01
PCB yüzey işlem süreci nedir?
PCB üzerindeki lehim maskesi kaplaması olmayan bakır yüzeyler , örneğin lehim pedleri, altın parmaklar, mekanik delikler vb. Koruyucu bir kaplama yoksa, bakır yüzey kolayca oksitlenir ve bu da PCB'nin lehimlenebilir alanındaki çıplak bakır ile bileşenler arasındaki lehimlemeyi etkiler.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, yüzey işlemi PCB'nin en dış katmanında, bakır katmanın üzerinde yer alır ve bakır yüzeyinde bir "kaplama" görevi görür.
Yüzey işleminin temel işlevi, açığa çıkan bakır yüzeyini oksidasyon devrelerinden korumak ve böylece kaynak sırasında lehimleme için lehimlenebilir bir yüzey sağlamaktır.
02
PCB yüzey işleme proseslerinin sınıflandırılması
PCB yüzey işlem prosesleri aşağıdaki kategorilere ayrılır:
Sıcak hava lehim düzeltme (HASL)
Kalay daldırma (ImSn)
Kimyasal nikel altın (daldırma altın) (ENIG)
Organik Lehimlenebilir Koruyucular (OSP)
Kimyasal Gümüş (ImAg)
Kimyasal nikel kaplama, kimyasal paladyum kaplama, altına daldırma (ENEPIG)
Elektrolitik Nikel/Altın
Sıcak hava lehim düzeltme (HASL)
Sıcak Hava Lehimleme (HASL), yaygın olarak sprey kalay olarak bilinen, en yaygın kullanılan ve nispeten ucuz bir yüzey işleme yöntemidir. Kurşunsuz sprey kalay ve kurşunlu sprey kalay olmak üzere ikiye ayrılır .
PCB'nin raf ömrü 12 ℃ işlem sıcaklığı ve 250-1um yüzey işlem kalınlığı aralığı ile 40 aya ulaşabilir.
Kalay püskürtme işlemi, devre kartının (PCB) açıkta kalan bakır yüzeyini kaplamak için kartın erimiş lehim (kalay/kurşun) içine daldırılmasını içerir. PCB erimiş lehimden ayrıldığında, yüksek basınçlı sıcak hava bir hava bıçağı yardımıyla yüzeye üflenir, bu da lehimin düz bir şekilde yapışmasını ve fazla lehimin uzaklaştırılmasını sağlar.
Kalay püskürtme işlemi, kaynak sıcaklığı, bıçak sıcaklığı, bıçak basıncı, daldırma kaynak süresi, kaldırma hızı vb. konularda ustalık gerektirir. PCB'nin erimiş lehimin içine tamamen daldırıldığından ve hava bıçağının lehim katılaşmadan önce lehimin püskürtülebildiğinden emin olunmalıdır. Hava bıçağının basıncı, bakır yüzeyindeki menisküsü en aza indirerek lehim köprülenmesini önleyebilir.
Sıcak hava lehim düzeltme (HASL)
avantajı:
Uzun raf ömrü
İyi kaynaklanabilirlik
Korozyon ve oksidasyon direnci
Görsel inceleme mümkündür
Dezavantajları:
Yüzey düzgünsüzlüğü
Küçük aralıklı cihazlar için uygun değildir
Üretimi kolay kalay boncuklar
Yüksek sıcaklığın neden olduğu deformasyon
Deliklerden elektrokaplama için uygun değildir
Kalay daldırma (ImSn)
Daldırma Kalay (ImSn), kimyasal yer değiştirme reaksiyonu yoluyla biriktirilen ve doğrudan devre kartının taban metaline (yani bakıra) uygulanan bir metal kaplamadır ve küçük aralıklı bileşenlerin PCB yüzey düzgünlüğü gereksinimlerini karşılayabilir.
Kalay kaplama, 3-6 aylık raf ömrü boyunca alttaki bakırı oksidasyondan koruyabilir. Tüm lehimler kalay bazlı olduğundan, kalay kaplama tabakası her türlü lehimle uyumlu olabilir. Kalay daldırma çözeltisine organik katkı maddeleri eklendikten sonra, kalay tabakası yapısı granüler hale gelir ve kalay bıyıkları ve kalay göçünün neden olduğu sorunların üstesinden gelirken, aynı zamanda iyi termal kararlılık ve kaynaklanabilirlik sağlar.
