01
Что такое процесс обработки поверхности печатной платы?
Медные поверхности на Печатные платы без покрытия паяльной маской, например, контактные площадки, позолоченные штифты, механические отверстия и т. д. При отсутствии защитного покрытия медная поверхность легко окисляется, что ухудшает качество пайки между голой медью и компонентами в паяемой области печатной платы.
Как показано на рисунке ниже, поверхность Обработка осуществляется на внешнем слое печатной платы, над медным слоем, и служит «покрытием» на поверхности меди.
Основная функция обработки поверхности — защитить открытую медную поверхность от окислительных цепей, тем самым обеспечив пригодную для пайки поверхность во время сварки.
02
Классификация процессов обработки поверхности печатных плат
Процессы обработки поверхности печатных плат делятся на следующие категории:
Выравнивание припоя горячим воздухом (HASL)
Иммерсионное олово (ImSn)
Химическое никелевое золото (иммерсионное золото) (ENIG)
Органические паяемые консерванты (OSP)
Химическое серебро (ImAg)
Химическое никелирование, химическое палладирование, погружение в золото (ENEPIG)
Электролитический никель / золото
Выравнивание припоя горячим воздухом (HASL)
Уровень пайки горячим воздухом (HASL), обычно известный как распыление олова, является наиболее часто используемым и относительно недорогим процессом обработки поверхности. Он делится на без свинца оловянный спрей и свинцовый оловянный спрей.
Срок годности печатных плат может достигать 12 месяцев при температуре процесса 250 ℃ и диапазоне толщины обработки поверхности 1–40 мкм.
Процесс напыления олова включает погружение печатной платы в расплавленный припой (олово/свинец) для покрытия открытой медной поверхности на печатной плате. Когда печатная плата покидает расплавленный припой, горячий воздух под высоким давлением продувается через поверхность с помощью воздушного ножа, заставляя припой ложиться ровно и удаляя излишки припоя.
Процесс распыления олова требует мастерства в температуре сварки, температуре лезвия, давлении лезвия, времени сварки погружением, скорости подъема и т. д. Убедитесь, что печатная плата полностью погружена в расплавленный припой, а воздушный нож может взорвать припой до того, как он затвердеет. Давление воздушного ножа может минимизировать мениск на медная поверхность и предотвращают образование припойных мостиков.
Выравнивание припоя горячим воздухом (HASL)
преимущество:
Длительный срок хранения
Хорошая свариваемость
Стойкость к коррозии и окислению
Возможен визуальный осмотр.
Минусы:
Неровность поверхности
Не подходит для устройств с небольшим расстоянием между ними.
Легко изготавливаемые оловянные бусины
Деформация, вызванная высокой температурой
Не подходит для гальванопокрытия сквозных отверстий.
Иммерсионное олово (ImSn)
Иммерсионное олово (ImSn) — это металлическое покрытие, осаждаемое посредством химической реакции замещения, наносимое непосредственно на основной металл (т. е. медь) печатной платы, которое может соответствовать требованиям к плоскостности поверхности печатной платы для компонентов с малым шагом выводов.
Осаждение олова может защитить лежащую в основе медь от окисления в течение срока годности 3-6 месяцев. Поскольку все припои основаны на олове, слой осаждения олова может соответствовать любому типу припоя. После добавления органических добавок в раствор для погружения олова структура слоя олова становится зернистой, преодолевая проблемы, вызванные усами олова и миграцией олова, а также имея хорошее тепловое стабильность и свариваемость.
Температура процесса осаждения олова составляет 50 ℃, а толщина обработки поверхности составляет 0.8-1.2 мкм. Печатная плата, которая особенно подходит для соединения посредством опрессовки, например, коммуникационные платы.
Иммерсионное олово (ImSn)
преимущество:
Подходит для небольших зазоров/BGA
Хорошая гладкость поверхности
Соответствует RoHS
Хорошая свариваемость
Хорошая стабильность
Минусы:
Легко загрязняется
Оловянные усы могут стать причиной короткого замыкания
Для электрических испытаний требуются мягкие зонды
Не подходит для контактных выключателей.
Коррозионно действует на слой паяльной маски
Химическое никелевое золото (иммерсионное золото) (ENIG)
Химическое иммерсионное никелевое золото (ENIG) может соответствовать требованиям к плоскостности поверхности и бессвинцовой обработке печатных плат для устройств с малым шагом выводов (BGA и μ BGA).
