Vejledning til PCB-overfladefinish for 7 almindelige muligheder

Hvad er PCB overfladebehandling?

PCB overfladebehandling refererer til metalforbindelsen mellem det blottede kobber på printpladen og komponenternes loddebare område. Et printkort har en basiskobberoverflade, der uden en beskyttende belægning er tilbøjelig til at oxidere, derfor behovet for overfladerenhed.

PCB-overfladebehandling er et afgørende trin i PCB-fremstillings- og samlingsprocessen, der tjener to hovedfunktioner: Beskyttelse af de blottede kobberkredsløb og tilvejebringelse af en loddebar overflade til komponenter, der kan fastgøres til printkortet. Overfladebehandling er placeret på det yderste lag af PCB, over kobberlagene, og fungerer som en "coating" for kobberet.

Typer af PCB overfladebehandling

Hot Air Solder Leveling (HASL)
Blikbelægning (Immersion Tin)
Elektroløs Nikkel Immersion Gold (ENIG)
Organic Solderability Conservatives (OSP)
Immersion Silver (ImAg)
Elektroløs Nikkel Elektroløs Palladium Immersion Gold (ENEPIG)
Hårdt guld (elektrolytisk hårdt guld)

PCB overfladebehandlingsprocesser

Hot Air Solder Leveling (HASL)

HASL er en af ​​de mest anvendte overfladebehandlingsmetoder i branchen. Den kommer i to typer: en med bly-tin og en uden. HASL er også en af ​​de billigste tilgængelige PCB overfladebehandlingstyper.

For at opnå en glat HASL-overflade er printpladen nedsænket i smeltet loddemiddel (tin/bly), der dækker alle frilagte kobberoverflader på pladen. Efter at have forladt det smeltede loddemateriale blæses varm højtryksluft over overfladen gennem en luftkniv, som udglatter loddeaflejringerne og fjerner overskydende loddemetal fra printpladens overflade.

Vigtige parametre, der skal kontrolleres under denne proces, omfatter loddetemperatur, luftknivstemperatur, luftknivstryk, nedsænkningstid, løftehastighed og mere.

Fordele ved HASL:

• Rigelig udbud
• Omarbejdelig
• Fremragende holdbarhed
• Fremragende loddeevne
• Billig/lav pris
• Giver mulighed for et større behandlingsvindue
• Længere opbevaringstid
• Efter færdiggørelse af PCB er puderne fuldt dækket med tin før lodning
• Velegnet til blyfri lodning
• Moden overfladebehandling valg
• Giver mulighed for visuel inspektion og elektriske målinger

Ulemper ved HASL:

• Ujævn overflade
• Ikke egnet til fine tonehøjde
• Indeholder bly (HASL)
• Termisk chok
• Loddebro
• Tilstoppet eller reduceret PTH (belagt gennemgående hul)
• Forskelle i tykkelse/udseende mellem store og små puder
• Ikke egnet til SMD og BGA mindre end 2000 milliontedele af en tomme
• Ikke egnet til HDI-produkter
• Ikke egnet til wire bonding

Blikbelægning (Immersion Tin)

Immersionstin (ImSn) er en metalfinish aflejret ved en kemisk forskydningsreaktion direkte på basismetallet på et printkort, som er kobber. ISn beskytter det underliggende kobber mod oxidation inden for dets forventede holdbarhed. Da alle loddematerialer er tinbaserede, kan tinlaget matche enhver type loddemetal.

Ved at tilsætte organiske additiver til tinnedsænkningsopløsningen bliver tinlagsstrukturen granulær, hvilket overvinder problemerne med tin whiskers og tinmigrering, samtidig med at den har god termisk stabilitet og loddeevne. Tinnedsænkningsprocessen kan danne en flad kobber-tin intermetallisk forbindelse, hvilket giver den god loddeevne, uden fladhed og diffusionsproblemer med intermetalliske forbindelser.

Fordele ved fortinning:

• Fremragende fladhed (velegnet til SMT), velegnet til fine tonehøjde/BGA/små ​​komponenter
• Middelpris blyfri overfladebehandlingsteknologi
• Egnet presning renhed
• Bevarer god loddeevne efter flere termiske udflugter
• Velegnet til horisontale produktionslinjer
• Velegnet til fingeometrisk bearbejdning, blyfri montage

Ulemper ved fortinning:

• Følsom over for håndtering
• Kort holdbarhed, knurhår efter 6 måneder
• Ætsende for loddemaskelag
• Anbefales ikke til brug med masker, der kan tages af
• Ikke et egnet valg til touch-kontakter
• Elektrisk test kræver speciel opsætning (blød sondelanding)

Elektroløs Nikkel Immersion Gold (ENIG)

ENIG (Electroless Nikkel Immersion Gold) overfladebehandling har altid været den bedste mulighed for fine pitch (flade) overflader og blyfri muligheder.
ENIG er en to-trins proces, der dækker et tyndt lag nikkel over kobberlaget og derefter dækker det med et tyndt lag guld. Nikkel fungerer som en barriere for kobber og er den overflade, som komponenter faktisk loddes på, mens guld beskytter nikkel under opbevaring.

