ประเภทและการเปรียบเทียบพื้นผิวของ PCB

แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นรากฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ทั้งหมด เนื่องจากวงจรรวมและส่วนประกอบอื่นๆ มีขนาดเล็ลงและซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ PCB จึงต้องตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดมากขึ้นในด้านความสมบูรณ์ของสัญญาณ ประสิทธิภาพ และความน่าเชื่อถือ หนึ่งในแง่มุมที่สำคัญซึ่งส่งผลกระทบต่อตัวชี้วัดเหล่านี้คือการตกแต่งพื้นผิวของ PCB

การตกแต่งพื้นผิวหรือการเคลือบผิวที่ใช้กับ PCB เปล่าทำหน้าที่หลายอย่าง ดังนี้

• ปกป้องทองแดงจากการเกิดออกซิเดชันและการปนเปื้อน
• ช่วยให้สามารถบัดกรีได้ดีขึ้น
• อำนวยความสะดวกในการเชื่อมและเชื่อมต่อส่วนประกอบ
• ส่งผลต่อการส่งสัญญาณและความสมบูรณ์
• ส่งผลกระทบต่อการผลิตและการแปรรูป

ด้วยตัวเลือกต่างๆ ที่มีในปัจจุบัน การเลือกพื้นผิวที่เหมาะสมที่สุดต้องอาศัยความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพ ต้นทุน ความสามารถในการผลิต และข้อกำหนดการใช้งาน บทความนี้จะให้ข้อมูลสรุปทางเทคนิคของพื้นผิว PCB ที่พบได้ทั่วไปที่สุด รวมถึงคุณลักษณะสำคัญ ข้อดีและข้อเสีย การใช้งานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละประเภท และการพิจารณาการประมวลผล

ปัจจัยสำคัญในการเลือกพื้นผิวสำเร็จ

ข้อควรพิจารณาที่โต้ตอบกันหลายประการเป็นแรงผลักดันในการเลือกพื้นผิว PCB สำหรับการใช้งานที่กำหนด ได้แก่:

• ความสามารถในการบัดกรีและความสามารถในการเปียก: สารเคลือบผิวจะต้องละลายตะกั่วได้ง่าย โดยสร้างจุดเชื่อมต่อที่สม่ำเสมอระหว่างแผ่น/ส่วนประกอบและตะกั่วโดยไม่เกิดการข้ามการเชื่อมต่อหรือการเชื่อมต่อแบบสะพาน ความสามารถในการเปียกหมายถึงการแพร่กระจาย/การยึดเกาะของตะกั่วเหลวบนพื้นผิวที่เคลือบ
• การเกิดออกซิเดชันและอายุการเก็บรักษา: พื้นผิวเคลือบป้องกันการเกิดออกซิเดชันของทองแดงในอากาศเมื่อเวลาผ่านไปก่อนการบัดกรีเพื่อรักษาความสามารถในการบัดกรี อายุการเก็บรักษาขึ้นอยู่กับความทนทานของสารเคลือบ
• ความเข้ากันได้ของการยึดติด: สำหรับการยึดติดลวดหรือการยึดติดกับสารเคลือบแบบคอนฟอร์มัลหรือสารประกอบพอตติ้ง
• ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: การปฏิบัติตามกฎหมายเกี่ยวกับการใช้วัสดุ ของเสีย น้ำเสีย และสุขภาพและความปลอดภัยของมนุษย์/สิ่งแวดล้อม
• ความน่าเชื่อถือและความทนทาน: การทำงานต่อเนื่องภายใต้ความเค้นทางไฟฟ้า ความร้อน และกลไกตลอดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ รวมถึงความทนทานต่อแรงกระแทกทางความร้อนหรือเชิงกล ความเหนื่อยล้า การเคลื่อนตัวของกระแสไฟฟ้า และอื่นๆ
• ความสมบูรณ์ของสัญญาณ: สัญญาณที่สะอาดพร้อมการลดสัญญาณรบกวนหรือการแผ่สัญญาณภายนอกให้เหลือน้อยที่สุดสำหรับความเร็วสูง ความถี่วิทยุ (RF) หรือแอพพลิเคชั่นที่ละเอียดอ่อน
• การตรวจสอบและทดสอบได้: การตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติและการทดสอบไฟฟ้าในสายการผลิตทำได้ง่าย การเคลือบแบบใสช่วยให้ตรวจสอบได้ หน้ากากประสานอาจรบกวนการทำงาน
• ต้นทุน: ทั้งค่าใช้จ่ายด้านวัสดุและการประมวลผลเมื่อเทียบกับประสิทธิภาพการทำงาน
• ความสามารถในการผลิต: ความเข้ากันได้กับกระบวนการผลิต เช่น การบัดกรี การทำความสะอาด การเคลือบ และการประกอบ ลดอัตราการทำซ้ำให้เหลือน้อยที่สุด

