Guide för PCB-yta för 7 vanliga alternativ

Vad är PCB Ytbehandling?

PCB-ytbehandling avser metallförbindelsen mellan den blotta kopparn på kretskortet och komponenternas lödbara område. Ett kretskort har en basyta av koppar som utan skyddande beläggning är benägen att oxidera, därav behovet av ytrenhet.

PCB-ytbehandling är ett avgörande steg i PCB-tillverkning och monteringsprocessen, och har två huvudfunktioner: att skydda de exponerade kopparkretsarna och tillhandahålla en lödbar yta för komponenter att fästa på PCB. Ytbehandling är placerad på det yttersta lagret av PCB, ovanför kopparlagren, och fungerar som en "beläggning" för kopparn.

Typer av PCB Ytbehandling

Hot Air Solder Leveling (HASL)
Tennplätering (Immersion Tenn)
Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG)
Organiska lödbarhetskonserveringsmedel (OSP)
Immersion Silver (ImAg)
Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold (ENEPIG)
Hårt guld (elektrolytiskt hårt guld)

PCB Ytbehandlingsprocesser

Hot Air Solder Leveling (HASL)

HASL är en av de mest använda ytbehandlingsmetoderna i branschen. Den finns i två typer: en med bly-tenn och en utan. HASL är också en av de billigaste tillgängliga PCB ytbehandlingstyperna.

För att uppnå en jämn HASL-yta är kretskortet nedsänkt i smält lod (tenn/bly), som täcker alla exponerade kopparytor på kortet. Efter att ha lämnat det smälta lodet blåses varmluft med högt tryck över ytan genom en luftkniv, som jämnar ut lodavlagringarna och tar bort överflödigt lod från kretskortets yta.

Viktiga parametrar att kontrollera under denna process inkluderar lödtemperatur, luftknivstemperatur, luftknivstryck, nedsänkningstid, lyfthastighet och mer.

Fördelar med HASL:

• Rikligt utbud
• Omarbetbar
• Utmärkt hållbarhet
• Enastående lödbarhet
• Billig/låg kostnad
• Möjliggör ett större bearbetningsfönster
• Längre lagringstid
• Efter PCB-komplettering täcks kuddarna helt med tenn innan lödning
• Lämplig för blyfri lödning
• Moget ytbehandlingsval
• Möjliggör visuell inspektion och elektriska mätningar

Nackdelar med HASL:

• Ojämn yta
• Inte lämplig för fin tonhöjd
• Innehåller bly (HASL)
• Värmechock
• Löd överbryggning
• Igensatt eller reducerad PTH (pläterat genomgående hål)
• Skillnader i tjocklek/utseende mellan stora och små kuddar
• Inte lämplig för SMD och BGA mindre än 2000 miljondelar av en tum
• Ej lämplig för HDI-produkter
• Ej lämplig för trådlimning

Tennplätering (Immersion Tenn)

Nedsänkningstenn (ImSn) är en metallyta som avsatts genom en kemisk förskjutningsreaktion direkt på basmetallen på ett kretskort, som är koppar. ISn skyddar den underliggande kopparn från oxidation inom dess förväntade hållbarhetstid. Eftersom alla lod är tennbaserade kan tennskiktet matcha vilken typ av lod som helst.

Genom att lägga till organiska tillsatser till tennnedsänkningslösningen blir tennskiktets struktur granulär, vilket övervinner problemen med tennhår och tennmigrering, samtidigt som den har god termisk stabilitet och lödbarhet. Tennnedsänkningsprocessen kan bilda en platt koppar-tenn intermetallisk förening, ger den god lödbarhet, utan planhet och diffusionsproblem mellan metalliska föreningar.

Fördelar med plätering:

• Utmärkt planhet (lämplig för SMT), lämplig för fin stigning/BGA/små ​​komponenter
• Medium kostnad blyfri ytbehandlingsteknik
• Lämplig pressrenhet
• Bibehåller god lödbarhet efter flera termiska utflykter
• Lämplig för horisontella produktionslinjer
• Lämplig för fingeometrisk bearbetning, blyfri montering

Nackdelar med plätering:

• Känslig för hantering
• Kort hållbarhet, tenn morrhår efter 6 månader
• Frätande på lödmaskskikt
• Rekommenderas inte för användning med avdragbara masker
• Inte ett lämpligt val för pekknappar
• Elektrisk testning kräver speciell installation (mjuk sondlandning)

Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG)

ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) ytbehandling har alltid varit det bästa alternativet för fina (plana) ytor och blyfria alternativ.
ENIG är en tvåstegsprocess, som täcker ett tunt lager av nickel över kopparlagret och sedan täcker det med ett tunt lager av guld. Nickel fungerar som en barriär för koppar och är den yta som komponenter faktiskt löds till, medan guld skyddar nickel under lagring.

Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG)

Det inre skikttjockleken av Ni är i allmänhet 3-6μm, och det yttre skikttjockleken av Au är i allmänhet 0.05-0.1μm.

Ni bildar ett barriärskikt mellan lodet och kopparn.

Rollen för Au är att förhindra oxidation av Ni under lagring, vilket förlänger hållbarheten, men guldpläteringsprocessen ger också utmärkt ytplanhet.

Processflödet för ENIG är som följer: Rengöring -> Etsning -> Katalysator -> Elektrofritt nickel -> Guldplätering -> Restrengöring

Även om denna beläggningsprocess har lång hållbarhet och är fördelaktig för galvanisering av genomgående hål, är det en komplex och dyr process som inte är omarbetbar och som är känd för att orsaka förluster i RF-signalkretsar.

Fördelar med ENIG:

Plan yta
Blyfri
Lämplig för PTH (pläterat genomgående hål)
Lång hållbarhet

Nackdelar med ENIG:

Dyr
Ej omarbetbar
Svart pad/svart nickel
Skador från utomjordingar
Signalförlust (RF)
Komplex process

Organiska lödbarhetskonserveringsmedel (OSP)

OSP (Organic Solderability Preservatives) eller korrosionsskyddsmedel appliceras vanligtvis på exponerad koppar med hjälp av en transportbandsprocess, vilket skyddar kopparytan från oxidation med ett mycket tunt lager av material.

Denna film måste ha egenskaper som antioxidation, termisk chockbeständighet och fuktbeständighet för att skydda kopparytan från rost (oxidation eller sulfidering etc.) under normala förhållanden.

Men under efterföljande högtemperaturlödning måste denna skyddsfilm lätt och snabbt avlägsnas av flussmedlet för att tillåta den rena kopparytan att omedelbart binda till det smälta lodet och bilda en stark fog på mycket kort tid.

OSP fungerar med andra ord som en barriär mellan koppar och luft.

Den allmänna processen för OSP är: avfettning -> mikroetsning -> syratvätt -> sköljning med rent vatten -> organisk beläggning -> rengöring.

Fördelar med OSP:

• Plan yta
• Enkel process, mycket slät yta, lämplig för blyfri lödning och SMT
• Omarbetningsbar, lämplig för horisontella produktionslinjer
• Kostnadseffektivitet
• Miljövänlig

Nackdelar med OSP:

• Tjocklek kan inte mätas
• Ej lämplig för PTH (pläterat genomgående hål)
• Kort hållbarhet
• Kan orsaka IKT-problem
• Exponerad koppar vid slutmontering
• Känslig bearbetning
• Kan inte lödas (omarbetas) mer än två gånger
• Ej lämplig för presspassningsteknik och trådbindning
• Obekvämt för visuella och elektriska tester

Immersion Silver (ImAg)

Immersionssilver appliceras på koppar-PCB genom att sänka dem i en silverjontank med en icke-elektrolytisk kemisk ytbehandling. Det är ett idealiskt val för kretskort med EMI-skärmning och används även i kommunikationsutrustning.

Denna metod är särskilt lämplig för kretsar med mikrovågsfrekvenser och transmissionsledningar.

Silvernedsänkning ger en platt, lödbar yta och utmärkta elektriska egenskaper. Silvernedsänkningsprocessen kan användas på en mängd olika kretskort, inklusive styva och flexibla kretskort.

Den allmänna processen för nedsänkt silver är: avfettning -> mikroetsning -> silveravsättning -> sköljning.

Fördelar med Immersion Silver:

• Lämplig för fin tonhöjd
• Lämplig för horisontella produktionslinjer
• Bra för blyfri montering, bra lödbarhet och lämplig för SMT
• Planhet
• Lång hållbarhet, bra för dubbelsidiga skivor, trådbindning, lämplig för ICT
• Bra på att bibehålla signalkvaliteten i högfrekventa kretsar

Nackdelar med Immersion Silver:

• Kort hållbarhet, svår att lagra (svarta fläckar, kräver vakuumförpackning)
• Kemisk kassering
• Oxidation under lagring
• Känslig för hantering
• Ag3Sn-bildning
• Dyr
• Ej lämplig för pekknappar och avdragbara masker
• Ej lämplig för guldtrådslimning
• IKT-tester kan orsaka fel
• Processkontrollsvårigheter

Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold (ENEPIG)

ENEPIG är en komplex process som involverar tre lager: nickel, palladium och guld, vilket ger utmärkt ledningsförmåga och skydd.

Processflödet för ENEPIG är: Rengöring -> Etsning -> Katalysator -> Elektrofritt nickel -> Palladium -> Guldplätering -> Restrengöring

ENEPIG är den mest lämpliga ytbehandlingen för produkter med hög tillförlitlighet och hög hastighet, där dess planhet, höga kopparbeständighet och goda korrosionsskydd är särskilt viktiga.

