دليل تشطيب سطح لوحة الدوائر المطبوعة لسبعة خيارات شائعة

ما هي المعالجة السطحية لثنائي الفينيل متعدد الكلور؟

تشير المعالجة السطحية لثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى الترابط المعدني بين النحاس العاري للوحة الدوائر المطبوعة والمنطقة القابلة للحام للمكونات. تحتوي لوحة الدائرة على سطح نحاسي أساسي، وبدون طبقة واقية، يكون عرضة للأكسدة، وبالتالي الحاجة إلى نظافة السطح.

تعد المعالجة السطحية لثنائي الفينيل متعدد الكلور خطوة حاسمة في عملية تصنيع وتجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور، حيث تخدم وظيفتين رئيسيتين: حماية الدوائر النحاسية المكشوفة وتوفير سطح قابل للحام للمكونات لتوصيلها بثنائي الفينيل متعدد الكلور. تقع المعالجة السطحية على الطبقة الخارجية لثنائي الفينيل متعدد الكلور، فوق طبقات النحاس، وتعمل بمثابة "طلاء" للنحاس.

أنواع المعالجة السطحية لثنائي الفينيل متعدد الكلور

تسوية لحام الهواء الساخن (HASL)
طلاء القصدير (قصدير الغمر)
الذهب الغمر النيكل غير الكهربائي (ENIG)
المواد الحافظة العضوية القابلة للحام (OSP)
الغمر الفضي (ImAg)
الذهب الغمر بالنيكل والبلاديوم غير الكهربائي (ENEPIG)
الذهب الصلب (الذهب الصلب كهربائيا)

عمليات المعالجة السطحية لثنائي الفينيل متعدد الكلور

تسوية لحام الهواء الساخن (HASL)

تعد HASL إحدى طرق المعالجة السطحية الأكثر استخدامًا في الصناعة. ويأتي في نوعين: واحد مع الرصاص والقصدير والآخر بدون. يعد HASL أيضًا أحد أرخص أنواع المعالجة السطحية لثنائي الفينيل متعدد الكلور المتاحة.

لتحقيق سطح HASL أملس، يتم غمر لوحة الدائرة في اللحام المنصهر (القصدير/الرصاص)، مما يغطي جميع الأسطح النحاسية المكشوفة على اللوحة. بعد مغادرة اللحام المنصهر، يتم نفخ الهواء الساخن عالي الضغط على السطح من خلال سكين الهواء، مما يعمل على تنعيم رواسب اللحام وإزالة اللحام الزائد من سطح لوحة الدائرة الكهربائية.

تتضمن المعلمات المهمة التي يجب التحكم فيها أثناء هذه العملية درجة حرارة اللحام، ودرجة حرارة سكين الهواء، وضغط سكين الهواء، ووقت الغمر، وسرعة الإقلاع، والمزيد.

مزايا هاسل:

• وفرة
• قابل لإعادة العمل
• مدة صلاحية ممتازة
• قابلية لحام متميزة
• غير مكلفة/منخفضة التكلفة
• يسمح بنافذة معالجة أكبر
• وقت تخزين أطول
• بعد الانتهاء من PCB، يتم تغطية الوسادات بالكامل بالقصدير قبل اللحام
• مناسبة للحام الخالي من الرصاص
• اختيار المعالجة السطحية الناضجة
• يسمح للفحص البصري والقياسات الكهربائية

مساوئ HASL:

• سطح غير مستو
• غير مناسب للنغمة الدقيقة
• يحتوي على الرصاص (HASL)
• صدمة حرارية
• تجسير اللحام
• انسداد أو انخفاض PTH (مطلي من خلال الفتحة)
• اختلافات في السُمك/المظهر بين الفوط الكبيرة والصغيرة
• غير مناسب لـ SMD وBGA الأصغر من 2000 مليون من البوصة
• غير مناسب لمنتجات HDI
• غير مناسب لربط الأسلاك

طلاء القصدير (قصدير الغمر)

القصدير الغاطس (ImSn) عبارة عن تشطيب معدني يتم ترسيبه بواسطة تفاعل إزاحة كيميائي مباشرة على المعدن الأساسي للوحة الدائرة، وهو النحاس. يحمي القصدير المغمور النحاس الأساسي من الأكسدة خلال مدة صلاحيته المتوقعة. وبما أن جميع أنواع اللحام تعتمد على القصدير، فإن طبقة القصدير يمكن أن تتطابق مع أي نوع من أنواع اللحام.