Kalay biriktirme işleminin sıcaklığı 50 ℃'dir ve yüzey işlem kalınlığı 0.8-1.2um'dir. Özellikle iletişim panoları gibi sıkıştırma yoluyla bağlantıya uygun PCB'ler.
Kalay daldırma (ImSn)
avantajı:
Küçük aralıklar/BGA için uygundur
İyi yüzey düzgünlüğü
RoHS ile uyumlu
İyi kaynaklanabilirlik
İyi istikrar
Dezavantajları:
Kolayca kirlenebilir
Kalay bıyıkları kısa devreye neden olabilir
Elektriksel testler yumuşak problar gerektirir
Kontak anahtarları için uygun değildir
Lehim maskesi tabakasına karşı aşındırıcıdır
Kimyasal nikel altın (daldırma altın) (ENIG)
Kimyasal Nikel Daldırma Altın (ENIG), küçük aralıklı cihazlarda (BGA ve μ BGA) PCB'lerin yüzey düzgünlüğü ve kurşunsuz işleme gereksinimlerini karşılayabilir.
ENIG, iki metal kaplama katmanından oluşur; nikel, kimyasal işlemlerle bakır yüzeyine biriktirilir ve ardından yer değiştirme reaksiyonları yoluyla altın atomlarıyla kaplanır. Nikelin kalınlığı 3-6 μm, altının kalınlığı ise 0.05-0.1 μm'dir. Nikel, bakır için bir bariyer görevi görür ve bileşenlerin lehimlendiği yüzeydir. Altının rolü ise depolama sırasında nikelin oksidasyonunu önlemektir; yaklaşık bir yıllık raf ömrüne sahiptir ve mükemmel yüzey düzgünlüğünü sağlar.
Daldırma altın işlemi, yüksek yoğunluklu levhalarda, geleneksel sert levhalarda ve yumuşak levhalarda yaygın olarak kullanılır ve alüminyum tel kullanılarak tel bağlama için yüksek güvenilirlik ve destek sağlar. Tüketici, iletişim/bilgi işlem, havacılık ve sağlık gibi endüstrilerde yaygın olarak kullanılır.
Kimyasal Nikel Altın (ENIG)
avantajı:
Uzun raf ömrü
Yüksek yoğunluklu levha (μ BGA)
Alüminyum tel bağlama
Yüksek yüzey düzlüğü
Elektrokaplama delikleri için uygundur
Dezavantajları:
pahalı fiyat
RF sinyallerinin zayıflaması
Yeniden çalışılamaz
Siyah ped/siyah nikel
İşleme süreci karmaşıktır
Organik Lehimlenebilir Koruyucular (OSP)
Organik Lehimleme Koruyucuları (OSP), bakır yüzeyini oksidasyondan korumak için açığa çıkan bakıra uygulanan çok ince malzeme koruyucu tabakalardır.
Organik filmler, oksidasyon direnci, termal şok direnci ve nem direnci gibi özelliklere sahiptir ve normal koşullar altında bakır yüzeyleri oksidasyondan veya kükürtlenmeden koruyabilirler. Yüksek sıcaklıkta kaynak işleminden sonra, organik film lehimleme macunu ile kolayca uzaklaştırılır ve açığa çıkan temiz bakır yüzey, erimiş lehimle anında birleşerek çok kısa sürede güçlü bir lehim bağlantısı oluşturur.
OSP, kaynak yapmadan önce bakır yüzeyini korumak için bakırla seçici olarak bağlanabilen su bazlı bir organik bileşiktir. Diğer kurşunsuz yüzey işleme süreçleriyle karşılaştırıldığında, diğer yüzey işleme süreçlerinin toksisitesi veya daha yüksek enerji tüketimi olabileceğinden çok çevre dostudur.
