01
Vad är PCB-ytbehandlingsprocessen?
Kopparytor på PCB utan lödmaskbeläggning, såsom löddynor, guldfingrar, mekaniska hål etc. Om det inte finns någon skyddande beläggning oxideras kopparytan lätt, vilket påverkar lödningen mellan bar koppar och komponenter i lödområdet på kretskortet.
Som visas i figuren nedan, den yta Behandlingen är placerad på det yttersta lagret av kretskortet, ovanför kopparlagret, och fungerar som en "beläggning" på kopparytan.
Ytbehandlingens huvudsakliga funktion är att skydda den exponerade kopparytan från oxidationskretsar, och därigenom ge en lödbar yta för lödning under svetsning.
02
Klassificering av PCB-ytbehandlingsprocesser
Ytbehandlingsprocesser för PCB-kretskort är indelade i följande kategorier:
Varmluftslödutjämning (HASL)
Tennnedsänkning (ImSn)
Kemiskt nickelguld (immersionsguld) (ENIG)
Organiska lödbara konserveringsmedel (OSP)
Kemiskt silver (ImAg)
Kemisk nickelplätering, kemisk palladiumplätering, nedsänkning i guld (ENEPIG)
Elektrolytisk nickel/guld
Varmluftslödutjämning (HASL)
Varmluftslödningsnivå (HASL), allmänt känd som spraytenn, är en ytbehandlingsprocess som är den vanligaste och relativt billiga. Den är indelad i blyfri spraytenn och blyspraytenn.
Hållbarheten för PCB kan uppgå till 12 månader, med en processtemperatur på 250 ℃ och ett ytbehandlingstjockleksområde på 1-40 µm.
Tennsprutningsprocessen innebär att kretskortet nedsänks i smält lod (tenn/bly) för att täcka den exponerade kopparytan på kretskortet. När kretskortet lämnar det smälta lodet blåser varmluft under högt tryck genom ytan med en luftkniv, vilket gör att lodet avsätts platt och överflödigt lod avlägsnas.
Tennsprutningsprocessen kräver att man behärskar svetstemperatur, bladtemperatur, bladtryck, nedsvetstid, lyfthastighet etc. Se till att kretskortet är helt nedsänkt i det smälta lodet, så att luftkniven kan blåsa upp lodet innan det stelnar. Luftknivens tryck kan minimera menisken på kopparyta och förhindra lödbryggor.
Varmluftslödutjämning (HASL)
fördel:
Lång hållbarhet
Bra svetsbarhet
Korrosions- och oxidationsbeständighet
Visuell inspektion är möjlig
Nackdelar:
Ojämnheter i ytan
Ej lämplig för enheter med små avstånd
Lätt att tillverka tennpärlor
Deformation orsakad av hög temperatur
Ej lämplig för galvanisering av genomgående hål
Tennnedsänkning (ImSn)
Immersionstenn (ImSn) är en metallbeläggning som avsätts genom kemisk undanträngningsreaktion och appliceras direkt på kretskortets basmetall (dvs. koppar). Beläggningen kan uppfylla kraven för små komponenters planhet på kretskortets yta.
Tennavsättning kan skydda den underliggande kopparen från oxidation under hållbarheten på 3–6 månader. Eftersom allt lod är tennbaserat kan tennavsättningsskiktet matcha alla typer av lod. Efter att organiska tillsatser tillsatts i tennimmersionslösningen blir tennskiktets struktur granulär, vilket övervinner problemen som orsakas av tennhårstrån och tennmigration, samtidigt som det också har... bra termisk stabilitet och svetsbarhet.
Temperaturen för tennavsättningsprocessen är 50 ℃ och ytbehandlingstjockleken är 0.8–1.2 µm. Kretskort är särskilt lämpligt för anslutning genom krympning, såsom kommunikationsplattor.
Tennnedsänkning (ImSn)
fördel:
Lämplig för små avstånd/BGA
Bra ytjämnhet
Överensstämmer med RoHS
Bra svetsbarhet
Bra stabilitet
Nackdelar:
Lätt att bli kontaminerad
Tennhår kan orsaka kortslutningar
Elektrisk testning kräver mjuka sonder
Ej lämplig för kontaktbrytare
Frätande för lödmaskskiktet
Kemiskt nickelguld (immersionsguld) (ENIG)
Kemiskt nickelimmersionsguld (ENIG) kan uppfylla kraven på ytjämnhet och blyfri bearbetning för kretskort för små pitch-enheter (BGA och μ BGA).