ความสำคัญของแต่ละปัจจัยขึ้นอยู่กับประเภทของผลิตภัณฑ์และเงื่อนไขการใช้งาน ตัวอย่างเช่น อายุการเก็บรักษาและความต้านทานการเกิดออกซิเดชันอาจไม่สำคัญในการผลิตแบบจัสต์-อิน-ไทม์ที่มีปริมาณมากและมีสต็อกสินค้าเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์หรือการบินและอวกาศอาจค้างอยู่เป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปีก่อนที่จะนำไปใช้งาน ซึ่งจำเป็นต้องมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน

ภาพรวมกระบวนการผลิต PCB

PCB ทำหน้าที่รองรับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์โดยทำหน้าที่เชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างส่วนประกอบเหล่านั้น แผงวงจรเป็นแผ่นลามิเนตอีพอกซีไฟเบอร์กลาสที่เป็นฉนวนหุ้มด้วยแผ่นทองแดงบางๆ ด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้าน แผ่นฟอยล์นี้ถูกพิมพ์ด้วยเทคนิคโฟโตลิโทกราฟีเป็นเส้นและแผ่นรองเพื่อสร้างเส้นทางนำไฟฟ้า ส่วนประกอบต่างๆ จะถูกบัดกรีเข้ากับแผ่นรอง โดยบัดกรีผ่านรูหรือบนพื้นผิว (SMT) แผงวงจรหลายชั้นจะซ้อนชั้นนำไฟฟ้าและฉนวนเพิ่มเติมเข้าด้วยกันภายใน
แผงเปล่าจากโรงงานผลิต PCB จะต้องผ่านขั้นตอนการตกแต่งหลายขั้นตอนก่อนที่จะนำส่วนประกอบต่างๆ เข้ามาประกอบ:

การเตรียมพื้นผิว – การล้างอย่างละเอียดและการกัดผิวด้วยสารเคมีขนาดเล็กจะทำให้พื้นผิวทองแดงหยาบขึ้นและขจัดคราบออกซิเดชันหรือสิ่งปนเปื้อนที่เกิดจากการจัดเก็บ การขนส่ง หรือการจัดการ

การเคลือบผิว – การเคลือบผิวจะใช้วิธีการทางเคมีแบบเปียกตามที่อธิบายไว้ด้านล่างสำหรับแต่ละประเภทของการเคลือบผิว ความหนา ความหยาบ และพารามิเตอร์อื่นๆ จะถูกควบคุมอย่างเข้มงวด

การเคลือบมาสก์บัดกรี – พื้นผิวทั้งหมดของแผงวงจรจะถูกเคลือบด้วยหมึกอีพ็อกซี่ ยกเว้นแผ่นสัมผัสและขั้วต่อที่ยังคงเปิดโล่ง ทำหน้าที่เป็นฉนวนและเครื่องหมายบอกตำแหน่ง

การพิมพ์สกรีน – การพิมพ์ลายลงบนชิ้นส่วน โลโก้ ตัวระบุหมายเลขบนแผงวงจร ตัวบ่งชี้ขั้ว และอื่นๆ ช่วยในการผลิตและแก้ไขปัญหา