Organik Lehimlenebilir Koruyucular (OSP)
avantajı:
Basit ve ucuz
Kurşunsuz çevre koruma
Yumuşak yüzey
tel bağlama
Dezavantajları:
PTH için uygun değil
Kısa raf ömrü
Görsel ve elektriksel inceleme için uygun değil
ICT armatürleri PCB'ye zarar verebilir
Kimyasal Gümüş (ImAg)
Daldırma gümüşü (ImAg), bir PCB'yi yer değiştirme reaksiyonu yoluyla gümüş iyon banyosuna daldırarak doğrudan saf gümüş tabakasıyla bakır kaplama işlemidir. Gümüşün kararlı kimyasal özellikleri vardır. Gümüş daldırma teknolojisiyle işlenen PCB, sıcak, nemli ve kirli ortamlara maruz kaldığında ve yüzey parlaklığını kaybetse bile iyi elektriksel ve lehimlenebilirliğini koruyabilir.
Bazen gümüşün ortamdaki sülfitlerle reaksiyona girmesini önlemek için gümüş birikimi OSP kaplamayla birleştirilir. Çoğu uygulama için gümüş altının yerini alabilir. PCB'ye manyetik malzemeler (nikel) sokmak istemiyorsanız gümüş birikimini kullanmayı seçebilirsiniz.
Gümüş biriktirme işleminin yüzey kalınlığı 0.12-0.40 μ m'dir ve raf ömrü 6 ila 12 aydır. Gümüş biriktirme işlemi, işleme sırasında yüzeyin temizliğine duyarlıdır ve tüm üretim sürecinin gümüş biriktirme yüzeyinin kirlenmesine neden olmamasını sağlamak gerekir. Gümüş biriktirme işlemi, EMI koruması gerektiren PCB, ince film anahtarları ve alüminyum tel bağlama gibi uygulamalar için uygundur.
Batık Gümüş (ImAg)
avantajı:
İyi yüzey düzgünlüğü
Yüksek kaynaklanabilirlik
İyi istikrar
İyi koruma performansı
Alüminyum tel bağlamaya uygundur
Dezavantajları:
Kirleticilere karşı hassas
Elektromigrasyona maruz kalmak kolaydır
Gümüş metal bıyıklar
Paket açıldıktan sonra kısa montaj penceresi
Elektriksel testlerde zorluk
Kimyasal nikel kaplama, kimyasal paladyum kaplama, altına daldırma (ENEPIG)
ENIG ile karşılaştırıldığında, ENEPIG'de nikel ve altın arasında ek bir paladyum tabakası bulunur; bu da nikel tabakasını korozyondan daha fazla korur ve ENIG yüzey işleminde olası siyah lekelerin oluşmasını engeller, böylece yüzey pürüzsüzlüğünde bir avantaj sağlar. Nikel tabakasının kalınlığı yaklaşık 3-6 μm, paladyum tabakasının kalınlığı yaklaşık 0.1-0.5 μm ve altın tabakasının kalınlığı 0.02-0.1 μm'dir. Altın tabakasının kalınlığı ENIG'den daha ince olmasına rağmen, daha pahalıdır.
Bakır nikel paladyum altının katman yapısı doğrudan kaplama katmanına tel ile bağlanabilir. Altının son katmanı çok ince ve yumuşaktır ve aşırı mekanik hasar veya derin çizikler paladyum katmanını açığa çıkarabilir.
Kimyasal nikel kaplama, kimyasal paladyum kaplama, altına daldırma (ENEPIG)
avantajı:
Son derece düz yüzey
tel bağlama
Birden fazla kez yeniden lehimlenebilir
Lehim bağlantılarının yüksek güvenilirliği
Uzun raf ömrü
Dezavantajları:
pahalı fiyat
Altın tel bağlama, yumuşak altın bağlama kadar güvenilir değildir
Üretimi kolay kalay boncuklar
Karmaşık süreç
İşleme sürecini kontrol etmek zor
Elektrolitik Nikel/Altın
Elektrokaplama nikel altın “sert altın” ve “yumuşak altın” olmak üzere ikiye ayrılır.
Sert altın düşük saflığa (%99.6) sahiptir ve genellikle altın parmaklar (PCB kenar konektörleri) , PCB kontakları veya diğer aşınmaya dayanıklı alanlar için kullanılır . Altının kalınlığı gereksinimlere göre değişebilir.