من خلال إضافة إضافات عضوية إلى محلول غمر القصدير، يصبح هيكل طبقة القصدير حبيبيًا، مما يتغلب على مشاكل شعيرات القصدير وهجرة القصدير، بينما يمتلك أيضًا ثباتًا حراريًا جيدًا وقابلية لحام. يمكن أن تشكل عملية غمر القصدير مركبًا معدنيًا مسطحًا من النحاس والقصدير، مما يمنحها قابلية لحام جيدة، دون مشاكل في التسطيح وانتشار المركبات المعدنية.

مزايا طلاء القصدير:

• تسطيح ممتاز (مناسب لـ SMT)، ومناسب للمكونات الدقيقة/BGA/الصغيرة
• تكنولوجيا معالجة الأسطح الخالية من الرصاص متوسطة التكلفة
• نظافة الضغط مناسبة
• يحافظ على قابلية اللحام الجيدة بعد الرحلات الحرارية المتعددة
• مناسبة لخطوط الإنتاج الأفقية
• مناسبة لتصنيع الآلات الهندسية الدقيقة، والتجميع الخالي من الرصاص

مساوئ طلاء القصدير:

• حساسة للتعامل
• مدة الصلاحية قصيرة، شعيرات القصدير بعد 6 أشهر
• تآكل طبقات قناع اللحام
• لا يُنصح باستخدامه مع الأقنعة القابلة للتقشير
• ليس خيارًا مناسبًا لمفاتيح اللمس
• يتطلب الاختبار الكهربائي إعدادًا خاصًا (هبوط المسبار الناعم)

الذهب الغمر النيكل غير الكهربائي (ENIG)

لقد كانت المعالجة السطحية ENIG (الغمر بالنيكل غير الكهربائي) دائمًا الخيار الأفضل للأسطح الدقيقة (المسطحة) والخيارات الخالية من الرصاص.
تتكون عملية ENIG من خطوتين، حيث يتم تغطية طبقة رقيقة من النيكل فوق طبقة النحاس ثم تغطيتها بطبقة رقيقة من الذهب. يعمل النيكل كحاجز للنحاس وهو السطح الذي يتم لحام المكونات به بالفعل، بينما يحمي الذهب النيكل أثناء التخزين.

الذهب الغمر النيكل غير الكهربائي (ENIG)

يبلغ سمك الطبقة الداخلية لـ Ni عمومًا 3-6μm، ويبلغ سمك الطبقة الخارجية لـ Au عمومًا 0.05-0.1μm.

يشكل النيكل طبقة حاجزة بين اللحام والنحاس.

يتمثل دور Au في منع أكسدة النيكل أثناء التخزين، وبالتالي إطالة العمر الافتراضي، ولكن عملية الطلاء بالذهب تنتج أيضًا تسطيحًا ممتازًا للسطح.

يكون تدفق معالجة ENIG كما يلي: التنظيف -> النقش -> المحفز -> النيكل غير الكهربائي -> طلاء الذهب -> تنظيف البقايا

في حين أن عملية الطلاء هذه لها عمر افتراضي طويل وهي مفيدة للطلاء الكهربائي من خلال الثقوب، فهي عملية معقدة ومكلفة وغير قابلة لإعادة العمل ومن المعروف أنها تسبب فقدان في دوائر إشارة التردد اللاسلكي.