การทดสอบทางไฟฟ้า – แผงวงจรแต่ละแผ่นจะผ่านการทดสอบวงจรเพื่อตรวจสอบความต่อเนื่องทางไฟฟ้าและตรวจจับข้อบกพร่องตั้งแต่เนิ่นๆ แผงวงจรจะผ่าน/ไม่ผ่านการตรวจสอบโดยพิจารณาจากข้อกำหนดด้านคุณภาพที่เข้มงวด

พื้นผิวสำเร็จรูปจะสร้างชั้นนอกที่เชื่อมต่อระหว่างแผ่นทองแดงและตะกั่วบัดกรีที่ใช้ และอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อผลลัพธ์ของการประมวลผลในภายหลังหากไม่ได้จับคู่กับพื้นผิวสำเร็จรูปอย่างเหมาะสม ขณะนี้ เรามาดูตัวเลือกพื้นผิวสำเร็จรูปที่แพร่หลายที่สุด:

การปรับระดับการบัดกรีด้วยลมร้อน (HASL)

การปรับระดับการบัดกรีด้วยลมร้อน (HASL) ซึ่งเป็นการเคลือบพื้นผิว PCB ที่ยาวนานที่สุดนั้น จะเคลือบบอร์ดด้วยตะกั่วหลอมเหลว ทำให้เกิดชั้นโลหะผสมดีบุก-ตะกั่วที่สามารถบัดกรีได้ ตามชื่อของมัน มีดไนโตรเจนที่ได้รับความร้อนจะทำให้ตะกั่วบัดกรีเหลวเรียบในขณะที่เย็นตัวลง ซึ่งจะช่วยลดการสะสมที่ไม่สม่ำเสมอ HASL ปราศจากตะกั่วสามารถทดแทนตะกั่วบัดกรีดีบุก-เงิน-ทองแดงได้

กระบวนการ: บอร์ดเข้าสู่ระบบ HASL บนสายพานลำเลียง โดยผ่านคลื่นตะกั่วหลอมเหลวที่เคลื่อนที่ไปข้างหน้าซึ่งบรรจุอยู่ในท่อร่วมห้อง หลังจากนั้นมีดลมจะพ่นไนโตรเจนหรือก๊าซอาร์กอนที่ให้ความร้อนลงบนบอร์ดเพื่อทำให้ตะกั่วที่เย็นลงเรียบเป็นชั้นที่สม่ำเสมอโดยมีการชุบทองแดงให้เปียกดีก่อนที่ตะกั่วจะแข็งตัว รางขอบจะประกอบด้วยกระบวนการนี้ พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ เวลาสัมผัส การไหลของก๊าซ และแรงดัน จำเป็นต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้ได้ผลงานคุณภาพสูงและสม่ำเสมอ

ลักษณะสำคัญ:

• กระบวนการต้นทุนต่ำที่มีปริมาณงานสูง
• เทคโนโลยีที่เติบโตเต็มที่พร้อมประวัติการดำเนินงานกว่า 50 ปี
• บัดกรีได้ดีกับตะกั่วและส่วนประกอบที่เป็นดีบุก
• ความสามารถในการเปียกและเรียบของพื้นผิวดี
• การเคลือบทองแดงสูงช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชัน
• ปลอดสารตะกั่วตามข้อกำหนด RoHS
• การตรวจสอบเสร็จสิ้นด้วยสายตา

การใช้งาน:

ด้วยประสิทธิภาพที่แข็งแกร่งในราคาต่ำ HASL จึงเหมาะกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคที่คำนึงถึงต้นทุน เครื่องใช้ไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ และอุปกรณ์โทรคมนาคม/เครือข่าย

ข้อดี:

• ราคาไม่แพง รองรับปริมาณมาก
• อายุการเก็บรักษานาน
• ความบัดกรีที่สม่ำเสมอ
• ทนทานต่อการกัดกร่อน/การปนเปื้อนสูง
• นำกลับมาทำใหม่ได้
• มองเห็นได้เพื่อตรวจสอบ

ข้อเสีย:

• ไม่เรียบพอสำหรับไอซีแบบพิทช์ละเอียด
• แรงกระแทกจากความร้อนสามารถทำให้บอร์ดโก่งได้
• การละลายของโลหะตามกาลเวลา
• เชื่อมโยงความเสี่ยงด้วยการออกแบบที่หนาแน่น
• ปัญหาเรื่องขนแปรงกับดีบุกบริสุทธิ์
• การก่อตัวของเศษซากและตะกรัน