ENIG состоит из двух слоев металлических покрытий, причем никель наносится на медную поверхность посредством химических процессов, а затем покрывается атомами золота посредством реакций замещения. Толщина никеля составляет 3-6 мкм, а толщина золота составляет 0.05-0.1 мкм. Никель действует как барьер для меди и является поверхностью, к которой фактически припаиваются компоненты. Роль золота заключается в предотвращении окисления никеля во время хранения, срок годности составляет около одного года, и может обеспечить отличная плоскостность поверхности.
Процесс иммерсионного золота широко используется в платах высокой плотности, обычных жестких платах и мягких платах, с высокой надежностью и поддержкой проволочного соединения с использованием алюминиевой проволоки. Широко используется в таких отраслях, как потребительская, коммуникационная/компьютерная, аэрокосмическая и здравоохранительная.
Химический никель-золото (ENIG)
преимущество:
Длительный срок хранения
Плата высокой плотности (μ BGA)
Соединение алюминиевой проволоки
Высокая плоскостность поверхности
Подходит для гальванических отверстий
Минусы:
дорогая цена
Ослабление радиочастотных сигналов
Невозможно переделать
Черная колодка/черный никель
Процесс обработки сложен
Органические паяемые консерванты (OSP)
Органические консерванты паяемости (OSP) представляют собой очень тонкие защитные слои, наносимые на открытую медь для защиты ее поверхности от окисления.
Органические пленки обладают такими характеристиками, как стойкость к окислению, стойкость к тепловому удару и влагостойкость, которые могут защитить медные поверхности от окисления или сульфидизации в нормальных условиях. В процессе сварки после высокотемпературной сварки органическая пленка легко удаляется флюсом, в результате чего открытая чистая медная поверхность немедленно соединяется с расплавленным припой, образуя прочное паяное соединение за очень короткий промежуток времени.
OSP — это органическое соединение на водной основе, которое может избирательно связываться с медью для защиты медной поверхности перед сваркой. По сравнению с другими процессами обработки поверхности без свинца, это очень экологично, поскольку другие процессы обработки поверхности могут быть токсичными или иметь более высокое потребление энергии.
Органические паяемые консерванты (OSP)
преимущество:
Просто и дешево
Защита окружающей среды без свинца
гладкая поверхность
Склеивание проводов
Минусы:
Не подходит для ПТГ
Короткий срок хранения
Неудобно для визуального и электрического осмотра.
Устройства ИКТ могут повредить печатную плату
Химическое серебро (ImAg)
Иммерсионное серебро (ImAg) — это процесс прямого покрытия меди слоем чистого серебра путем погружения печатной платы в ванну с ионами серебра посредством реакции замещения. Серебро обладает стабильными химическими свойствами. Печатная плата, обработанная с помощью технологии иммерсионного серебра, может сохранять хорошие электрические свойства и паяемость даже при воздействии горячих, влажных и загрязненных сред, и даже если поверхность теряет свой блеск.
Иногда, чтобы предотвратить реакцию серебра с сульфидами в окружающей среде, осаждение серебра сочетается с покрытием OSP. Для большинства применений серебро может заменить золото. Если вы не хотите вводить магнитные материалы (никель) в печатную плату, вы можете использовать осаждение серебра.
Толщина поверхности осаждения серебра составляет 0.12-0.40 мкм, а срок хранения составляет от 6 до 12 месяцев. Процесс осаждения серебра чувствителен к чистоте поверхности во время обработки, и необходимо гарантировать, что весь производственный процесс не вызовет поверхностного загрязнения осаждения серебра. Процесс осаждения серебра подходит для таких применений, как печатные платы, тонкопленочные переключатели и соединение алюминиевых проводов, которые требуют экранирования от электромагнитных помех.
Тонущее серебро (ImAg)
преимущество:
Хорошая ровность поверхности
Высокая свариваемость
Хорошая стабильность
Хорошие экранирующие свойства
Подходит для соединения алюминиевой проволоки.
Минусы:
Чувствительность к загрязняющим веществам
Легко подвергается электромиграции
Серебряные металлические усы
Короткое окно сборки после распаковки
Трудность в электрическом тестировании
Химическое никелирование, химическое палладирование, погружение в золото (ENEPIG)
По сравнению с ENIG, ENEPIG имеет дополнительный слой палладия между никелем и золотом, который дополнительно защищает слой никеля от коррозии и предотвращает возможные черные пятна во время обработки поверхности ENIG, тем самым обеспечивая преимущество в гладкости поверхности. Толщина осаждения никеля составляет около 3-6 мкм, толщина палладия составляет около 0.1-0.5 мкм, а толщина золота составляет 0.02-0.1 мкм. Хотя толщина золотой слой тоньше, чем ENIG, но дороже.