مزايا إنيج:

سطح مستو
خالية من الرصاص
مناسبة لـ PTH (مطلي من خلال الفتحة)
صلاحية طويلة

عيوب إنيج:

غالية
غير قابلة لإعادة العمل
وسادة سوداء/نيكل أسود
الضرر من الأجانب
فقدان الإشارة (RF)
عملية معقدة

المواد الحافظة العضوية القابلة للحام (OSP)

يتم عادةً تطبيق OSP (المواد الحافظة العضوية القابلة للحام) أو العوامل المضادة للتآكل على النحاس المكشوف باستخدام عملية الحزام الناقل، مما يحمي سطح النحاس من الأكسدة بطبقة رقيقة جدًا من المادة.

يجب أن يتمتع هذا الفيلم بخصائص مثل مقاومة الأكسدة، ومقاومة الصدمات الحرارية، ومقاومة الرطوبة لحماية سطح النحاس من الصدأ (الأكسدة أو الكبريت، وما إلى ذلك) في الظروف العادية.

ومع ذلك، أثناء اللحام اللاحق بدرجة حرارة عالية، يجب إزالة هذا الغشاء الواقي بسهولة وسرعة عن طريق التدفق للسماح لسطح النحاس النظيف بالارتباط الفوري باللحام المنصهر، وتشكيل مفصل قوي في وقت قصير جدًا.

بمعنى آخر، يعمل OSP كحاجز بين النحاس والهواء.

العملية العامة لـ OSP هي: إزالة الشحوم -> النقش الدقيق -> الغسيل الحمضي -> الشطف بالماء النقي -> الطلاء العضوي -> التنظيف.

مزايا OSP:

• سطح مستو
• عملية بسيطة، سطح أملس جدًا، مناسب للحام الخالي من الرصاص وSMT
• قابلة لإعادة العمل، ومناسبة لخطوط الإنتاج الأفقية
• فعاله من حيث التكلفه
• صديق للبيئة

عيوب OSP:

• لا يمكن قياس سمك
• غير مناسب لـ PTH (مطلي من خلال الفتحة)
• مدة الصلاحية القصيرة
• قد يسبب مشاكل في تكنولوجيا المعلومات والاتصالات
• النحاس المكشوف في التجميع النهائي
• معالجة حساسة
• لا يمكن لحامه (إعادة صياغته) أكثر من مرتين
• غير مناسب لتقنية الضغط المناسب وربط الأسلاك
• غير مناسب للاختبارات البصرية والكهربائية

الغمر الفضي (ImAg)

يتم تطبيق الفضة المغمورة على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور النحاسية عن طريق غمرها في خزان أيون الفضة باستخدام معالجة سطحية كيميائية غير إلكتروليتية. إنه خيار مثالي للوحات الدوائر ذات الحماية الكهرومغناطيسية (EMI) ويستخدم أيضًا في معدات الاتصالات.

هذه الطريقة مناسبة بشكل خاص للدوائر ذات ترددات الميكروويف وخطوط النقل.

يوفر الغمر بالفضة سطحًا مسطحًا وقابلاً للحام وخصائص كهربائية ممتازة. يمكن استخدام عملية غمر الفضة في مجموعة كبيرة ومتنوعة من لوحات الدوائر، بما في ذلك لوحات الدوائر الصلبة والمرنة.

العملية العامة لغمر الفضة هي: إزالة الشحوم -> الحفر الدقيق -> ترسيب الفضة -> الشطف.