Elektroløs Nikkel Immersion Gold (ENIG)

Den indre lagtykkelse af Ni er generelt 3-6μm, og den ydre lagtykkelse af Au er generelt 0.05-0.1μm.

Ni danner et barrierelag mellem loddemetal og kobber.

Au's rolle er at forhindre oxidation af Ni under opbevaring og dermed forlænge holdbarheden, men forgyldningsprocessen giver også fremragende overfladeplanhed.

Bearbejdningsflowet for ENIG er som følger: Rengøring -> Ætsning -> Katalysator -> Elektrofri nikkel -> Guldbelægning -> Restrensning

Selvom denne belægningsproces har en lang holdbarhed og er fordelagtig til galvanisering af gennemgående huller, er det en kompleks og dyr proces, som ikke kan genbearbejdes og som er kendt for at forårsage tab i RF-signalkredsløb.

Fordele ved ENIG:

Flad overflade
Blyfri
Velegnet til PTH (belagt gennemgående hul)
Lang holdbarhed

Ulemper ved ENIG:

Dyrt
Kan ikke omarbejdes
Sort pude/sort nikkel
Skader fra udlændinge
Signaltab (RF)
Kompleks proces

Organic Solderability Conservatives (OSP)

OSP (Organic Solderability Preservatives) eller anti-korrosionsmidler påføres typisk eksponeret kobber ved hjælp af en transportbåndsproces, der beskytter kobberoverfladen mod oxidation med et meget tyndt lag materiale.

Denne film skal have egenskaber som antioxidation, termisk stødbestandighed og fugtbestandighed for at beskytte kobberoverfladen mod rust (oxidation eller sulfidering osv.) under normale forhold.

Men under efterfølgende højtemperaturlodning skal denne beskyttelsesfilm nemt og hurtigt fjernes af flussmidlet for at tillade den rene kobberoverflade straks at binde sig til det smeltede loddemetal og danne en stærk samling på meget kort tid.

Med andre ord fungerer OSP som en barriere mellem kobber og luft.

Den generelle proces for OSP er: affedtning -> mikroætsning -> syrevask -> skylning med rent vand -> organisk belægning -> rengøring.

Fordele ved OSP:

• Flad overflade
• Enkel proces, meget glat overflade, velegnet til blyfri lodning og SMT
• Omarbejdelig, velegnet til horisontale produktionslinjer
• Omkostningseffektivt
• Miljøvenlig

Ulemper ved OSP:

• Tykkelsen kan ikke måles
• Ikke egnet til PTH (belagt gennemgående hul)
• Kort holdbarhed
• Kan forårsage IKT-problemer
• Frilagt kobber ved slutmontage
• Følsom behandling
• Kan ikke loddes (omarbejdes) mere end to gange
• Ikke egnet til press-fit teknologi og trådbinding
• Upraktisk til visuelle og elektriske tests

Immersion Silver (ImAg)

Nedsænkningssølv påføres kobber-PCB'er ved at nedsænke dem i en sølviontank ved hjælp af en ikke-elektrolytisk kemisk overfladebehandling. Det er et ideelt valg til printkort med EMI-afskærmning og bruges også i kommunikationsudstyr.

Denne metode er især velegnet til kredsløb med mikrobølgefrekvenser og transmissionslinjer.

Sølvnedsænkning giver en flad, lodbar overflade og fremragende elektriske egenskaber. Sølvnedsænkningsprocessen kan bruges på en lang række printplader, herunder stive og fleksible printplader.

Den generelle proces med nedsænkningssølv er: affedtning -> mikroætsning -> sølvaflejring -> skylning.

Fordele ved Immersion Silver:

• Velegnet til fin tonehøjde
• Velegnet til horisontale produktionslinjer
• God til blyfri montering, god loddeevne og velegnet til SMT
• Planhed
• Lang holdbarhed, god til dobbeltsidede plader, trådbinding, velegnet til IKT
• God til at bevare signalkvaliteten i højfrekvente kredsløb

Ulemper ved Immersion Silver:

• Kort holdbarhed, svær at opbevare (sorte pletter, kræver vakuumpakning)
• Kemisk bortskaffelse
• Oxidation under opbevaring
• Følsom over for håndtering
• Ag3Sn dannelse
• Dyrt
• Ikke egnet til berøringskontakter og aftagelige masker
• Ikke egnet til guldtrådsbinding
• IKT-test kan forårsage funktionsfejl
• Proceskontrolvanskeligheder

Elektroløs Nikkel Elektroløs Palladium Immersion Gold (ENEPIG)

ENEPIG er en kompleks proces, der involverer tre lag: nikkel, palladium og guld, hvilket giver fremragende ledningsevne og beskyttelse.

Processen i ENEPIG er: Rengøring -> Ætsning -> Katalysator -> Elektrofri nikkel -> Palladium -> Guldbelægning -> Restrensning

ENEPIG er den bedst egnede overfladebehandling til produkter med høj pålidelighed og høj hastighed, hvor dens fladhed, høje kobberbestandighed og gode anti-korrosionsegenskaber er særligt vigtige.