Слоистая структура медно-никелевого палладиевого золота может быть напрямую связана проволочной связью с слоем покрытия. Последний слой золота очень тонкий и мягкий, и чрезмерные механические повреждения или глубокие царапины могут обнажить слой палладия.
Химическое никелирование, химическое палладирование, погружение в золото (ENEPIG)
преимущество:
Чрезвычайно плоская поверхность
Склеивание проводов
Можно многократно паять оплавлением
Высокая надежность паяных соединений
Длительный срок хранения
Минусы:
дорогая цена
Сварка золотой проволокой не такая надежная, как сварка мягкой золотой проволокой.
Легко изготавливаемые оловянные бусины
Комплексный процесс
Трудно контролировать процесс обработки
Электролитический никель / золото
Гальваническое никелевое золото подразделяется на «твердое золото» и «мягкое золото».
Твердое золото имеет низкую чистоту (99.6%) и обычно используется для золотых пальцев. (Края разъемов печатной платы), контакты печатной платы или другие области жесткого износа. Толщина золота может варьироваться в зависимости от требований.
Мягкое золото более чистое (99.9%) и обычно используется для соединения проводов.
Твердое электролитическое золото
Твердое золото — это сплав золота, содержащий комплексы кобальта, никеля или железа. Никель с низким напряжением используется между золотым покрытием и медью. Твердое золото подходит для компонентов, которые часто используются и с большой вероятностью изнашиваются, например, несущие платы, золотые пальцы и клавиатуры.
Толщина твердой обработки поверхности золотом может варьироваться в зависимости от применения. Рекомендуемая максимальная свариваемая толщина для IPC составляет 17.8 μ дюймов, 25 μ в золоте и 100 μ в никеле для применений IPC1 и класса 2, и 50 μ в золоте и 100 μ в никеле для применений IPC3.
Мягкое электролитическое золото
Мягкие золотые паяные соединения в основном используются для печатных плат, где требуется соединение проводов и высокая паяемость; они более надежны по сравнению с твердыми золотыми.
Мягкая электролитическая обработка поверхности золотом
Электролитический никель / золото
преимущество:
Длительный срок хранения
Высокая надежность паяных соединений
Прочная поверхность
Минусы:
Очень дорого
Золотой палец требует дополнительной проводящей проводки на плате
Твердое золото плохо сваривается.
03
Как выбрать процесс обработки поверхности печатной платы?
Процесс обработки поверхности печатной платы напрямую влияет на выход продукции, количество переделок, интенсивность отказов на месте, возможность тестирования и скорость брака. Для обеспечения качества и производительности конечного продукта необходимо выбрать процесс обработки поверхности, который соответствует требованиям проекта. В инженерии можно рассмотреть следующие перспективы:
Плоскостность колодки
Плоскостность паяных площадок напрямую влияет на качество пайки печатной платы, особенно когда на плате имеются относительно крупные BGA или микроэлементы BGA с меньшим шагом. Если защитный слой на поверхности паяной площадки должен быть тонким и равномерным, можно выбрать ENIG, ENEPIG и OSP.
Паяемость и смачиваемость
Паяемость всегда является ключевым фактором для печатных плат. При выполнении других требований целесообразно выбирать процесс обработки поверхности с высокой паяемостью, чтобы обеспечить выход пайки оплавлением.
Частота сварки
Сколько раз PCB нужно паять или переделывать? Процесс обработки поверхности OSP не подходит для переделки более двух раз. В это время также будут выбраны композитные процессы обработки поверхности, такие как иммерсионное золото+OSP. В настоящее время высококлассные электронные продукты, такие как смартфоны, выбирают этот процесс обработки.
Соответствие RoHS
Ведущий элемент в печатной плате в основном поступает из выводов компонентов, Контактные площадки печатной платы и припой. Для соответствия нормам ROHS метод обработки поверхности печатной платы также должен соответствовать стандартам ROHS. Например, ENIG, олово, серебро и OSP соответствуют стандартам ROHS.
Склеивание металлов
Если требуется соединение золотых или алюминиевых проводов, можно ограничиться ENIG, ENEPIG и мягким электролитическим золотом.
Надежность паяных соединений
Процесс обработки поверхности печатной платы также может повлиять на конечный результат. качество пайки печатной платыЕсли требуются высоконадежные паяные соединения, можно выбрать использование процесса иммерсионного золота или никель-палладиевого золота.
