poate varia în funcție de cerințe.
Aurul moale este mai pur (99.9%) și este utilizat în mod obișnuit pentru lipirea firelor.
Aur electrolitic dur
Aurul dur este un aliaj de aur care conține complexe de cobalt, nichel sau fier. Nichelul cu tensiune redusă se utilizează între placarea cu aur și cupru. Aurul dur este potrivit pentru componente utilizate frecvent și foarte susceptibile de uzură, cum ar fi plăcile de bază, degetele de aur și tastele.
Grosimea tratamentului de suprafață cu aur dur poate varia în funcție de aplicație. Grosimea maximă sudabilă recomandată pentru IPC este de 17.8 μ în aur, 25 μ în aur și 100 μ în nichel pentru aplicații IPC1 și Clasa 2 și 50 μ în aur și 100 μ în nichel pentru aplicații IPC3.
Aur electrolitic moale
Utilizată în principal pentru PCB-uri care necesită lipire prin cabluri și lipire ridicată, îmbinările de lipire din aur moale sunt mai sigure în comparație cu aurul dur.
Tratament electrolitic moale al suprafeței cu aur
Nichel/aur electrolitic
avantaj:
Perioada de valabilitate lungă
Fiabilitate ridicată a îmbinărilor de lipit
Suprafață durabilă
Dezavantaje:
Foarte scump
Degetul de aur necesită cablare conductivă suplimentară pe placă
Aurul dur are o sudabilitate slabă
03
Cum să alegi procesul de tratare a suprafeței PCB?
Procesul de tratare a suprafeței PCB-urilor va afecta direct producția, cantitatea de refabricate , rata de defecțiuni la fața locului, capacitatea de testare și rata de rebuturi. Pentru calitatea și performanța produsului final, este necesar să se aleagă un proces de tratare a suprafeței care să îndeplinească cerințele de proiectare. În inginerie, pot fi luate în considerare următoarele perspective:
Planeitatea plăcuței
Planeitatea plăcuțelor de lipire afectează direct calitatea lipirii PCBA, în special atunci când există BGA relativ mari sau μ BGA cu pitch mai mic pe placă. ENIG, ENEPIG și OSP pot fi selectate atunci când stratul protector de pe suprafața plăcuței de lipire trebuie să fie subțire și uniform.
Sudabilitate și umectabilitate
Sudabilitatea este întotdeauna un factor cheie pentru PCB. Deși îndeplinește și alte cerințe, este recomandabil să alegeți un proces de tratare a suprafeței cu lipibilitate ridicată pentru a asigura randamentul lipirii prin reflow.
Frecvența sudării
De câte ori trebuie lipite sau relucrate PCB-urile? Procesul de tratare a suprafeței OSP nu este potrivit pentru relucrare mai mult de două ori. În acest moment, se vor alege și procese de tratare a suprafeței compozite, cum ar fi aur imersat + OSP. În prezent, produsele electronice de ultimă generație, cum ar fi smartphone-urile, vor alege acest proces de tratare.
Conformitate RoHS
Elementul principal din PCBA provine în principal din pinii componentelor, plăcuțele PCB și aliajele de lipire. Pentru a respecta reglementările ROHS, metoda de tratare a suprafeței PCB trebuie să respecte și standardele ROHS. De exemplu, ENIG, staniul, argintul și OSP respectă toate standardele ROHS.
Lipirea metalelor
Dacă este necesară lipirea cu sârmă de aur sau aluminiu, aceasta se poate limita la ENIG, ENEPIG și aur electrolitic moale.
Fiabilitatea îmbinărilor prin lipire
Procesul de tratare a suprafeței PCB-urilor poate afecta, de asemenea, calitatea finală a lipirii PCBA . Dacă sunt necesare îmbinări de lipire cu fiabilitate ridicată, se poate opta pentru utilizarea procedeului de lipire cu aur prin imersie sau aur cu nichel-paladiu.