ENIG består av två lager metallbeläggningar, där nickel avsätts på kopparytan genom kemiska processer och sedan beläggs med guldatomer genom undanträngningsreaktioner. Nickelns tjocklek är 3–6 μm och guldets tjocklek är 0.05–0.1 μm. Nickel fungerar som en barriär mot koppar och är den yta som komponenterna faktiskt löds fast på. Guldets roll är att förhindra nickeloxidation under lagring, med en hållbarhet på cirka ett år, och kan säkerställa utmärkt ytjämnhet.
Immersionsguldprocessen används ofta i högdensitetskort, konventionella hårda kretskort och mjuka kretskort, med hög tillförlitlighet och stöd för trådbindning med aluminiumtråd. Används ofta inom industrier som konsument, kommunikation/datoranvändning, flyg- och rymdindustrin och hälso- och sjukvård.
Kemiskt nickelguld (ENIG)
fördel:
Lång hållbarhet
Högdensitetskort (μ BGA)
Aluminiumtrådslimning
Hög ytjämnhet
Lämplig för galvanisering av hål
Nackdelar:
dyrt pris
Dämpning av RF-signaler
Kan inte omarbetas
Svart pad/svart nickel
Bearbetningsprocessen är komplex
Organiska lödbara konserveringsmedel (OSP)
Organiska lödbarhetskonserveringsmedel (OSP) är mycket tunna materialskyddsskikt som appliceras på exponerad koppar för att skydda kopparytan från oxidation.
Organiska filmer har egenskaper som oxidationsbeständighet, termisk chockbeständighet och fuktbeständighet, vilket kan skydda kopparytor från oxidation eller sulfurisering under normala förhållanden. Vid svetsning efter hög temperatur avlägsnas den organiska filmen lätt av flussmedlet, vilket gör att den exponerade rena kopparytan omedelbart binder till den smälta... lod, vilket bildar en stark lödfog på mycket kort tid.
OSP är en vattenbaserad organisk förening som selektivt kan binda till koppar för att skydda kopparytan före svetsning. Jämfört med andra blyfria ytbehandlingsprocesser är den mycket miljövänlig eftersom andra ytbehandlingsprocesser kan ha toxicitet eller högre energiförbrukning.
Organiska lödbara konserveringsmedel (OSP)
fördel:
Enkelt och billigt
Blyfritt miljöskydd
Slät yta
Trådbindning
Nackdelar:
Ej lämplig för PTH
Kort hållbarhet
Inte lämplig för visuell och elektrisk inspektion
IKT-armaturer kan skada kretskortet
Kemiskt silver (ImAg)
Immersionssilver (ImAg) är en process där koppar direktpläteras med ett lager av rent silver genom att ett kretskort nedsänks i ett silverjonbad genom en undanträngningsreaktion. Silver har stabila kemiska egenskaper. Kretskort som bearbetas med silverimmersionsteknik kan bibehålla god elektrisk och lödbarhet även vid exponering för varma, fuktiga och förorenade miljöer, och även om ytan förlorar sin glans.
Ibland, för att förhindra att silver reagerar med sulfider i miljön, kombineras silveravsättning med OSP-beläggning. För de flesta tillämpningar kan silver ersätta guld. Om du inte vill introducera magnetiska material (nickel) i kretskortet kan du välja att använda silveravsättning.
Yttjockleken för silveravsättningen är 0.12–0.40 μm och hållbarheten är 6 till 12 månader. Silveravsättningsprocessen är känslig för ytans renhet under bearbetningen, och det är nödvändigt att säkerställa att hela produktionsprocessen inte orsakar ytkontaminering av silveravsättningen. Silveravsättningsprocessen är lämplig för tillämpningar som kretskort, tunnfilmsbrytare och aluminiumtrådsbindning som kräver EMI-skärmning.
Sjunkande silver (ImAg)
fördel:
God ytjämnhet
Hög svetsbarhet
Bra stabilitet
Bra skärmningsprestanda
Lämplig för limning av aluminiumtråd
Nackdelar:
Känslig för föroreningar
Lätt att genomgå elektromigration
Silverfärgade metall morrhår
Kort monteringsfönster efter uppackning
Svårigheter vid elektrisk testning
Kemisk nickelplätering, kemisk palladiumplätering, nedsänkning i guld (ENEPIG)
Jämfört med ENIG har ENEPIG ett extra lager palladium mellan nickel och guld, vilket ytterligare skyddar nickellagret från korrosion och förhindrar eventuella svarta kuddar under ENIG-ytbehandling, vilket ger en fördel i ytjämnhet. Avsättningstjockleken för nickel är cirka 3–6 μm, tjockleken för palladium är cirka 0.1–0.5 μm och tjockleken för guld är 0.02–0.1 μm. Även om tjockleken på guldlager är tunnare än ENIG, den är dyrare.