สารกันเสียที่บัดกรีได้อินทรีย์ (OSP)

OSP เคลือบรอยทองแดงด้วยฟิล์มป้องกันอินทรีย์ที่ประกอบด้วยอิมิดาโซล ไตรอาโซล หรือสารประกอบเฮเทอโรไซคลิกอื่นๆ ชั้นโพลีเมอร์บางๆ ที่มีความหนาเพียง 10-100 อังสตรอมนี้ช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชันได้นาน 6-12 เดือน ในขณะที่ยังให้ตะกั่วไหลได้เมื่อได้รับความร้อน การเคลือบจะทำโดยการจุ่มหรือพ่นแผ่นโลหะหลังจากการกัดกร่อนด้วยไมโครเอทช์

กระบวนการ:

การเตรียมพื้นผิวโดยใช้การทำความสะอาดและการกัดไมโครช่วยเตรียมบอร์ดสำหรับการใช้งาน OSP:

1. กระดานเข้าไปในห้องปิด
2. ละอองหมอก OSP จะถูกฉีดพ่นให้ทั่วแผ่นไม้
3. บอร์ดออกจากห้องและแห้ง
4. ทำความสะอาดขั้นสุดท้าย

สารละลาย OSP ประกอบด้วยสารปรับเสถียรภาพและบัฟเฟอร์ pH เพื่อประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุด การทำให้เป็นละอองของของเหลว อุณหภูมิ เวลาที่ใช้ในการเคลือบ ความเข้มข้นของสารเคมี และการจัดการหลังการเคลือบต้องได้รับการควบคุมเพื่อให้ได้คุณภาพและความสม่ำเสมอของการเคลือบที่เหมาะสม

ลักษณะสำคัญ:

• เคลือบใสบางเฉียบ
• ปราศจากสารตะกั่วและปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม
• เรียบเนียนกว่า HASL ด้วยระนาบที่ยอดเยี่ยม
• งานตกแต่งที่สามารถซ่อมแซมได้
• ต้นทุนเริ่มต้นต่ำกว่าการเคลือบแบบอื่น

การใช้งาน:

OSP ทำงานได้ดีกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคแบบไร้สายและแบบพกพา ผลิตภัณฑ์ IoT ยานยนต์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนเครื่องบิน และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์ ซึ่งต้องลดความน่าเชื่อถือและเนื้อหาที่มีสารตะกั่วให้เหลือน้อยที่สุด พื้นผิวเรียบช่วยให้บอร์ดที่บรรจุแน่นขึ้น

ข้อดี:

• แอปพลิเคชั่นที่ง่ายต้นทุนต่ำ
• ผิวเรียบแบบระนาบอย่างยิ่ง
• อายุการเก็บรักษาที่ยาวนาน
• ความบัดกรีที่สม่ำเสมอ
• ปรับปรุงแผ่นเคลือบ OSP ได้อย่างง่ายดาย
• ลดการลัดวงจรสะพาน

ข้อเสีย:

• สามารถขูดออกจากด้ามจับได้หากไม่ได้เคลือบ
• ความสามารถในการปิดกั้นการบัดกรีมีจำกัด
• ยากที่จะตรวจสอบความครอบคลุมด้วยสายตา
• หน้าต่างประกอบสั้นเมื่อเปิดออก
• ความน่าเชื่อถือต่ำต่อการทดสอบ IPC*
• การเกิดออกซิเดชันของทองแดงจะกลับมาดำเนินต่ออย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 175°C

การทดสอบ IPC พบว่าการเคลือบ OSP มีอัตราความล้มเหลวที่เพิ่มขึ้นภายใต้ความร้อน ความชื้น และการสั่นสะเทือน อย่างไรก็ตาม หลายๆ คนยังคงใช้ OSP ได้สำเร็จ