Fördelar med ENEPIG:

Utmärkt för trådbindning
Lämplig för fin stigning och små delar
Lämplig för guldtrådslimning
Bra för PTH
Bra för presspassningsteknik och trådbindning
Lämplig för ICT och eltest
Lång hållbarhet
Blyfri

Nackdelar med ENEPIG:

Hög kostnad
Ej lämplig för pekknappar
IKT-tester kan orsaka fel
Kräver stabil produktionsmiljö
Ej lämplig för våglödning

Hårt guld (elektrolytiskt hårt guld)

Hårt guld är en typ av PCB ytbehandling som använder ett lager av guld legerat med en liten mängd andra metaller för att öka dess hållbarhet. Denna process involverar galvanisering av ett lager av guld på ytan av PCB, som sedan beläggs med ett lager av elektrolytiskt nickel för att öka dess hårdhet och slitstyrka.

Hårt guld används ofta i applikationer där PCB kommer att utsättas för upprepade insättningar och borttagningar, såsom i kontakter och switchar. Den hårda guldbeläggningen hjälper till att förhindra att guldet slits bort med tiden, vilket säkerställer tillförlitliga elektriska anslutningar.

Fördelar med hårt guld:

Utmärkt hållbarhet och slitstyrka
Lämplig för applikationer som kräver upprepade insättningar och borttagningar
Bra för tillämpningar med hög tillförlitlighet
Lämplig för ICT och eltest
Lämplig för presspassningsteknik och trådlimning
Lämplig för fin stigning och små delar

Nackdelar med hårt guld:

Hög kostnad
Ej lämplig för våglödning
Ej lämplig för pekknappar
Begränsat tjockleksområde

Hur väljer man PCB ytfinish?

Valet av ytbehandling för kretskort är ett av de viktigaste stegen i kretskortstillverkning , eftersom det direkt påverkar processutbyte, omarbetningsmängd, felfrekvens på plats, testbarhet, kassationsfrekvens och kostnad. För att säkerställa hög kvalitet och prestanda hos slutprodukten måste alla viktiga överväganden kring montering beaktas vid val av ytjämnhet.

Använd den här artikeln när du jämför flera ytbehandlingsalternativ utifrån kostnad, hållbarhet, planhet och monteringsbehov. Om beslutet huvudsakligen är HASL kontra ENIG, läs HASL kontra ENIG-jämförelse ; för produktionskapacitet och offertinformation, använd val av ytbehandling på kretskort.

PCB ytfinish

Löddynans planhet Som tidigare nämnts kan vissa ytfinish leda till ojämna ytor, vilket kan påverka prestanda, lödbarhet och andra faktorer. Om planhet är en kritisk faktor, överväg ytfinish med tunna och enhetliga lager. I det här fallet inkluderar lämpliga alternativ ENIG, ENEPIG och OSP.

Lödbarhet och vätning

Lödbarhet är alltid en viktig faktor när man använder kretskort. Specifika ytbehandlingar som OSP och ENEPIG har visat sig hindra lödbarheten, medan andra som HASL är mer lämpliga.

Guld- eller aluminiumtrådbindning

Om ditt kretskort kräver bindning med guld- eller aluminiumtråd kan du vara begränsad till ENIG och ENEPIG.

Förvaringsförhållanden

Som nämnts tidigare kan vissa ytfinishar (som OSP) göra kretskortet skört under bearbetning, medan andra förbättrar hållbarheten. Lagrings- och hanteringskrav bör övervägas i förväg, och ytfinish som gör PCB-kortet sprött bör endast användas när kraven på lagring och hantering kan uppfyllas utan risk.

Lödningscykler

Hur många gånger kommer kretskortet att lödas och omarbetas? Många ytbehandlingar är idealiska för omarbetning. Andra metoder som nedsänkning av tenn är dock inte lämpliga för omarbetning.

PCB Ytfinish-RoHS-överensstämmelse

RoHS-överensstämmelse är avgörande för att bestämma vilken ytbehandling som ska användas. Vanligtvis är alla ytbehandlingar som använder bly inte lämpliga för RoHS- överensstämmelse och bör undvikas.

Beroende på de specifika kraven och egenskaperna hos din PCB-produkt kan du använda denna tabell för att välja det perfekta ytfinishalternativet.

Slutsats

Valet av ytbehandlingstyper för ytjämnhet måste vara optimalt för att uppfylla olika funktioner. Varje typ av ytbehandling har sina egna fördelar och nackdelar. Det finns några tekniska tekniker för att åtgärda problem som orsakas av brister i ytjämnhet. Till exempel, för den låga vätkraften hos OSP , finns det lösningar som att ändra pläteringen av kortet eller våglödningslegeringen, öka förvärmningen av ovansidan och så vidare. Nyckeln är att beakta alla möjliga faktorer för att uppnå önskad prestanda.