Handleiding voor PCB-oppervlakteafwerkingen: 7 veelvoorkomende opties

Wat is PCB-oppervlaktebehandeling?

PCB-oppervlaktebehandeling heeft betrekking op de metalen verbinding tussen het blanke koper van de printplaat en het soldeerbare gebied van de componenten. Een printplaat heeft een koperen basisoppervlak dat, zonder beschermende coating, gevoelig is voor oxidatie, vandaar de noodzaak van oppervlaktereinheid.

PCB-oppervlaktebehandeling is een cruciale stap in het fabricage- en assemblageproces van PCB's en heeft twee hoofdfuncties: het beschermen van de blootliggende kopercircuits en het bieden van een soldeerbaar oppervlak voor componenten om aan de PCB te bevestigen. De oppervlaktebehandeling vindt plaats op de buitenste laag van de PCB, boven de koperlagen, en fungeert als een “coating” voor het koper.

Soorten PCB-oppervlaktebehandeling

Heteluchtsolderen nivelleren (HASL)
Vertinnen (dompeltin)
Chemisch nikkelonderdompelingsgoud (ENIG)
Organische soldeerbaarheid conserveermiddelen (OSP)
Onderdompeling Zilver (Afbeelding)
Stroomloos nikkel Stroomloos palladium onderdompeling goud (ENEPIG)
Hard goud (elektrolytisch hard goud)

PCB-oppervlaktebehandelingsprocessen

Heteluchtsolderen nivelleren (HASL)

HASL is een van de meest gebruikte oppervlaktebehandelingsmethoden in de industrie. Het is er in twee soorten: één met loodtin en één zonder. HASL is ook een van de goedkoopste beschikbare PCB-oppervlaktebehandelingstypes.

Om een ​​glad HASL-oppervlak te verkrijgen, wordt de printplaat ondergedompeld in gesmolten soldeer (tin/lood), waardoor alle blootliggende koperoppervlakken op de printplaat worden bedekt. Nadat het gesmolten soldeer is verlaten, wordt hete lucht onder hoge druk door een luchtmes over het oppervlak geblazen, waardoor de soldeerafzettingen glad worden en overtollig soldeer van het printplaatoppervlak wordt verwijderd.

Belangrijke parameters die tijdens dit proces moeten worden gecontroleerd, zijn onder meer de soldeertemperatuur, de temperatuur van het luchtmes, de druk van het luchtmes, de onderdompelingstijd, de opstijgsnelheid en meer.

Voordelen van HASL:

• Overvloedig aanbod
• Herwerkbaar
• Uitstekende houdbaarheid
• Uitstekende soldeerbaarheid
• Goedkoop/lage kosten
• Maakt een groter verwerkingsvenster mogelijk
• Langere opslagtijd
• Nadat de printplaat is voltooid, worden de pads vóór het solderen volledig bedekt met tin
• Geschikt voor loodvrij solderen
• Volwassen keuze voor oppervlaktebehandeling
• Maakt visuele inspectie en elektrische metingen mogelijk

Nadelen van HASL:

• Oneven oppervlak
• Niet geschikt voor fijne toonhoogte
• Bevat lood (HASL)
• Thermische schok
• Soldeer overbrugging
• Verstopte of verminderde PTH (geplateerd doorgaand gat)
• Dikte/uiterlijkverschillen tussen grote en kleine pads
• Niet geschikt voor SMD en BGA kleiner dan 2000 miljoenste inch
• Niet geschikt voor HDI-producten
• Niet geschikt voor draadverbindingen

Vertinnen (dompeltin)

Immersietin (ImSn) is een metalen afwerking die door een chemische verplaatsingsreactie rechtstreeks op het basismetaal van een printplaat, dat bestaat uit koper, wordt afgezet. ISn beschermt het onderliggende koper tegen oxidatie binnen de verwachte houdbaarheid. Omdat alle soldeer op tinbasis is, kan de tinlaag bij elk type soldeer passen.

Door organische additieven aan de tin-immersieoplossing toe te voegen, wordt de tinlaagstructuur korrelig, waardoor de problemen van tinwhiskers en tinmigratie worden overwonnen, terwijl deze ook een goede thermische stabiliteit en soldeerbaarheid bezit. Het tin-immersieproces kan een platte koper-tin intermetallische verbinding vormen, waardoor het een goede soldeerbaarheid heeft, zonder vlakheid en problemen met de diffusie van intermetallische verbindingen.