مزايا الغمر الفضي:

• مناسبة للملعب غرامة
• مناسبة لخطوط الإنتاج الأفقية
• جيدة للتجميع الخالي من الرصاص، وقابلية لحام جيدة، ومناسبة لـ SMT
• رتابة
• مدة صلاحية طويلة، جيدة للألواح ذات الوجهين، وربط الأسلاك، ومناسبة لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات
• جيد في الحفاظ على جودة الإشارة في الدوائر عالية التردد

مساوئ الغمر الفضي:

• مدة صلاحية قصيرة، يصعب تخزينها (بقع سوداء، تتطلب تعبئة مفرغة من الهواء)
• التخلص من المواد الكيميائية
• الأكسدة أثناء التخزين
• حساسة للتعامل
• تشكيل Ag3Sn
• غالية
• غير مناسب لمفاتيح اللمس والأقنعة القابلة للنزع
• غير مناسب لربط الأسلاك الذهبية
• قد يتسبب اختبار تكنولوجيا المعلومات والاتصالات في حدوث خلل
• صعوبات التحكم في العملية

الذهب الغمر بالنيكل والبلاديوم غير الكهربائي (ENEPIG)

إن ENEPIG هي عملية معقدة تتضمن ثلاث طبقات: النيكل والبلاديوم والذهب، مما يوفر موصلية وحماية ممتازة.

تدفق المعالجة في ENEPIG هو: التنظيف -> النقش -> المحفز -> النيكل غير الكهربائي -> البلاديوم -> طلاء الذهب -> تنظيف البقايا

إن ENEPIG هي المعالجة السطحية الأكثر ملاءمة للمنتجات ذات الموثوقية العالية والسرعة العالية، حيث يكون تسطيحها ومقاومتها العالية للنحاس وخصائصها الجيدة المضادة للتآكل ذات أهمية خاصة.

مزايا إنيبيج:

ممتاز لربط الأسلاك
مناسبة للملعب الدقيق والأجزاء الصغيرة
مناسبة لربط الأسلاك الذهبية
جيد لـ PTH
جيد لتقنية الضغط المناسب وربط الأسلاك
مناسبة لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات والاختبارات الكهربائية
صلاحية طويلة
خالية من الرصاص

عيوب إنيبيج:

التكلفة العالية
غير مناسب لمفاتيح اللمس
قد يتسبب اختبار تكنولوجيا المعلومات والاتصالات في حدوث خلل
يتطلب بيئة إنتاج مستقرة
غير مناسب للحام الموجة

الذهب الصلب (الذهب الصلب كهربائيا)

الذهب الصلب هو نوع من المعالجة السطحية لثنائي الفينيل متعدد الكلور الذي يستخدم طبقة من الذهب المخلوط بكمية صغيرة من المعادن الأخرى لزيادة متانته. تتضمن هذه العملية طلاء طبقة من الذهب بالكهرباء على سطح PCB، والتي يتم بعد ذلك تغليفها بطبقة من النيكل الإلكتروليتي لزيادة صلابتها ومقاومتها للتآكل.

يُستخدم الذهب الصلب بشكل شائع في التطبيقات التي سيخضع فيها ثنائي الفينيل متعدد الكلور لعمليات إدخال وإزالة متكررة، كما هو الحال في الموصلات والمفاتيح. يساعد الطلاء الذهبي الصلب على منع تآكل الذهب بمرور الوقت، مما يضمن توصيلات كهربائية موثوقة.

مزايا الذهب الصلب:

متانة ممتازة ومقاومة التآكل
مناسب للتطبيقات التي تتطلب عمليات إدخال وإزالة متكررة
جيد للتطبيقات ذات الموثوقية العالية
مناسبة لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات والاختبارات الكهربائية
مناسبة لتكنولوجيا الضغط المناسب وربط الأسلاك
مناسبة للملعب الدقيق والأجزاء الصغيرة

عيوب الذهب الصلب:

التكلفة العالية
غير مناسب للحام الموجة
غير مناسب لمفاتيح اللمس
نطاق سمك محدود

كيفية اختيار تشطيب سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟

يُعدّ اختيار تشطيب سطح لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) من أهم الخطوات في تصنيعها ، إذ يؤثر بشكل مباشر على إنتاجية العملية، وكمية إعادة العمل، ومعدل الأعطال في الموقع، وقابلية الاختبار، ونسبة الهدر، والتكلفة. ولضمان جودة وأداء المنتج النهائي، يجب مراعاة جميع الاعتبارات المهمة المتعلقة بالتجميع عند اختيار نعومة السطح.

