Ghid de finisare a suprafeței PCB pentru 7 opțiuni comune

Ce este tratamentul suprafeței PCB?

Tratamentul suprafeței PCB se referă la interconectarea metalică dintre cuprul gol al plăcii de circuit imprimat și zona de lipire a componentelor. O placă de circuit are o suprafață de bază din cupru care, fără un strat protector, este predispusă la oxidare, de unde și necesitatea curățeniei suprafeței.

Tratarea suprafeței PCB este o etapă crucială în procesul de fabricație și asamblare a PCB-urilor, îndeplinind două funcții principale: protejarea circuitelor de cupru expuse și asigurarea unei suprafețe lipibile pentru ca componentele să se atașeze la PCB. Tratarea suprafeței se face pe stratul exterior al PCB-ului, deasupra straturilor de cupru, acționând ca un „acoperire” pentru cupru.

Tipuri de tratare a suprafeței PCB

Nivelare lipire aer cald (HASL)
Costinire (Imersie Stanire)
Aur de imersie cu nichel fără electrolit (ENIG)
Conservanți organici de lipit (OSP)
Immersion Silver (ImAg)
Aur fără imersie de paladiu cu nichel fără electroliu (ENEPIG)
Aur dur (aur dur electrolitic)

Procese de tratare a suprafeței PCB

Nivelare lipire aer cald (HASL)

HASL este una dintre cele mai utilizate metode de tratare a suprafețelor în industrie. Este disponibilă în două tipuri: una cu plumb-staniu și una fără. HASL este, de asemenea, unul dintre cele mai ieftine tipuri de tratare a suprafețelor PCB disponibile.

Pentru a obține o suprafață HASL netedă, placa de circuit este imersată în aliaj de lipire topit (staniu/plumb), acoperind toate suprafețele expuse de cupru de pe placă. După ce se lasă aliajul de lipire topit, aer cald de înaltă presiune este suflat peste suprafață printr-un cuțit de aer, care netezește depunerile de aliaj de lipire și îndepărtează excesul de aliaj de pe suprafața plăcii de circuit.

Parametrii importanți de controlat în timpul acestui proces includ temperatura de lipire, temperatura cuțitului de aer, presiunea cuțitului de aer, timpul de imersie, viteza de ridicare și multe altele.

Avantajele HASL:

• Oferta abundenta
• Reluabil
• Termen de valabilitate excelent
• Lipibilitate remarcabilă
• Ieftin/cost redus
• Permite o fereastră de procesare mai mare
• Timp mai lung de depozitare
• După finalizarea PCB-ului, plăcuțele sunt complet acoperite cu staniu înainte de lipire.
• Potrivit pentru lipire fără plumb
• Alegerea tratamentului pentru suprafețe mature
• Permite inspecția vizuală și măsurătorile electrice

Dezavantaje ale HASL:

• Suprafață neuniformă
• Nu este potrivit pentru pitch fin
• Conține plumb (HASL)
• Soc termic
• Punte de lipit
• PTH înfundat sau redus (gaură traversantă placată)
• Diferențe de grosime/aspect între tampoanele mari și cele mici
• Nu este potrivit pentru SMD și BGA mai mici de 2000 de milionimi de inch
• Nu este potrivit pentru produsele HDI
• Nu este potrivit pentru lipirea firelor

Costinire (Imersie Stanire)

Staniul de imersie (ImSn) este un finisaj metalic depus printr-o reacție chimică de deplasare direct pe metalul de bază al unei plăci de circuit, care este cuprul. ISn protejează cuprul de oxidare în termenul de valabilitate așteptat. Deoarece toate aliajele de lipit sunt pe bază de staniu, stratul de staniu se poate potrivi cu orice tip de aliaj de lipit.

Prin adăugarea de aditivi organici în soluția de imersie în staniu, structura stratului de staniu devine granulară, depășind problemele legate de barbă de staniu și migrarea staniului, având în același timp o bună stabilitate termică și lipire. Procesul de imersie în staniu poate forma un compus intermetalic plat cupru-staniu, conferindu-i o bună lipire, fără probleme de planeitate și difuzie a compușilor intermetalici.