เงินแช่

การจุ่ม PCB ในอ่างเคลือบสารเคมีสีเงินจะทำให้มีชั้นเงินบางๆ เคลือบบนแผ่นทองแดงโดยใช้ปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยไฟฟ้า สารเคลือบจะมีความหนา 15-25 ไมโครนิ้ว (0.4-0.6 ไมครอน) ทนต่อการหมองหรือออกซิเดชันเป็นเวลานาน

กระบวนการ:

การกัดด้วยไมโครจะทำให้พื้นผิวทองแดงทำงาน แผ่นไม้จะถูกจุ่มลงในสารละลายซิลเวอร์ไนเตรตหรือซิลเวอร์ฟลูออโรโบเรตที่มีกรด โดยจะเติมสารทำให้คงตัวและสารเร่งปฏิกิริยาอินทรีย์ลงไป ไอออนของทองแดงจะสลับตำแหน่งกับไอออนของเงินซึ่งจะเคลือบแผ่นไม้ พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ เวลาที่ใช้ในการเคลือบ องค์ประกอบทางเคมี และความเข้มข้นของสารเคมีเหล่านี้ ล้วนต้องได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อให้ความหนามีความสม่ำเสมอสูงสุด

ลักษณะสำคัญ:

• กระบวนการต้นทุนต่ำพร้อมปริมาณงานปานกลาง
• ความสามารถในการบัดกรีและการนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม
• ทนทานต่อการหมองและการเกิดออกซิเดชั่น
• ความแข็งแรงการยึดเกาะที่ดีและความสามารถในการซ่อมแซม
• เหมาะสำหรับการยึดลวดอลูมิเนียม

การใช้งาน:

แผ่นจุ่มเงินเหมาะสำหรับระบบสื่อสารไร้สาย ระบบอินโฟเทนเมนท์ในรถยนต์ ระบบ ADAS ไฟ LED และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ที่ต้องอาศัยความน่าเชื่อถือ

ข้อดี:

• ความน่าเชื่อถือของข้อต่อบัดกรีที่แข็งแกร่ง
• ปกป้องพื้นผิวได้ยาวนาน
• พื้นผิวเรียบแบนมาก
• ต้นทุนต่ำกว่าการเคลือบทอง
• ปราศจากสารตะกั่วและเป็นไปตามข้อกำหนด RoHS

ข้อเสีย:

• พื้นผิวเปลี่ยนสีเล็กน้อยเมื่อเวลาผ่านไป
• อาจเกิดรอยขีดข่วนได้ระหว่างการหยิบจับ
• อายุการใช้งานสั้นเมื่อสัมผัส
• ยากสำหรับการทดสอบในวงจร
• อุณหภูมิการประมวลผลที่สูงขึ้น

ดีบุกแช่

การจุ่ม PCB ที่ทำความสะอาดแล้วลงในสารละลายดีบุกที่ได้รับความร้อนจะทำให้เกิดชั้นดีบุกป้องกันบนเส้นทองแดงโดยการไฟฟ้า สารเติมแต่งอินทรีย์ที่ใส่ลงไปในอ่างแช่ดีบุกจะเปลี่ยนโครงสร้างของผิวเคลือบดีบุกแบบซาตินจากผลึกขนาดใหญ่เป็นผลึกขนาดเล็ก ช่วยป้องกันปัญหาเรื่องขนดีบุก

กระบวนการ:

การเตรียมบอร์ดจะดำเนินการผ่านการทำความสะอาดทั่วไป การกัดด้วยไมโคร การล้างด้วยน้ำ และการจุ่มกรดก่อนจะเข้าสู่อ่างแช่ดีบุก การรักษาอุณหภูมิของสารละลายดีบุกอัลคาไลน์ให้คงที่อย่างแม่นยำ ควบคู่ไปกับระยะเวลาในการแช่ ความเร็วในการยก และความเข้มข้นของสารเติมแต่งที่ควบคุมได้ จะทำให้ได้ความสม่ำเสมอ การสะสมจะสร้างชั้นดีบุกด้านหนา 4-10 ไมโครนิ้ว (0.1 – 0.25 ไมครอน)

ลักษณะสำคัญ:

