01
Що таке процес обробки поверхні друкованих плат?
Мідні поверхні на Друкована плата без покриття паяльною маскою, наприклад, паяльні площадки, золоті пальці, механічні отвори тощо. Якщо немає захисного покриття, мідна поверхня легко окислюється, що впливає на пайку між оголеною міддю та компонентами в паяльній зоні друкованої плати.
Як показано на малюнку нижче, поверхню Обробка розташована на зовнішньому шарі друкованої плати, над шаром міді, слугуючи «покриттям» на поверхні міді.
Основна функція обробки поверхні полягає в захисті відкритої мідної поверхні від окислювальних ланцюгів, тим самим забезпечуючи паяльну поверхню для паяння під час зварювання.
02
Класифікація процесів обробки поверхні друкованих плат
Процеси обробки поверхні друкованих плат поділяються на такі категорії:
Вирівнювання припою гарячим повітрям (HASL)
Занурення в олово (ImSn)
Хімічне нікелеве золото (іммерсійне золото) (ENIG)
Органічні паяльні консерванти (OSP)
Хімічне срібло (ImAg)
Хімічне нікелювання, хімічне паладіювання, занурення в золото (ENEPIG)
Електролітичний нікель/золото
Вирівнювання припою гарячим повітрям (HASL)
Гарячеповітряне паяння рівнем (HASL), широко відоме як розпилення олова, — це процес обробки поверхні, який найчастіше використовується та є відносно недорогим. Він поділяється на без свинцю олово-спрей та олово-спрей свинцю.
Термін придатності друкованої плати може досягати 12 місяців, при температурі процесу 250 ℃ та діапазоні товщини обробки поверхні 1-40 мкм.
Процес напилення олова передбачає занурення друкованої плати в розплавлений припій (олово/свинець) для покриття відкритої мідної поверхні друкованої плати. Коли друкована плата залишає розплавлений припій, гаряче повітря під високим тиском продуває поверхню за допомогою повітряного ножа, завдяки чому припій осаджується плоскою поверхнею та видаляється надлишок припою.
Процес напилення оловом вимагає володіння температурою зварювання, температурою леза, тиском леза, часом занурення в припій, швидкістю підйому тощо. Переконайтеся, що друкована плата повністю занурена в розплавлений припій, і повітряний ніж може роздути припій до його затвердіння. Тиск повітряного ножа може мінімізувати меніск на мідна поверхня та запобігати утворенню паяних містків.
Вирівнювання припою гарячим повітрям (HASL)
перевага:
Тривалий термін зберігання
Хороша зварюваність
Стійкість до корозії та окислення
Візуальний огляд можливий
Недоліки:
Нерівність поверхні
Не підходить для пристроїв з невеликою відстанню між елементами
Легко виготовляти олов'яні намистини
Деформація, спричинена високою температурою
Не підходить для гальванічного покриття наскрізних отворів
Занурення в олово (ImSn)
Олово занурення (ImSn) - це металеве покриття, нанесене методом хімічної реакції витіснення, яке наноситься безпосередньо на основний метал (тобто мідь) друкованої плати, що може задовольнити вимоги компонентів з малим кроком для рівнинності поверхні друкованої плати.
Осадження олова може захистити мідь, що лежить під ним, від окислення протягом 3-6 місяців терміну зберігання. Оскільки весь припій виготовлений на основі олова, шар осадження олова може відповідати будь-якому типу припою. Після додавання органічних добавок до розчину для занурення в олово структура шару олова стає зернистою, долаючи проблеми, спричинені нитками олова та міграцією олова, а також маючи... хороший термічний стабільність і зварюваність.
Температура процесу осадження олова становить 50 ℃, а товщина обробки поверхні — 0.8-1.2 мкм. Друкована плата особливо підходить для з'єднання за допомогою обтиску, наприклад, для комунікаційних плат.
Занурення в олово (ImSn)
перевага:
Підходить для невеликих відстаней/BGA
Гарна гладкість поверхні
Відповідає вимогам RoHS
Хороша зварюваність
Гарна стабільність
Недоліки:
Легко забруднитися
Олов'яні вуса можуть спричинити коротке замикання
Для електричних випробувань потрібні м'які зонди
Не підходить для контактних вимикачів
Корозійний для шару паяльної маски
Хімічне нікелеве золото (іммерсійне золото) (ENIG)
Хімічне нікелеве занурення в золото (ENIG) може задовольнити вимоги до площинності поверхні та безсвинцевої обробки друкованих плат для пристроїв з малим кроком (BGA та μ BGA).
