01
PCB yüzey işlem süreci nedir?
Bakır yüzeyler PCB lehim maskesi kaplaması olmayan lehim pedleri, altın parmaklar, mekanik delikler vb. Koruyucu kaplama yoksa, bakır yüzey kolayca oksitlenir ve bu da çıplak bakır ile PCB'nin lehimlenebilir alanındaki bileşenler arasındaki lehimlemeyi etkiler.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, yüzey İşlem, PCB'nin en dış tabakasında, bakır tabakasının 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 Lehim Seviyesi (HASL), yaygın olarak sprey teneke olarak bilinir, en yaygın kullanılan ve nispeten ucuz bir yüzey işleme işlemidir. Şu şekilde ayrılır: kurşunsuz sprey teneke ve kurşun sprey teneke.
PCB'nin raf ömrü 12 ℃ işlem sıcaklığı ve 250-1um yüzey işlem kalınlığı aralığı ile 40 aya ulaşabilir.
Kalay püskürtme işlemi, devre kartının erimiş kalay içine daldırılmasını içerir lehim (kalay/kurşun) PCB'deki açık bakır yüzeyini örtmek için. PCB erimiş lehimden ayrıldığında, yüksek basınçlı sıcak hava bir hava bıçağıyla yüzeyden üflenir, lehimin düz bir şekilde birikmesine ve fazla lehimin çıkarılmasına neden olur.
Kalay püskürtme işlemi kaynak sıcaklığı, bıçak sıcaklığı, bıçak basıncı, daldırma kaynak süresi, kaldırma hızı vb. konusunda ustalık gerektirir. PCB'nin erimiş lehime tamamen daldırıldığından ve hava bıçağının lehimi katılaşmadan önce havaya uçurabileceğinden emin olun. Hava bıçağının basıncı, menisküsü en aza indirebilir bakır yüzey ve lehim köprülemesinin önüne geçilir.
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 birikimi, 3-6 aylık raf ömrü boyunca alttaki bakırı oksidasyondan koruyabilir. Tüm lehimler kalay bazlı olduğundan, kalay birikim tabakası her türlü lehimle eşleşebilir. Kalay daldırma solüsyonuna organik katkı maddeleri eklendikten sonra, kalay tabakası yapısı granüler hale gelir ve kalay kılları ve kalay göçünün neden olduğu sorunları ortadan kaldırırken, aynı zamanda iyi termal stabilite ve kaynaklanabilirlik.
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, kimyasal işlemlerle bakır yüzeyine biriktirilen ve daha sonra yer değiştirme reaksiyonları yoluyla altın atomlarıyla kaplanan nikel içeren iki metal kaplama katmanından oluşur. Nikelin kalınlığı 3-6 μ m, altının kalınlığı ise 0.05-0.1 μ m'dir. Nikel, bakıra karşı bir bariyer görevi görür ve bileşenlerin gerçekte lehimlendiği yüzeydir. Altının rolü, depolama sırasında nikel oksidasyonunu önlemektir, yaklaşık bir yıllık bir raf ömrüne sahiptir ve mükemmel yüzey düzgünlüğü.
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, normal koşullar altında bakır yüzeylerini oksidasyondan veya kükürtlenmeden koruyabilen oksidasyon direnci, termal şok direnci ve nem direnci gibi özelliklere sahiptir. Yüksek sıcaklık sonrası kaynak işleminde, organik film akı tarafından kolayca çıkarılır ve açığa çıkan temiz bakır yüzeyinin erimiş bakırla hemen bağlanmasına neden olur. lehimÇok kısa bir 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 nikel ve altın arasında ek bir paladyum tabakasına sahiptir, bu da nikel tabakasını korozyondan daha fazla korur ve ENIG yüzey işlemi sırasında olası siyah pedleri önler, böylece yüzey pürüzsüzlüğünde bir avantaj sağlar. Nikelin biriktirme kalınlığı yaklaşık 3-6 μ m, paladyumun kalınlığı yaklaşık 0.1-0.5 μ m ve altının kalınlığı 0.02-0.1 μ m'dir. Her ne kadar altın tabakası ENIG'den daha incedir, 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 bir saflığa sahiptir (%99.6) ve genellikle altın parmaklar için kullanılır (PCB kenar konnektörleri), PCB temas noktaları veya diğer sert aşınma alanları. 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'nin yüzey işlem süreci çıktıyı doğrudan etkileyecektir. yeniden işleme miktarı, yerinde arıza oranı, test kabiliyeti ve hurda oranı. Son ürünün kalitesi ve performansı için, tasarım gereksinimlerini karşılayan bir yüzey işleme süreci seçmek gerekir. Mühendislikte, aşağıdaki perspektifler 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 öncü eleman esas olarak bileşen pimlerinden gelir, PCB pedleri ve lehim. ROHS düzenlemelerine uymak için PCB'nin yüzey işleme yönteminin de ROHS standartlarına uyması gerekir. Örneğin, ENIG, kalay, gümüş ve OSP'nin hepsi 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 işlem süreci de nihai sonucu etkileyebilir. PCBA'nın lehimleme kalitesiYüksek güvenilirlikte lehim bağlantıları isteniyorsa, daldırma altın veya nikel paladyum altın prosesinin kullanımı seçilebilir.