Voordelen van vertinnen:

• Uitstekende vlakheid (geschikt voor SMT), geschikt voor fijne spoed/BGA/kleine componenten
• Medium-cost loodvrije oppervlaktebehandelingstechnologie
• Geschikte persreinheid
• Behoudt een goede soldeerbaarheid na meerdere thermische excursies
• Geschikt voor horizontale productielijnen
• Geschikt voor fijngeometriebewerking, loodvrije montage

Nadelen van vertinnen:

• Gevoelig voor bediening
• Korte houdbaarheid, tinnen snorharen na 6 maanden
• Corrosief voor soldeermaskerlagen
• Niet aanbevolen voor gebruik met afpelbare maskers
• Geen geschikte keuze voor aanraakschakelaars
• Voor elektrisch testen is een speciale opstelling vereist (landing met zachte sonde)

Chemisch nikkelonderdompelingsgoud (ENIG)

ENIG-oppervlaktebehandeling (Electroless Nickel Immersion Gold) is altijd de beste optie geweest voor (vlakke) oppervlakken met fijne steek en loodvrije opties.
ENIG is een proces in twee stappen, waarbij een dunne laag nikkel over de koperlaag wordt bedekt en deze vervolgens wordt bedekt met een dunne laag goud. Nikkel fungeert als een barrière voor koper en is het oppervlak waarop componenten daadwerkelijk worden gesoldeerd, terwijl goud nikkel beschermt tijdens opslag.

Chemisch nikkelonderdompelingsgoud (ENIG)

De binnenlaagdikte van Ni is over het algemeen 3-6 μm, en de buitenlaagdikte van Au is over het algemeen 0.05-0.1 μm.

Ni vormt een barrièrelaag tussen het soldeer en koper.

De rol van Au is het voorkomen van oxidatie van Ni tijdens opslag, waardoor de houdbaarheid wordt verlengd, maar het verguldingsproces zorgt ook voor een uitstekende vlakheid van het oppervlak.

De verwerkingsstroom van ENIG is als volgt: Reiniging -> Etsen -> Katalysator -> Stroomloos nikkel -> Vergulden -> Residureiniging

Hoewel dit coatingproces een lange houdbaarheid heeft en voordelig is voor het galvaniseren van doorlopende gaten, is het een complex en duur proces dat niet herwerkbaar is en waarvan bekend is dat het verlies veroorzaakt in RF-signaalcircuits.

Voordelen van ENIG:

Vlak oppervlak
Loodvrij
Geschikt voor PTH (geplateerd doorgaand gat)
Lange houdbaarheid

Nadelen van ENIG:

Duur
Niet herwerkbaar
Zwart kussen/zwart nikkel
Schade door buitenaardse wezens
Signaalverlies (RF)
Complex proces

Organische soldeerbaarheid conserveermiddelen (OSP)

OSP (Organic Solderability Conservatives) of anti-corrosiemiddelen worden doorgaans aangebracht op blootliggend koper met behulp van een transportbandproces, waarbij het koperoppervlak wordt beschermd tegen oxidatie met een zeer dunne laag materiaal.

Deze film moet eigenschappen hebben zoals anti-oxidatie, thermische schokbestendigheid en vochtbestendigheid om het koperoppervlak onder normale omstandigheden te beschermen tegen roest (oxidatie of sulfidatie, enz.).

Tijdens daaropvolgend solderen bij hoge temperaturen moet deze beschermende film echter gemakkelijk en snel worden verwijderd door het vloeimiddel, zodat het schone koperoppervlak zich onmiddellijk kan hechten aan het gesmolten soldeer, waardoor in zeer korte tijd een sterke verbinding wordt gevormd.

Met andere woorden, OSP fungeert als een barrière tussen koper en lucht.

Het algemene proces van OSP is: ontvetten -> micro-etsen -> zuurwassen -> spoelen met zuiver water -> organische coating -> reinigen.