Avantajele stanării:

• Planeitate excelentă (potrivită pentru SMT), potrivită pentru componente cu pas fin/BGA/mici
• Tehnologie de tratare a suprafețelor fără plumb, cu cost mediu
• Curățenie adecvată a presării
• Menține o bună lipire după multiple fluctuații termice
• Potrivit pentru linii de producție orizontale
• Potrivit pentru prelucrare cu geometrie fină, asamblare fără plumb

Dezavantaje ale stanării:

• Sensibil la manipulare
• Termen de valabilitate scurt, mustăți de tablă după 6 luni
• Coroziv pentru straturile măștilor de lipire
• Nu este recomandată utilizarea cu măști exfoliabile
• Nu este o alegere potrivită pentru comutatoarele tactile
• Testarea electrică necesită o configurație specială (aterizare ușoară a sondei)

Aur de imersie cu nichel fără electrolit (ENIG)

Tratamentul de suprafață ENIG (aur prin imersie în nichel electrolit) a fost întotdeauna cea mai bună opțiune pentru suprafețele plate (cu pas fin) și opțiunile fără plumb.
ENIG este un proces în doi pași, acoperind stratul de cupru cu un strat subțire de nichel, apoi acesta fiind acoperit cu un strat subțire de aur. Nichelul acționează ca o barieră pentru cupru și este suprafața pe care componentele sunt lipite efectiv, în timp ce aurul protejează nichelul în timpul depozitării.

Aur de imersie cu nichel fără electrolit (ENIG)

Grosimea stratului interior de Ni este în general de 3-6 μm, iar grosimea stratului exterior de Au este în general de 0.05-0.1 μm.

Ni formează un strat barieră între lipire și cupru.

Rolul Au este de a preveni oxidarea Ni în timpul depozitării, prelungind astfel durata de valabilitate, dar procesul de placare cu aur produce și o planeitate excelentă a suprafeței.

Fluxul de procesare al ENIG este următorul: Curățare -> Gravare -> Catalizator -> Nichelare electrolitică -> Placare cu aur -> Curățare reziduuri

Deși acest proces de acoperire are o durată lungă de viață și este avantajos pentru galvanizarea găurilor străpunse, este un proces complex și costisitor, care nu poate fi prelucrat și este cunoscut pentru pierderile de semnal în circuitele RF.

Avantajele ENIG:

Suprafață plană
Fara plumb
Potrivit pentru PTH (gaură traversantă placată)
Perioada de valabilitate lungă

Dezavantaje ale ENIG:

Scump
Nu este reluabil
Tampon negru/nichel negru
Daune provocate de extratereștri
Pierdere de semnal (RF)
Proces complex

Conservanți organici de lipit (OSP)

Agenții OSP (conservanți organici pentru lipire) sau agenții anticorozivi sunt de obicei aplicați pe cuprul expus folosind un proces cu bandă transportoare, protejând suprafața cuprului de oxidare cu un strat foarte subțire de material.

Această peliculă trebuie să aibă proprietăți precum antioxidare, rezistență la șocuri termice și rezistență la umiditate pentru a proteja suprafața de cupru de rugină (oxidare sau sulfidare etc.) în condiții normale.

Totuși, în timpul lipirii ulterioare la temperatură înaltă, această peliculă protectoare trebuie îndepărtată ușor și rapid de către flux pentru a permite suprafeței curate de cupru să se lege imediat de aliajul de lipire topit, formând o îmbinare puternică într-un timp foarte scurt.

Cu alte cuvinte, OSP acționează ca o barieră între cupru și aer.

Procesul general al OSP este: degresare -> micro-gravare -> spălare acidă -> clătire cu apă pură -> acoperire organică -> curățare.