• เคลือบดีบุกด้านขาว
• รักษาความสามารถในการบัดกรีได้ดีเยี่ยม
• ความสม่ำเสมอของความหนาของชั้น
• การละลายของทองแดงขั้นต่ำ
• การเปลี่ยนสารละลายแบบหยดสำหรับดีบุก-ตะกั่ว

การใช้งาน:

การเคลือบดีบุกแบบจุ่มสามารถเคลือบแผ่นโลหะที่มีความหนาแน่นและซับซ้อนได้ดี ทนต่อโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง เช่น การบัดกรีทองแดงและเงิน กระบวนการนี้มีราคาที่ไม่แพงและยังเหมาะกับการใช้งานที่มีความน่าเชื่อถือสูงในด้านการป้องกันประเทศ การบินและอวกาศ การนำทาง และการสื่อสารอีกด้วย

ข้อดี:

• เคลือบผิวเรียบสำหรับ IC แบบพิทช์ละเอียดพิเศษ
• ไม่มีปัญหาเรื่องหนวด
• งานตกแต่งที่สามารถซ่อมแซมได้
• ทนทานต่อการเกิดออกซิเดชั่นในการเก็บรักษา
• ความสามารถในการบัดกรีแบบไม่ต้องใช้ฟลักซ์
• ต้นทุนระยะยาวลดลง

ข้อเสีย:

• อายุการใช้งานสั้นเมื่อสัมผัส
• มีแนวโน้มที่จะเกิดคราบและหมองคล้ำ
• ความกังวลเรื่องการยุติการใช้งานด้วยการเคลือบแบบด้าน
• ยากที่จะตรวจสอบความครอบคลุมด้วยสายตา
• กระบวนการที่ไวต่ออุณหภูมิ

อิมเมอร์ชั่นโกลด์ (ENIG)

การเคลือบทองด้วยการจุ่มนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า (ENIG) จะเคลือบชั้นโลหะสองชั้นเพื่อการปกป้องที่แข็งแรงและความสามารถในการบัดกรี ขั้นแรก ปฏิกิริยาเคมีแบบเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติจะเคลือบนิกเกิลบนทองแดงจนมีความหนา 3-7 ไมครอนโดยไม่ต้องใช้กระแสไฟฟ้า จากนั้น ปฏิกิริยาการแทนที่ระหว่างนิกเกิลและสารละลายจะแทนที่อะตอมบนพื้นผิวของนิกเกิลด้วยการเคลือบทองบางๆ ที่มีความหนาเพียง 0.05-0.15 ไมครอน

กระบวนการ:

การกัดไมโคร PCB ขั้นต้นเป็นการเตรียมทองแดง บอร์ดจะเข้าสู่ถังชุบนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า เมื่อทำการเร่งปฏิกิริยาแล้ว กระบวนการสะสมแบบเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัตินี้จะทำการชุบนิกเกิลอย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องใช้กระแสไฟฟ้า อุณหภูมิ บัฟเฟอร์ pH ความเข้มข้นของสารเคมี และระยะเวลาการชุบจะต้องสมดุลกันเพื่อความสม่ำเสมอ หลังจากล้างด้วยน้ำแล้ว บอร์ดจะถูกจุ่มลงในสารละลายทองที่ได้รับความร้อน ซึ่งจะแทนที่อะตอมของนิกเกิลด้วยไฟฟ้า ทำให้เกิดชั้นทองบางๆ

ลักษณะสำคัญ:

• ราคาปานกลางเพื่อการปกป้องที่เชื่อถือได้
• อายุการเก็บรักษา 12 เดือนขึ้นไป
• ชั้นทองยังคงเฉื่อยเป็นส่วนใหญ่
• สามารถบัดกรีได้โดยไม่ต้องมีการปรับสภาพล่วงหน้า
• พื้นผิวเรียบมาก
• กระบวนการที่เชื่อถือได้แต่ซับซ้อน

การใช้งาน:

ENIG เหมาะกับผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูง เช่น เซิร์ฟเวอร์องค์กร โครงสร้างพื้นฐานด้านโทรคมนาคม อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อการป้องกันประเทศ อุปกรณ์การบิน และผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ ซึ่งอายุการเก็บรักษาที่ยาวนานและความน่าเชื่อถือในภาคสนามเป็นตัวกำหนดมูลค่ามากกว่าต้นทุน

