Výhody a nevýhody povrchové úpravy DPS

Desky s plošnými spoji (PCB) jsou páteří moderní elektroniky, kterou najdeme ve všem od chytrých telefonů po satelity. Jejich funkčnost a spolehlivost silně závisí na kvalitě použité povrchové úpravy. Tato příručka se ponoří do složitosti povrchových úprav PCB, diskutuje o jejich typech, výhodách, nevýhodách a vědě za jejich účinností.

Úvod do povrchových úprav desek plošných spojů

Povrchové úpravy jsou kritickým aspektem výroby desek s plošnými spoji (PCB). Plní několik funkcí:

• Chraňte měď před oxidací a korozí
• Zajistěte dobrou pájitelnost pro uchycení součástí
• Zajistěte vodivost mezi spoji
• Odolávají opotřebení a oděru během montáže a používání
• Umožněte efektivní kontrolu a testování

Tento článek podrobně zkoumá běžné možnosti povrchové úpravy PCB, jejich výhody a omezení a pokyny pro výběr.

Horkovzdušná pájecí nivelace (HASL)

HASL je tradiční přístup pro konečnou úpravu DPS, používaný od 1960. let XNUMX. století. Tyto kroky zahrnují:

1. Aplikace tavidla k odstranění oxidů a zlepšení roztření pájky.
2. Namáčení desek v lázni roztavené pájky (typicky cín-olovo).
3. Vyrovnání tekuté pájky pomocí proudů horkého vzduchu nebo dusíku při vytahování.

To zanechá povlak pájky na destičkách PCB a stopy. Klíčovými parametry procesu jsou teplota pájecí lázně, doba expozice, tlak a teplota vzduchového nože.

Tloušťka HASL se pohybuje od 1-70 μm. Typická tloušťka je 20-30 μm. Matná povrchová úprava HASL poskytuje vynikající pájitelnost. Pájecí povlak zabraňuje oxidaci a umožňuje vytvoření spolehlivých pájených spojů.

Existují však některé nevýhody HASL:

• Nestejnoměrná tloušťka: Efekt menisku vede k nerovnoměrným usazeninám.
• Omezená trvanlivost: Povrchová úprava časem oxiduje.
• Nevhodné pro jemné rozteče: Riziko přemostění pájky na hustých DPS.
• Deformace tenkých desek: Vysoké teploty mohou způsobit deformaci.
• Zachycování zbytků tavidla: Tavidlo se může zachytit pod pájkou.
• Výzvy DFM: HASL může způsobit problémy s vyrobitelností.

Úpravy, jako je snížení teploty pájecí lázně, pomáhají zlepšit proces. Celkově HASL poskytuje přijatelný výkon za nízkou cenu. Pro moderní design s jemným sklonem však existují výzvy.

Organické konzervační prostředky na pájení (OSP)

Povlaky OSP jsou organické sloučeniny aplikované na povrch PCB. Obsahují chemikálie jako imidazoly nebo benzimidazoly, které reagují s oxidem mědi za vzniku tenkých polymerních filmů.

Tloušťka vrstvy OSP je 0.1-0.2 μm. Nátěry působí jako dočasná ochrana proti oxidaci. Ale musí být také odstranitelné během pájení, aby se odhalila holá měď.

Výhody OSP:

• Jednoduchý proces stříkáním nebo máčením
• Hladký povrch srovnatelný s ENIG
• Nízká cena a bez olova
• Vhodné pro jemnou výšku tónu

Nevýhody:

• Omezená doba použitelnosti
• Problémy s přepracovatelností
• Obtížná optická kontrola
• Nižší odolnost vůči drsnému prostředí

OSP je vhodný pro mnoho aplikací spotřební elektroniky. Vyšší požadavky na spolehlivost však mohou vyžadovat jiné povrchové úpravy.

Imerzní stříbro a Imerzní cín

Imerzní stříbro a cín jsou chemicky nanesené kovové vrstvy na DPS pomocí vytěsňovacích reakcí. PCB jsou ponořeny do zahřátých roztoků s ionty stříbra nebo cínu. Ionty nahrazují atomy mědi a pokovují desky.

Typická tloušťka je 0.1-0.3 μm pro imerzní stříbro a 0.1-0.8 μm pro imerzní cín.

Výhody:

• Výborná pájitelnost
• Bez obsahu olova a v souladu s RoHS
• Nižší náklady než zlaté povrchy
• Jednodušší zpracování než bezproudové pokovování

Nevýhody:

• Zmatnění a oxidace v průběhu času
• Omezená doba použitelnosti
• Rizika vousů s cínem
• Je třeba více přepracovat se stříbrem

Tyto povrchové úpravy vyhovují mnoha nákladům citlivé spotřební elektroniky. U výrobků s dlouhou životností však existují obavy o stabilitu.

Bezproudové niklové imerzní zlato (ENIG)

ENIG zahrnuje počáteční bezproudové niklování, po kterém následuje ponoření tenké vrstvy zlata. Niklový povlak má tloušťku 3-6 μm, zatímco zlato je 0.05-0.15 μm.