ENIG складається з двох шарів металевих покриттів, причому нікель наноситься на поверхню міді за допомогою хімічних процесів, а потім покривається атомами золота за допомогою реакцій витіснення. Товщина нікелю становить 3-6 мкм, а товщина золота - 0.05-0.1 мкм. Нікель діє як бар'єр для міді та є поверхнею, до якої фактично припаюються компоненти. Роль золота полягає в запобіганні окисленню нікелю під час зберігання, термін придатності становить близько одного року, і може забезпечити... чудова рівність поверхні.
Процес занурення в золото широко використовується у високощільних платах, звичайних твердих платах та м'яких платах, забезпечуючи високу надійність та підтримку з'єднання дротів за допомогою алюмінієвого дроту. Широко застосовується в таких галузях, як споживча промисловість, зв'язок/обчислювальна техніка, аерокосмічна промисловість та охорона здоров'я.
Хімічне нікель-золото (ENIG)
перевага:
Тривалий термін зберігання
Плата високої щільності (μ BGA)
Склеювання алюмінієвого дроту
Висока площинність поверхні
Підходить для гальванічного покриття отворів
Недоліки:
дорога ціна
Ослаблення радіочастотних сигналів
Не можна переробляти
Чорна колодка/чорний нікель
Процес обробки складний
Органічні паяльні консерванти (OSP)
Органічні консерванти паяльності (OSP) – це дуже тонкі захисні шари матеріалу, що наносяться на відкриту мідь для захисту її поверхні від окислення.
Органічні плівки мають такі характеристики, як стійкість до окислення, термостійкість та вологостійкість, що може захистити мідні поверхні від окислення або сульфурації за нормальних умов. У процесі зварювання після високої температури органічна плівка легко видаляється флюсом, що призводить до негайного зчеплення відкритої чистої мідної поверхні з розплавленим матеріалом. припій, утворюючи міцне паяне з'єднання за дуже короткий проміжок часу.
OSP – це органічна сполука на водній основі, яка може вибірково зв'язуватися з міддю для захисту її поверхні перед зварюванням. Порівняно з іншими процесами обробки поверхні без використання свинцю, він дуже екологічно чистий, оскільки інші процеси обробки поверхні можуть бути токсичними або споживати більше енергії.
Органічні паяльні консерванти (OSP)
перевага:
Просто і дешево
Захист навколишнього середовища без використання свинцю
Гладка поверхня
Скріплення проводів
Недоліки:
Не підходить для ПТГ
Короткий термін придатності
Незручний для візуального та електричного контролю
ІКТ-прилади можуть пошкодити друковану плату
Хімічне срібло (ImAg)
Імерсійне сріблення (ImAg) – це процес безпосереднього покриття міді шаром чистого срібла шляхом занурення друкованої плати у ванну з іонами срібла за допомогою реакції витіснення. Срібло має стабільні хімічні властивості. Друкована плата, оброблена за допомогою технології срібного занурення, може зберігати хорошу електричну стійкість та паяльність навіть під впливом гарячого, вологого та забрудненого середовища, і навіть якщо поверхня втрачає свій блиск.
Іноді, щоб запобігти реакції срібла із сульфідами в навколишньому середовищі, осадження срібла поєднують з покриттям OSP. У більшості випадків срібло може замінити золото. Якщо ви не хочете вводити магнітні матеріали (нікель) у друковану плату, ви можете використовувати осадження срібла.
Товщина поверхні срібного осадження становить 0.12-0.40 мкм, а термін зберігання – від 6 до 12 місяців. Процес осадження срібла чутливий до чистоти поверхні під час обробки, і необхідно забезпечити, щоб весь виробничий процес не спричиняв забруднення поверхні срібного осадження. Процес осадження срібла підходить для таких застосувань, як друковані плати, тонкоплівкові перемикачі та з'єднання алюмінієвих дротів, що потребують екранування від електромагнітних перешкод.
Тонуче срібло (ImAg)
перевага:
Гарна рівність поверхні
Висока зварюваність
Гарна стабільність
Гарні показники екранування
Підходить для з'єднання алюмінієвих дротів
Недоліки:
Чутливий до забруднюючих речовин
Легко пройти електроміграцію
Срібні металеві вуса
Короткий період складання після розпакування
Складність електричних випробувань
Хімічне нікелювання, хімічне паладіювання, занурення в золото (ENEPIG)
Порівняно з ENIG, ENEPIG має додатковий шар паладію між нікелем та золотом, що додатково захищає нікелевий шар від корозії та запобігає можливому утворенню чорних плям під час обробки поверхні ENIG, забезпечуючи таким чином перевагу в гладкості поверхні. Товщина осадження нікелю становить близько 3-6 мкм, товщина паладію - близько 0.1-0.5 мкм, а товщина золота - 0.02-0.1 мкм. Хоча товщина золотий шар тонший за ENIG, він дорожчий.