ข้อดี:

• ปกป้องการเกิดออกซิเดชั่นได้ยาวนาน
• ความเรียบระนาบที่ยอดเยี่ยมช่วยให้ไอซีแบบพิทช์ละเอียดดีขึ้น
• ความหนาสม่ำเสมอ
• พื้นผิวบัดกรีได้ดี
• ชั้นทองแข็งทนทานต่อการสึกหรอ
• เหมาะสำหรับการยึดลวดอลูมิเนียม

ข้อเสีย:

• ค่าใช้จ่ายด้านวัสดุสูง (ทองคำ)
• การควบคุมกระบวนการที่ซับซ้อน
• ชั้นนิกเกิลเปราะบางใต้ทองคำ
• ความเสี่ยงของแผ่นดำเมื่อเวลาผ่านไป
• ความหนาของทองตรวจสอบได้ยาก

นิกเกิล/ทองอิเล็กโทรไลต์

การชุบนิกเกิล/ทองจะใช้กระแสไฟฟ้าในการเคลือบโลหะสองชั้น ซึ่งต่างจาก ENIG การชุบนิกเกิลแบบเงาในขั้นต้นจะหนากว่ามากเมื่อหนา 100-250 ไมโครนิ้ว (2.5-6 ไมครอน) ก่อนที่ชั้นเคลือบทองจะหนาลงเมื่อหนา 10-50 ไมโครนิ้ว (0.25-1.25 ไมครอน) กระบวนการอิเล็กโทรไลต์นี้ทำให้ได้ชั้นทองที่หนาและแข็งขึ้น

ภาพรวมกระบวนการ:

PCB ที่ผ่านการกัดด้วยไมโครจะถูกจัดเรียงในถังชุบอิเล็กโทรไลต์นิกเกิลและทองตามลำดับ โดยที่ขั้วบวกและขั้วลบที่จมอยู่ใต้น้ำจะช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านโลหะลงบนบอร์ดได้ การควบคุมเคมีของสารละลาย อุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้า และพารามิเตอร์ของรูปคลื่นอย่างแม่นยำจะช่วยให้มีความสม่ำเสมอ การออกแบบอุปกรณ์ช่วยหลีกเลี่ยงช่องอากาศหรือความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างบอร์ด

ลักษณะสำคัญ:

• พันธุ์ชั้นทองแข็งหนากว่า
• ทนทานต่อรอบการผสมพันธุ์ซ้ำๆ
• ปราศจากสารตะกั่วและเป็นไปตามข้อกำหนด RoHS
• งานตกแต่งที่สามารถซ่อมแซมได้

การใช้งาน:

ตัวเชื่อมต่อ นิ้วขอบ จุดสัมผัส และแผ่นยึดติดมีความทนทาน ขณะที่ต้นทุนปานกลางเหมาะกับการใช้งานที่มีปริมาณมากที่คำนึงถึงต้นทุน

ข้อดี:

• ทองมีความแข็งแกร่ง ทนทานต่อการสึกหรอมากขึ้น
• ต้นทุนวัสดุต่ำกว่าเมื่อเทียบกับ ENIG
• ข้อต่อบัดกรีที่เชื่อถือได้
• กระบวนการที่มีปริมาณงานสูง
• อนุญาตให้ทดสอบโพรบ

ข้อเสีย:

• มีความละเอียดอ่อนต่อเทคนิคสูง
• ระยะเวลาดำเนินการนาน
• ชั้นเปราะบางอาจแตกร้าวได้
• PCB ที่มีความหนาแน่นสูงอาจเสี่ยงต่อการมีช่องว่างในการชุบ
• พื้นที่ที่ถูกบัดกรีอาจต้องใช้บัสบาร์

ENEPIG (ไนไตรล์ไร้ไฟฟ้า)