Avantajele OSP:

• Suprafață plană
• Proces simplu, suprafață foarte netedă, potrivit pentru lipire fără plumb și SMT
• Reprelucrabil, potrivit pentru linii de producție orizontale
• Cost-eficiente
• Prietenos cu mediul

Dezavantaje ale OSP-ului:

• Grosimea nu poate fi măsurată
• Nu este potrivit pentru PTH (gaură traversantă placată)
• Termen de valabilitate scurt
• Poate cauza probleme TIC
• Cupru expus la asamblarea finală
• Procesare sensibilă
• Nu poate fi lipit (reprelucrat) de mai mult de două ori
• Nu este potrivit pentru tehnologia de presare și legarea cu sârmă
• Incomod pentru teste vizuale și electrice

Immersion Silver (ImAg)

Argintul prin imersie se aplică pe plăcile de circuite imprimate din cupru prin imersarea acestora într-un rezervor de ioni de argint folosind un tratament chimic de suprafață neelectrolitic. Este o alegere ideală pentru plăcile de circuite imprimate cu ecranare EMI și este utilizată și în echipamentele de comunicații.

Această metodă este potrivită în special pentru circuite cu frecvențe de microunde și linii de transmisie.

Imersia cu argint oferă o suprafață plană, lipibilă și proprietăți electrice excelente. Procesul de imersie cu argint poate fi utilizat pe o mare varietate de plăci de circuite, inclusiv plăci de circuite rigide și flexibile.

Procesul general de imersie a argintului este: degresare -> microgravare -> depunere de argint -> clătire.

Avantajele argintului prin imersiune:

• Potrivit pentru pas fin
• Potrivit pentru linii de producție orizontale
• Bun pentru asamblare fără plumb, lipire bună și potrivit pentru SMT
• Platitudine
• Durată lungă de valabilitate, potrivit pentru plăci față-verso, legare cu sârmă, potrivit pentru ICT
• Bun la menținerea calității semnalului în circuitele de înaltă frecvență

Dezavantaje ale argintului prin imersiune:

• Durată scurtă de valabilitate, dificil de depozitat (pete negre, necesită ambalare în vid)
• Eliminarea substanțelor chimice
• Oxidarea în timpul depozitării
• Sensibil la manipulare
• Formarea Ag3Sn
• Scump
• Nu este potrivit pentru comutatoare tactile și măști detașabile
• Nu este potrivit pentru lipirea cu fir de aur
• Testarea ICT poate cauza o defecțiune
• Dificultăți de control al procesului

Aur fără imersie de paladiu cu nichel fără electroliu (ENEPIG)

ENEPIG este un proces complex care implică trei straturi: nichel, paladiu și aur, oferind o conductivitate și o protecție excelente.

Fluxul de procesare al ENEPIG este: Curățare -> Gravare -> Catalizator -> Nichel electrolit -> Paladiu -> Placare cu aur -> Curățare reziduuri

ENEPIG este cel mai potrivit tratament de suprafață pentru produse de înaltă fiabilitate și viteză mare, unde planeitatea, rezistența ridicată la cupru și proprietățile bune anticorozive sunt deosebit de importante.

Avantajele ENEPIG:

Excelent pentru lipirea firelor
Potrivit pentru piese mici și cu pas fin
Potrivit pentru lipirea cu fir de aur
Bun pentru PTH
Bun pentru tehnologia de presare și lipirea cu fir
Potrivit pentru teste ICT și electrice
Perioada de valabilitate lungă
Fara plumb

Dezavantaje ale ENEPIG:

Cost ridicat
Nu este potrivit pentru comutatoare tactile
Testarea ICT poate cauza o defecțiune
Necesită un mediu de producție stabil
Nu este potrivit pentru lipirea în valuri

Aur dur (aur dur electrolitic)

Aurul dur este un tip de tratament de suprafață pentru PCB-uri care utilizează un strat de aur aliat cu o cantitate mică de alte metale pentru a-i crește durabilitatea. Acest proces implică galvanizarea unui strat de aur pe suprafața PCB-ului, care este apoi acoperit cu un strat de nichel electrolitic pentru a-i crește duritatea și rezistența la uzură.

Aurul dur este utilizat în mod obișnuit în aplicații în care PCB-ul va fi supus unor inserții și scoateri repetate, cum ar fi în conectori și comutatoare. Stratul de aur dur ajută la prevenirea uzurii aurului în timp, asigurând conexiuni electrice fiabile.