Шарувата структура міді, нікелю, паладію та золота може бути безпосередньо з'єднана дротом з шаром покриття. Останній шар золота дуже тонкий і м'який, і надмірні механічні пошкодження або глибокі подряпини можуть оголити шар паладію.
Хімічне нікелювання, хімічне паладіювання, занурення в золото (ENEPIG)
перевага:
Надзвичайно рівна поверхня
Скріплення проводів
Можна паяти оплавленням кілька разів
Висока надійність паяних з'єднань
Тривалий термін зберігання
Недоліки:
дорога ціна
З'єднання золотим дротом не таке надійне, як з'єднання м'яким золотом
Легко виготовляти олов'яні намистини
Складний процес
Важко контролювати процес обробки
Електролітичний нікель/золото
Гальванічне нікельоване золото поділяється на «тверде золото» та «м’яке золото».
Тверде золото має низьку чистоту (99.6%) і зазвичай використовується для золотих пальців. (Роз'єми на краях друкованої плати), контакти друкованої плати або інші ділянки, що піддаються зносу. Товщина золота може змінюватися залежно від вимог.
М'яке золото чистіше (99.9%) і зазвичай використовується для з'єднання дротів.
Тверде електролітичне золото
Тверде золото – це золотий сплав, що містить кобальт, нікель або комплекси заліза. Нікель з низьким ступенем напруження використовується між золотим покриттям та міддю. Тверде золото підходить для компонентів, які часто використовуються та схильні до зносу, таких як несучі плати, золоті пальці та клавіатури.
Товщина твердого золотого покриття може змінюватися залежно від застосування. Рекомендована максимальна товщина зварювання для IPC становить 17.8 мкм, 25 мкм для золота та 100 мкм для нікелю для застосувань IPC1 та класу 2, а також 50 мкм для золота та 100 мкм для нікелю для застосувань IPC3.
М'яке електролітичне золото
В основному використовується для друкованих плат, що потребують з'єднання дротів та високої паяності, паяні з'єднання з м'якого золота є надійнішими порівняно з твердим золотом.
М'яка електролітична обробка поверхні золота
Електролітичний нікель/золото
перевага:
Тривалий термін зберігання
Висока надійність паяних з'єднань
Міцна поверхня
Недоліки:
Дуже дорогий
Золотий палець вимагає додаткової струмопровідної проводки на платі
Тверде золото має погану зварюваність
03
Як вибрати процес обробки поверхні друкованої плати?
Процес обробки поверхні друкованої плати безпосередньо впливатиме на вихід, кількість для переробки, коефіцієнт відмов на місці, можливість тестування та коефіцієнт браку. Для якості та експлуатаційних характеристик кінцевого продукту необхідно вибрати процес обробки поверхні, який відповідає вимогам проектування. В інженерії можна враховувати такі аспекти:
Плоскість колодки
Плоскість паяльних площадок безпосередньо впливає на якість паяння друкованих плат, особливо коли на платі є відносно великі BGA або менший крок μ BGA. ENIG, ENEPIG та OSP можна вибрати, коли захисний шар на поверхні паяльної площадки має бути тонким та рівномірним.
Пайність та змочуваність
Пайність завжди є ключовим фактором для друкованих плат. Поряд з виконанням інших вимог, доцільно вибрати процес обробки поверхні з високою пайністю, щоб забезпечити результат паяння оплавленням.
Частота зварювання
Скільки разів потрібно паяти або переробляти друковану плату? Процес обробки поверхні OSP не підходить для переробки більше двох разів. Наразі також обиратимуться композитні процеси обробки поверхні, такі як занурення в золото + OSP. Наразі цей процес використовується у високоякісних електронних продуктах, таких як смартфони.
Відповідність вимогам RoHS
Свинцевий елемент у друкованій платі (PCBA) в основному походить з контактів компонентів, Контактні майданчики для друкованих плат та припій. Щоб відповідати вимогам ROHS, метод обробки поверхні друкованих плат також повинен відповідати стандартам ROHS. Наприклад, ENIG, олово, срібло та OSP відповідають стандартам ROHS.
Склеювання металу
Якщо потрібне з'єднання золотим або алюмінієвим дротом, воно може бути обмежене ENIG, ENEPIG та м'яким електролітичним золотом.
Надійність паяних з'єднань
Процес обробки поверхні друкованої плати також може впливати на кінцевий результат якість пайки друкованих платЯкщо потрібні високонадійні паяні з'єднання, можна використовувати процес іммерсійного золота або нікель-паладій-золота.