Voordelen van OSP:

• Vlak oppervlak
• Eenvoudig proces, zeer glad oppervlak, geschikt voor loodvrij solderen en SMT
• Herwerkbaar, geschikt voor horizontale productielijnen
• Kosteneffectief
• Milieuvriendelijk

Nadelen van OSP:

• Dikte kan niet worden gemeten
• Niet geschikt voor PTH (geplateerd doorgaand gat)
• Korte houdbaarheid
• Kan ICT-problemen veroorzaken
• Blootgesteld koper bij eindmontage
• Gevoelige verwerking
• Kan niet vaker dan twee keer worden gesoldeerd (herwerkt).
• Niet geschikt voor press-fit-technologie en draadbinding
• Onhandig voor visuele en elektrische tests

Onderdompeling Zilver (Afbeelding)

Immersiezilver wordt aangebracht op koperen PCB's door ze onder te dompelen in een zilverionentank met behulp van een niet-elektrolytische chemische oppervlaktebehandeling. Het is een ideale keuze voor printplaten met EMI-afscherming en wordt ook gebruikt in communicatieapparatuur.

Deze methode is vooral geschikt voor circuits met microgolffrequenties en transmissielijnen.

Zilveronderdompeling zorgt voor een vlak, soldeerbaar oppervlak en uitstekende elektrische eigenschappen. Het zilverdompelproces kan worden gebruikt op een grote verscheidenheid aan printplaten, inclusief stijve en flexibele printplaten.

Het algemene proces van onderdompeling van zilver is: ontvetten -> micro-etsen -> zilverafzetting -> spoelen.

Voordelen van Immersie Zilver:

• Geschikt voor fijne spoed
• Geschikt voor horizontale productielijnen
• Goed voor loodvrije montage, goede soldeerbaarheid en geschikt voor SMT
• Vlakheid
• Lange houdbaarheid, goed voor dubbelzijdige platen, draadbinden, geschikt voor ICT
• Goed in het behouden van de signaalkwaliteit in hoogfrequente circuits

Nadelen van immersiezilver:

• Korte houdbaarheid, moeilijk te bewaren (zwarte vlekken, vacuümverpakking vereist)
• Chemische verwijdering
• Oxidatie tijdens opslag
• Gevoelig voor bediening
• Ag3Sn-vorming
• Duur
• Niet geschikt voor aanraakschakelaars en afpelbare maskers
• Niet geschikt voor het verlijmen van gouddraad
• ICT-testen kunnen een storing veroorzaken
• Procesbeheersingsproblemen

Stroomloos nikkel Stroomloos palladium onderdompeling goud (ENEPIG)

ENEPIG is een complex proces waarbij drie lagen betrokken zijn: nikkel, palladium en goud, wat een uitstekende geleiding en bescherming biedt.

De verwerkingsstroom van ENEPIG is: Reinigen -> Etsen -> Katalysator -> Stroomloos nikkel -> Palladium -> Vergulden -> Residureiniging

ENEPIG is de meest geschikte oppervlaktebehandeling voor producten met een hoge betrouwbaarheid en hoge snelheid, waarbij de vlakheid, de hoge koperweerstand en de goede anticorrosie-eigenschappen bijzonder belangrijk zijn.

Voordelen van ENEPIG:

Uitstekend geschikt voor draadverbindingen
Geschikt voor fijne spoed en kleine onderdelen
Geschikt voor het verlijmen van gouddraad
Goed voor PTH
Goed voor perspassingstechnologie en draadverbindingen
Geschikt voor ICT en elektrische testen
Lange houdbaarheid
Loodvrij

Nadelen van ENEPIG:

Hoge kosten
Niet geschikt voor aanraakschakelaars
ICT-testen kunnen een storing veroorzaken
Vereist een stabiele productieomgeving
Niet geschikt voor golfsolderen

Hard goud (elektrolytisch hard goud)

Hard goud is een soort PCB-oppervlaktebehandeling waarbij een laag goud wordt gebruikt die is gelegeerd met een kleine hoeveelheid andere metalen om de duurzaamheid ervan te vergroten. Dit proces omvat het galvaniseren van een laag goud op het oppervlak van de PCB, die vervolgens wordt bedekt met een laag elektrolytisch nikkel om de hardheid en slijtvastheid te vergroten.

Hard goud wordt vaak gebruikt in toepassingen waarbij de PCB herhaaldelijk wordt ingebracht en verwijderd, zoals in connectoren en schakelaars. De harde gouden coating helpt voorkomen dat het goud na verloop van tijd wegslijt, waardoor betrouwbare elektrische verbindingen worden gegarandeerd.