Nikl působí jako difúzní bariérová vrstva a poskytuje dobrý základ pro pájení. Zlato nabízí vynikající odolnost proti korozi a vodivost.

Výhody ENIG:

• Výborná trvanlivost
• Noste ochranu ze zlaté vrstvy
• Kompatibilní bez olova
• Jednotný a hladký povrch

Nevýhody:

• Vysoká cena kvůli zlatu
• Nutná přísná kontrola procesu
• Možná ztráta pájitelnosti v průběhu času
• Křehké nánosy v tloušťkách nad 0.5 μm

ENIG je vhodný pro vysoce spolehlivé a vojenské PCB, kde cena není omezením.

Elektrolytický nikl/zlato (tvrdé zlato/měkké zlato)

Elektrolytický nikl/zlato označuje galvanicky pokovené niklové a zlaté povlaky na PCB. Existují dva primární typy:

Tvrdé zlato

Tvrdé zlato má vyšší obsah niklu nebo kobaltu, což má za následek nižší ryzost kolem 90-95 %. Je tvrdší a odolnější proti opotřebení.

Tvrdé zlato se běžně používá pro:

• Okrajové konektory a prsty – Odolává párovacím cyklům
• Kontaktní body – Zvládá přepínání oblouků
• Konektory – odolné proti oděru

Tloušťka se může pohybovat od 2 do 10 μm na základě požadavků na opotřebení.

Měkké zlato

Měkké zlato obsahuje >99 % čistého zlata. Nabízí maximální vodivost a odolnost proti korozi. Měkké zlaté obleky:

• Drátové spojování – Umožňuje vysoko výnosné spojování
• Pájení – Poskytuje vynikající smáčivost

Typické tloušťky jsou 0.05-2 μm.

Výhody elektrolytického niklu/zlato

• Přizpůsobitelná tloušťka podle potřeby
• Tvrdá zlatá varianta pro kontakty/konektory
• Kompatibilní bez olova

Nevýhody

• Velmi drahé, zvláště měkké zlato
• Nižší počáteční pájitelnost tvrdého zlata
• Při vyšších tloušťkách křehký
• Pro zlaté prsty jsou vyžadovány další stopy

Elektrolytický nikl/zlato umožňuje optimalizovaný výkon, ale za vyšší cenu.

Bezproudový nikl Bezproudové palladiové imerzní zlato (ENEPIG)

ENEPIG zlepšuje ENIG přidáním bezproudové vrstvy palladia mezi niklové a zlaté povlaky. To dále zlepšuje odolnost proti korozi.

Tloušťka vrstvy niklu je ~3-6 μm. Palladium je ~0.1-0.5 μm, zatímco zlato je 0.02-0.1 μm.

Výhody ENEPIG

• Eliminuje riziko černé podložky pomocí ENIG
• Lepší spojovatelnost drátů než ENIG
• Vysoká odolnost proti korozi a oxidaci
• Dlouhá trvanlivost

Nevýhody

• Velmi složité řízení procesu
• Vysoká cena díky vícevrstvým nánosům
• Novější proces, stále zraje
• Často potřebuje finální bleskové zlacení

ENEPIG poskytuje maximální ochranu pro drsná prostředí. Ale je to také nejdražší povrchová úprava PCB.

Kapalné fotozobrazitelné pájecí masky (LPSIM)

LPSIM nebo Liquid Photoimageable Coatings (LPC) jsou pájecí masky vytvrditelné UV zářením. Působí jako trvalá ochranná povrchová úprava, což eliminuje potřebu konformních povlaků.

LPSIM se nanáší sítotiskem nebo nástřikem. Je vystavena a vytvrzena za vzniku pevné ochranné polymerní vrstvy.

Výhody LPSIM:

• Vynikající ochrana proti prostředí/oděru
• Vylepšená integrace procesů
• Vyšší rozlišení než maska ​​se suchým filmem
• Vydrží vícenásobné přetočení

Nevýhody:

• Omezená kontrola po aplikaci
• Komplexní více kroků zpracování
• Vyšší náklady na materiál a zpracování
• Obavy z odolnosti proti tepelným šokům

Celkově LPSIM poskytuje spolehlivě vysoce výkonnou ochranu. Ale za vyšší cenu než tradiční pájecí masky.

Závěr

Povrchová úprava DPS má podstatný vliv na vyrobitelnost, pájecí procesy, kontrolovatelnost, spolehlivost a cenu. Optimalizace povrchové úpravy vyžaduje vyhodnocení klíčových kompromisů na základě životního cyklu produktu, cílů kvality a rozpočtu. Tento přehled poskytuje návrhářům komplexní pohled na výběr správné povrchové úpravy pro potřeby jejich aplikace.

Související příspěvky

1.Co je proces výroby PCB?
2.Co je PCB?
3. Komplexní průvodce povrchovými úpravami PCB: výběr, vlastnosti a spolehlivost