Fordele ved ENEPIG:

Fremragende til wire bonding
Velegnet til fine tonehøjde og små dele
Velegnet til guldtrådsbinding
Godt for PTH
God til press-fit teknologi og wire bonding
Velegnet til IKT og elektriske test
Lang holdbarhed
Blyfri

Ulemper ved ENEPIG:

Høj omkostning
Ikke egnet til touch-kontakter
IKT-test kan forårsage funktionsfejl
Kræver stabilt produktionsmiljø
Ikke egnet til bølgelodning

Hårdt guld (elektrolytisk hårdt guld)

Hårdt guld er en type PCB overfladebehandling, der bruger et lag guld legeret med en lille mængde andre metaller for at øge dets holdbarhed. Denne proces involverer galvanisering af et lag guld på overfladen af ​​PCB, som derefter er belagt med et lag af elektrolytisk nikkel for at øge dets hårdhed og slidstyrke.

Hårdt guld er almindeligt anvendt i applikationer, hvor PCB'et vil blive genstand for gentagne indsættelser og fjernelser, såsom i stik og kontakter. Den hårde guldbelægning hjælper med at forhindre guldet i at blive slidt over tid, hvilket sikrer pålidelige elektriske forbindelser.

Fordele ved hårdt guld:

Fremragende holdbarhed og slidstyrke
Velegnet til applikationer, der kræver gentagne indsættelser og fjernelser
God til applikationer med høj pålidelighed
Velegnet til IKT og elektriske test
Velegnet til press-fit teknologi og wire bonding
Velegnet til fine tonehøjde og små dele

Ulemper ved hårdt guld:

Høj omkostning
Ikke egnet til bølgelodning
Ikke egnet til touch-kontakter
Begrænset tykkelsesområde

Hvordan vælger man PCB overfladefinish?

Valget af overfladefinish til printkort er et af de mest kritiske trin i printkortproduktion , da det direkte påvirker procesudbytte, mængden af ​​genbearbejdning, fejlrate på stedet, testbarhed, kasseringsrate og omkostninger. For at sikre høj kvalitet og ydeevne af det endelige produkt skal alle vigtige overvejelser vedrørende samling tages i betragtning ved valg af overfladeglathed.

Brug denne artikel, når du sammenligner flere finishmuligheder på tværs af omkostninger, holdbarhed, planhed og monteringsbehov. Hvis beslutningen primært er HASL versus ENIG, skal du læse HASL vs ENIG-sammenligning ; for produktionskapacitet og tilbudsnoter, brug valg af printkortoverfladefinish.

PCB overfladefinish

Loddepladens fladhed Som tidligere nævnt kan nogle overfladefinisher føre til ujævne overflader, hvilket kan påvirke ydeevne, loddeevne og andre faktorer. Hvis planhed er en kritisk faktor, skal du overveje overfladefinish med tynde og ensartede lag. I dette tilfælde omfatter passende muligheder ENIG, ENEPIG og OSP.

Loddebarhed og befugtning

Loddeevne er altid en nøglefaktor ved brug af printkort. Specifikke overfladebehandlinger som OSP og ENEPIG har vist sig at hæmme loddeevnen, mens andre som HASL er mere egnede.

Guld- eller aluminiumstrådsbinding

Hvis dit printkort kræver guld- eller aluminiumstrådbinding, kan du være begrænset til ENIG og ENEPIG.

Opbevaringsbetingelser

Som tidligere nævnt kan nogle overfladefinisher (såsom OSP) gøre PCB'et sprødt under forarbejdning, mens andre forbedrer holdbarheden. Krav til opbevaring og håndtering bør overvejes på forhånd, og overfladefinisher, der gør PCB'et sprødt, bør kun anvendes, når krav til opbevaring og håndtering kan opfyldes uden risiko.

Lodning cyklusser

Hvor mange gange vil printet blive loddet og omarbejdet? Mange overfladefinisher er ideelle til efterbearbejdning. Andre metoder som tinnedsænkning er dog ikke egnede til efterbearbejdning.

PCB overfladefinish-RoHS-overensstemmelse

RoHS-overholdelse er afgørende for at bestemme den overfladebehandling, der skal anvendes. Typisk er alle overfladebehandlinger, der bruger bly, ikke egnede til RoHS- overholdelse og bør undgås.

Afhængigt af de specifikke krav og karakteristika for dit PCB-produkt, kan du bruge denne tabel til at vælge den perfekte overfladefinish.

Konklusion

Valget af overfladebehandlingstyper for at opnå en glat overflade skal være optimalt for at opfylde forskellige funktioner. Hver type overfladebehandling har sine egne fordele og ulemper. Der findes nogle tekniske teknikker til at løse problemer forårsaget af mangler ved overfladeglathed. For eksempel, for OSP 's lave befugtningskraft , findes der løsninger såsom at ændre pladens eller bølgeloddelegeringens plettering, øge forvarmningen af ​​oversiden osv. Nøglen er at overveje alle mulige faktorer for at opnå den ønskede ydeevne.