Voordelen van hard goud:

Uitstekende duurzaamheid en slijtvastheid
Geschikt voor toepassingen waarbij herhaaldelijk inbrengen en verwijderen vereist is
Goed voor toepassingen met hoge betrouwbaarheid
Geschikt voor ICT en elektrische testen
Geschikt voor press-fit technologie en draadverbindingen
Geschikt voor fijne spoed en kleine onderdelen

Nadelen van hard goud:

Hoge kosten
Niet geschikt voor golfsolderen
Niet geschikt voor aanraakschakelaars
Beperkt diktebereik

Hoe kies je een PCB-oppervlakteafwerking?

De keuze van de oppervlakteafwerking voor printplaten is een van de meest cruciale stappen in de printplaatproductie , omdat deze direct van invloed is op de procesopbrengst, de hoeveelheid herwerk, het uitvalpercentage op locatie, de testbaarheid, het afvalpercentage en de kosten. Om een ​​hoge kwaliteit en optimale prestaties van het eindproduct te garanderen, moet bij de keuze van de oppervlaktegladheid rekening worden gehouden met alle belangrijke aspecten van de assemblage.

Gebruik dit artikel bij het vergelijken van verschillende afwerkingsopties op basis van kosten, houdbaarheid, vlakheid en montagevereisten. Als de beslissing voornamelijk gaat om HASL versus ENIG, lees dan de vergelijking HASL versus ENIG ; voor informatie over productiecapaciteit en offertes, raadpleegt u de selectie van PCB-oppervlakteafwerkingen.

PCB-oppervlakteafwerking

Vlakheid van soldeerpads Zoals eerder vermeld, kunnen sommige oppervlakteafwerkingen leiden tot oneffen oppervlakken, wat de prestaties, soldeerbaarheid en andere factoren kan beïnvloeden. Als vlakheid een kritische factor is, overweeg dan oppervlakteafwerkingen met dunne en uniforme lagen. In dit geval zijn geschikte opties ENIG, ENEPIG en OSP.

Soldeerbaarheid en bevochtiging

Soldeerbaarheid is altijd een belangrijke factor bij het gebruik van printplaten. Specifieke oppervlakteafwerkingen zoals OSP en ENEPIG blijken de soldeerbaarheid te belemmeren, terwijl andere, zoals HASL, juist geschikter zijn.

Goud- of aluminiumdraadverlijming

Als uw printplaat gouden of aluminium draadverbindingen vereist, bent u mogelijk beperkt tot ENIG en ENEPIG.

Opslag condities

Zoals eerder vermeld kunnen sommige oppervlakteafwerkingen (zoals OSP) de PCB broos maken tijdens de verwerking, terwijl andere de duurzaamheid vergroten. Er moet vooraf rekening worden gehouden met de opslag- en hanteringsvereisten, en oppervlakteafwerkingen die de PCB bros maken mogen alleen worden gebruikt als aan de opslag- en hanteringsvereisten zonder risico kan worden voldaan.

Soldeercycli

Hoe vaak wordt de printplaat gesoldeerd en herwerkt? Veel oppervlakteafwerkingen zijn ideaal voor nabewerking. Andere methoden, zoals onderdompeling in tin, zijn echter niet geschikt voor nabewerking.

PCB-oppervlakteafwerking - RoHS-conformiteit

De RoHS-richtlijn is cruciaal bij het bepalen van de te gebruiken oppervlakteafwerking. Over het algemeen zijn alle oppervlakteafwerkingen die lood bevatten niet geschikt voor de RoHS- richtlijn en moeten daarom worden vermeden.

Afhankelijk van de specifieke eisen en kenmerken van uw PCB-product kunt u deze tabel gebruiken om de perfecte oppervlakteafwerking te selecteren.

Conclusie

De keuze van het type oppervlakteafwerking voor een glad oppervlak moet optimaal zijn om aan de verschillende functies te voldoen. Elk type oppervlaktebehandeling heeft zijn eigen voor- en nadelen. Er zijn verschillende technieken om problemen als gevolg van een te glad oppervlak aan te pakken. Zo zijn er bijvoorbeeld oplossingen voor de lage bevochtigingskracht van OSP , zoals het aanpassen van de beplating van de printplaat of de golfsoldeerlegering, het verhogen van de voorverwarming aan de bovenzijde, enzovoort. De sleutel is om alle mogelijke factoren in overweging te nemen om de gewenste prestaties te bereiken.