استخدم هذه المقالة عند مقارنة خيارات التشطيب المتعددة من حيث التكلفة، وفترة الصلاحية، والسطح المستوي، ومتطلبات التجميع. إذا كان القرار يتعلق بشكل أساسي بالمقارنة بين HASL وENIG، فاقرأ مقارنة HASL وENIG ؛ وللحصول على معلومات حول إمكانيات الإنتاج وملاحظات الأسعار، استخدم اختيار تشطيب سطح لوحة الدوائر المطبوعة.

ثنائي الفينيل متعدد الكلور السطح الانتهاء

استواء وسادة اللحام كما ذكرنا سابقًا، يمكن أن تؤدي بعض التشطيبات السطحية إلى أسطح غير مستوية، مما قد يؤثر على الأداء وقابلية اللحام وعوامل أخرى. إذا كان التسطيح عاملاً حاسماً، ففكر في التشطيبات السطحية بطبقات رقيقة وموحدة. في هذه الحالة، تتضمن الخيارات المناسبة ENIG، وENEPIG، وOSP.

قابلية اللحام والترطيب

تُعدّ قابلية اللحام عاملاً أساسياً عند استخدام لوحات الدوائر المطبوعة. وقد ثبت أن بعض أنواع التشطيبات السطحية مثل OSP وENEPIG تعيق قابلية اللحام، بينما تُعدّ أنواع أخرى مثل HASL أكثر ملاءمة.

ربط أسلاك الذهب أو الألومنيوم

إذا كانت لوحة الدوائر المطبوعة الخاصة بك تتطلب توصيل الأسلاك بالذهب أو الألومنيوم، فقد تكون محدودًا بـ ENIG و ENEPIG.

شروط التخزين

كما ذكرنا سابقًا، يمكن لبعض التشطيبات السطحية (مثل OSP) أن تجعل لوحة PCB هشة أثناء المعالجة، في حين أن البعض الآخر يعزز المتانة. ينبغي النظر في متطلبات التخزين والمناولة مقدمًا، وينبغي استخدام التشطيبات السطحية التي تجعل ثنائي الفينيل متعدد الكلور هشًا فقط عندما يمكن تلبية متطلبات التخزين والمناولة دون مخاطر.

دورات اللحام

كم مرة سيتم لحام ثنائي الفينيل متعدد الكلور وإعادة صياغته؟ العديد من التشطيبات السطحية مثالية لإعادة العمل. ومع ذلك، فإن الطرق الأخرى مثل غمر القصدير ليست مناسبة لإعادة العمل.

طلاء سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور - الامتثال لـ RoHS

يُعدّ الالتزام بتوجيهات RoHS أمرًا بالغ الأهمية في تحديد نوع التشطيب السطحي المُستخدم. عادةً، لا تتوافق جميع أنواع التشطيبات السطحية التي تحتوي على الرصاص مع توجيهات RoHS ، ويجب تجنّبها.

اعتمادًا على المتطلبات والخصائص المحددة لمنتج PCB الخاص بك، يمكنك استخدام هذا الجدول لتحديد خيار تشطيب السطح المثالي.

خاتمة

يجب أن يكون اختيار أنواع تشطيب الأسطح لتحقيق النعومة المثلى ضروريًا لتلبية مختلف الوظائف. لكل نوع من أنواع معالجة الأسطح مزاياه وعيوبه. توجد بعض التقنيات الهندسية لمعالجة المشكلات الناجمة عن قصور نعومة السطح. على سبيل المثال، بالنسبة لضعف قوة التبلل في لوحات الدوائر المطبوعة ، توجد حلول مثل تغيير طلاء اللوحة أو سبيكة اللحام الموجي، وزيادة التسخين المسبق للجانب العلوي، وما إلى ذلك. يكمن الحل في مراعاة جميع العوامل الممكنة لتحقيق الأداء المطلوب.