ENEPIG เสร็จสิ้นการอัพเกรด ENIG โดยเปลี่ยนชั้นนิกเกิลด้านล่างด้วยแพลเลเดียมแบบไม่ใช้ไฟฟ้าก่อนการสะสมทองคำเพื่อการปกป้องพื้นผิวที่ดีขึ้นโดยไม่เกิดการกัดกร่อนของนิกเกิลหรือความเสี่ยงต่อแผ่นดำ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเป็นกระบวนการใหม่กว่า ปัจจุบันจึงมีต้นทุนสูงกว่า ENIG

ลักษณะสำคัญ:

• อายุการเก็บรักษาที่ยอดเยี่ยม 
• ทนทานต่อการกัดกร่อนและเฉื่อย
• อุปสรรคการเกิดออกซิเดชันที่เหนือกว่า
• ปราศจากสารตะกั่วและเป็นไปตามข้อกำหนด RoHS
• งานตกแต่งที่สามารถซ่อมแซมได้

การใช้งาน:

ENEPIG เหมาะที่สุดกับการใช้งานที่มีความน่าเชื่อถือสูงที่มีอายุการเก็บรักษาที่ยาวนาน เช่น อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ การป้องกันประเทศ และผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ ซึ่งความน่าเชื่อถือเป็นแนวทางให้มูลค่ามากกว่าต้นทุนเริ่มต้น

ข้อดี:

• ความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานยาวนานสูงสุด
• ขจัดความเสี่ยงของแผ่นดำ
• เหมาะสำหรับความต้องการการยึดลวด
• พื้นผิวเรียบแบนมาก
• บัดกรีได้นานกว่า 10 ปี

ข้อเสีย:

• งานเสร็จราคาสูงที่สุด
• เพิ่มระยะเวลาดำเนินการ
• ประสบการณ์ในอุตสาหกรรมที่จำกัด
• ความท้าทายในการควบคุมกระบวนการ
• ยากที่จะตรวจสอบด้วยสายตา

สรุป

ภาพรวมของการตกแต่งพื้นผิวเบื้องต้นนี้เน้นให้เห็นว่าการผลิต PCB เป็นตัวแทนของกระบวนการที่เชื่อมโยงกันเป็นชุด โดยแต่ละขั้นตอนมีผลต่อผลลัพธ์ของขั้นตอนถัดไป การตกแต่งพื้นผิว ไม่ว่าจะเป็นการบัดกรีด้วยลมร้อน การถนอมการบัดกรีแบบออร์แกนิก การจุ่มเงิน การจุ่มดีบุก การจุ่มนิกเกิลโดยไม่ใช้ไฟฟ้า การจุ่มนิกเกิลด้วยไฟฟ้า หรือรูปแบบอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง ล้วนมีอิทธิพลอย่างมาก

วิศวกรจะพิจารณาถึงอายุการเก็บรักษา ความสามารถในการบัดกรี ความเหมาะสมในการยึดติด ความต้องการด้านความน่าเชื่อถือ ความสมบูรณ์ของสัญญาณ และข้อจำกัดด้านต้นทุน รวมถึงปัจจัยอื่นๆ เมื่อเลือกวัสดุเคลือบผิวสำหรับการใช้งานและสภาพแวดล้อมการทำงานเฉพาะ นอกจากนี้ ยังต้องพิจารณาถึงความสามารถในการผลิต ปริมาณงาน การใช้อุปกรณ์ และความง่ายในการควบคุมคุณภาพด้วย

การมุ่งมั่นเพื่อการปรับให้เหมาะสมในอุดมคติทั่วทั้งเมทริกซ์ของการพิจารณาเหล่านี้ จะทำให้ฮาร์ดแวร์อิเล็กทรอนิกส์ทำงานได้ เชื่อถือได้ และคุ้มต้นทุนในที่สุด เมื่อแอพพลิเคชั่นก้าวหน้าขึ้นและความต้องการมีมากขึ้น เราก็คาดหวังได้ว่าจะมีนวัตกรรมใหม่ๆ อย่างต่อเนื่องในตัวเลือกการตกแต่งพื้นผิวและเทคนิคการประมวลผลเพื่อตอบสนองความต้องการที่เกิดขึ้นใหม่