Avantajele aurului dur:

Durabilitate excelentă și rezistență la uzură
Potrivit pentru aplicații care necesită inserții și extrageri repetate
Bun pentru aplicații cu fiabilitate ridicată
Potrivit pentru teste ICT și electrice
Potrivit pentru tehnologia de presare și lipirea cu sârmă
Potrivit pentru piese mici și cu pas fin

Dezavantaje ale aurului dur:

Cost ridicat
Nu este potrivit pentru lipirea în valuri
Nu este potrivit pentru comutatoare tactile
Gamă limitată de grosime

Cum să alegi finisajul suprafeței PCB?

Selectarea finisajului suprafeței pentru PCB-uri este una dintre cele mai importante etape în fabricarea PCB-urilor , deoarece are un impact direct asupra randamentului procesului, cantității de reprelucrare, ratei de defecțiune la fața locului, testabilității, ratei de rebut și costului. Pentru a asigura o calitate și o performanță ridicate ale produsului final, toate considerațiile importante privind asamblarea trebuie luate în considerare la selectarea netezimii suprafeței.

Folosiți acest articol atunci când comparați mai multe opțiuni de finisare în funcție de cost, durată de valabilitate, planeitate și nevoi de asamblare. Dacă decizia este în principal HASL versus ENIG, citiți comparația HASL vs ENIG ; pentru capacitatea de producție și notele de ofertă, utilizați selecția finisajului suprafeței PCB.

Finisajul suprafeței PCB

Planeitatea plăcuțelor de lipire După cum am menționat anterior, unele finisaje ale suprafețelor pot duce la suprafețe neuniforme, ceea ce poate afecta performanța, lipirea și alți factori. Dacă planeitatea este un factor critic, luați în considerare finisaje ale suprafețelor cu straturi subțiri și uniforme. În acest caz, opțiunile potrivite includ ENIG, ENEPIG și OSP.

Sudabilitate și umectare

Sudabilitatea este întotdeauna un factor cheie atunci când se utilizează PCB-uri. S-a demonstrat că anumite finisaje de suprafață, precum OSP și ENEPIG, împiedică lipirea, în timp ce altele, precum HASL, sunt mai potrivite.

Lipire cu sârmă de aur sau aluminiu

Dacă PCB-ul dvs. necesită lipire cu sârmă de aur sau aluminiu, este posibil să fiți limitat la ENIG și ENEPIG.

Conditii de depozitare

Așa cum am menționat anterior, unele finisaje de suprafață (cum ar fi OSP) pot face PCB-ul fragil în timpul procesării, în timp ce altele sporesc durabilitatea. Cerințele de depozitare și manipulare trebuie luate în considerare în avans, iar finisajele de suprafață care fac PCB-ul fragil ar trebui utilizate numai atunci când cerințele de depozitare și manipulare pot fi îndeplinite fără riscuri.

Cicluri de lipire

De câte ori va fi lipit și prelucrat PCB-ul? Multe finisaje de suprafață sunt ideale pentru prelucrare. Cu toate acestea, alte metode, cum ar fi imersia în staniu, nu sunt potrivite pentru prelucrare.

Finisajul suprafeței PCB - Conformitate cu RoHS

Conformitatea cu RoHS este crucială în determinarea finisajului de suprafață care va fi utilizat. De obicei, toate finisajele de suprafață care utilizează plumb nu sunt adecvate pentru conformitatea cu RoHS și ar trebui evitate.

În funcție de cerințele și caracteristicile specifice ale produsului dumneavoastră PCB, puteți utiliza acest tabel pentru a selecta opțiunea perfectă de finisare a suprafeței.

Concluzie

Selecția tipurilor de finisaj al suprafeței pentru netezimea suprafeței trebuie să fie optimă pentru a îndeplini diverse funcții. Fiecare tip de tratament al suprafeței are propriile avantaje și dezavantaje. Există câteva tehnici inginerești pentru a aborda problemele cauzate de deficiențele de netezime a suprafeței. De exemplu, pentru forța de umectare redusă a OSP , există soluții precum schimbarea stratului de placare al plăcii sau a aliajului de lipire în undă, creșterea preîncălzirii părții superioare și așa mai departe. Cheia este de a lua în considerare toți factorii posibili pentru a obține performanța dorită.