Skiktstrukturen hos koppar-nickel-palladiumguld kan trådbindas direkt till pläteringsskiktet. Det sista guldskiktet är mycket tunt och mjukt, och kraftig mekanisk skada eller djupa repor kan exponera palladiumskiktet.
Kemisk nickelplätering, kemisk palladiumplätering, nedsänkning i guld (ENEPIG)
fördel:
Extremt plan yta
Trådbindning
Kan omlödas flera gånger
Hög tillförlitlighet hos lödfogar
Lång hållbarhet
Nackdelar:
dyrt pris
Guldtrådsbindning är inte lika pålitlig som mjuk guldbindning
Lätt att tillverka tennpärlor
Komplex process
Svårt att kontrollera bearbetningsprocessen
Elektrolytisk nickel/guld
Elektropläterat nickelguld delas in i "hårt guld" och "mjukt guld".
Hårt guld har låg renhet (99.6 %) och används ofta till guldfingrar (Kantkontakter för kretskort), kretskortskontakter eller andra områden med hårt slitage. Guldets tjocklek kan variera beroende på behov.
Mjukt guld är renare (99.9 %) och används ofta för trådbindning.
Hårt elektrolytiskt guld
Hårt guld är en guldlegering som innehåller kobolt-, nickel- eller järnkomplex. Lågspänningsnickel används mellan guldplätering och koppar. Hårt guld är lämpligt för komponenter som används ofta och har stor sannolikhet att slitas ut, såsom bärkort, guldfingrar och tangentbord.
Tjockleken på ytbehandlingen av hårdguld kan variera beroende på tillämpning. Den rekommenderade maximala svetsbara tjockleken för IPC är 17.8 μ tum, 25 μ i guld och 100 μ i nickel för IPC1- och klass 2-applikationer, och 50 μ i guld och 100 μ i nickel för IPC3-applikationer.
Mjukt elektrolytiskt guld
Används främst för kretskort som kräver trådbindning och hög lödbarhet, mjuka guldlödfogar är säkrare jämfört med hårdguld.
Mjuk elektrolytisk guldytabehandling
Elektrolytisk nickel/guld
fördel:
Lång hållbarhet
Hög tillförlitlighet hos lödfogar
Slitstark yta
Nackdelar:
Väldigt dyr
Guldfinger kräver ytterligare ledande ledningar på kortet
Hårt guld har dålig svetsbarhet
03
Hur väljer man en ytbehandlingsprocess för PCB?
Ytbehandlingsprocessen för PCB kommer direkt att påverka produktionen, omarbetningsmängd, felfrekvens på plats, testkapacitet och kassationsfrekvens. För slutproduktens kvalitet och prestanda är det nödvändigt att välja en ytbehandlingsprocess som uppfyller designkraven. Inom ingenjörskonst kan följande perspektiv beaktas:
Platthet av dynan
Löddopparnas planhet påverkar direkt lödkvaliteten hos PCBA, särskilt när det finns relativt stora BGA eller mindre μ BGA-delningar på kortet. ENIG, ENEPIG och OSP kan väljas när det skyddande lagret på löddopparnas yta behöver vara tunt och enhetligt.
Lödbarhet och vätbarhet
Lödbarhet är alltid en nyckelfaktor för kretskort. Samtidigt som andra krav uppfylls är det lämpligt att välja en ytbehandlingsprocess med hög lödbarhet för att säkerställa utbytet av reflowlödning.
Svetsfrekvens
Hur många gånger behöver kretskortet lödas eller omarbetas? Ytbehandlingsprocessen för OSP är inte lämplig för omarbetning mer än två gånger. För närvarande kommer även kompositytbehandlingsprocesser som immersionsguld + OSP att väljas. För närvarande kommer avancerade elektroniska produkter som smartphones att välja denna behandlingsprocess.
RoHS
Blyelementet i PCBA kommer huvudsakligen från komponentstift, PCB-dynor och lödtenn. För att uppfylla ROHS-föreskrifterna måste även ytbehandlingsmetoden för kretskort uppfylla ROHS-standarder. Till exempel uppfyller ENIG, tenn, silver och OSP alla ROHS-standarder.
Metallbindning
Om bindning med guld- eller aluminiumtråd krävs kan det begränsas till ENIG, ENEPIG och mjukt elektrolytiskt guld.
Tillförlitlighet hos lödfogar
Ytbehandlingsprocessen för PCB kan också påverka slutprodukten lödningskvaliteten på PCBAOm högtillförlitliga lödfogar krävs kan användning av immersionsguld eller nickel-palladiumguld-processen väljas.