Yumuşak altın daha saftır (%99.9) ve genellikle tel bağlamada kullanılır.
Sert elektrolitik altın
Sert altın, kobalt, nikel veya demir kompleksleri içeren bir altın alaşımıdır. Altın kaplama ve bakır arasında düşük gerilimli nikel kullanılır. Sert altın, taşıyıcı panolar, altın parmaklar ve tuş takımları gibi sıklıkla kullanılan ve aşınma olasılığı yüksek bileşenler için uygundur.
Sert altın yüzey işleminin kalınlığı uygulamaya bağlı olarak değişebilir. IPC için önerilen maksimum kaynaklanabilir kalınlık, IPC17.8 ve Sınıf 25 uygulamaları için 100 μ inç, altın için 1 μ ve nikel için 2 μ ve IPC50 uygulamaları için altın için 100 μ ve nikel için 3 μ'dür.
Yumuşak elektrolitik altın
Çoğunlukla tel bağlama ve yüksek lehimlenebilirlik gerektiren PCB'lerde kullanılan yumuşak altın lehim bağlantıları, sert altına göre daha güvenlidir.
Yumuşak elektrolitik altın yüzey işlemi
Elektrolitik Nikel/Altın
avantajı:
Uzun raf ömrü
Lehim bağlantılarının yüksek güvenilirliği
dayanıklı yüzey
Dezavantajları:
Çok pahalı
Altın parmak, kartta ek iletken kablolama gerektirir
Sert altının kaynaklanabilirliği zayıftır
03
PCB yüzey işlem prosesi nasıl seçilir?
PCB'lerin yüzey işleme süreci, çıktı miktarını, yeniden işleme miktarını, yerinde arıza oranını, test kabiliyetini ve hurda oranını doğrudan etkiler. Nihai ürünün kalitesi ve performansı için, tasarım gereksinimlerini karşılayan bir yüzey işleme süreci seçmek gereklidir. Mühendislikte, aşağıdaki bakış açıları dikkate alınabilir:
Ped düzlüğü
Lehim pedlerinin düzlüğü, özellikle kart üzerinde nispeten büyük BGA veya daha küçük aralıklı μ BGA olduğunda, lehim pedi yüzeyindeki koruyucu tabakanın ince ve düzgün olması gerektiğinde ENIG, ENEPIG ve OSP seçilebilir.
Lehimlenebilirlik ve Islatılabilirlik
Lehimlenebilirlik PCB için her zaman önemli bir faktördür. Diğer gereklilikleri karşılarken, reflow lehimlemenin verimini garantilemek için yüksek lehimlenebilirliğe sahip bir yüzey işleme süreci seçmeniz önerilir.
Kaynak frekansı
PCB'nin kaç kez lehimlenmesi veya yeniden işlenmesi gerekir? OSP'nin yüzey işleme süreci iki kereden fazla yeniden işleme için uygun değildir. Bu sırada, daldırma altın+OSP gibi kompozit yüzey işleme süreçleri de seçilecektir. Şu anda, akıllı telefonlar gibi üst düzey elektronik ürünler bu işleme sürecini seçecektir.
RoHS uyumlu
PCBA'daki kurşun elementi esas olarak bileşen pinlerinden, PCB pedlerinden ve lehimden gelir. ROHS yönetmeliklerine uymak için, PCB'nin yüzey işleme yöntemi de ROHS standartlarına uygun olmalıdır. Örneğin, ENIG, kalay, gümüş ve OSP'nin tümü ROHS standartlarına uygundur.
Metal yapıştırma
Altın veya alüminyum tel bağlama gerekiyorsa, ENIG, ENEPIG ve yumuşak elektrolitik altınla sınırlı olabilir.
Lehim bağlantılarının güvenilirliği
PCB'nin yüzey işleme süreci , PCBA'nın nihai lehimleme kalitesini de etkileyebilir . Yüksek güvenilirlik gerektiren lehim bağlantıları için daldırma altın veya nikel paladyum altın işlemi tercih edilebilir.
