PCB Yüzey İşlemi Kılavuzu: 7 Yaygın Seçenek

PCB Yüzey İşlem Nedir?

PCB yüzey işlemi, baskılı devre kartının çıplak bakırı ile bileşenlerin lehimlenebilir alanı arasındaki metal bağlantıyı ifade eder. Bir devre kartının, koruyucu bir kaplama olmadığında oksidasyona eğilimli olan, dolayısıyla yüzey temizliğine ihtiyaç duyan bir bakır bazlı yüzeyi vardır.

PCB yüzey işlemi, PCB üretim ve montaj sürecinde çok önemli bir adımdır ve iki ana işlevi yerine getirir: açıktaki bakır devreleri korumak ve bileşenlerin PCB'ye bağlanması için lehimlenebilir bir yüzey sağlamak. Yüzey işlemi, PCB'nin en dış katmanında, bakır katmanlarının üzerinde yer alır ve bakır için bir "kaplama" görevi görür.

PCB Yüzey İşlem Çeşitleri

Sıcak Hava Lehim Tesviyesi (HASL)
Kalay Kaplama (Daldırma Kalay)
Akımsız Nikel Daldırma Altın (ENIG)
Organik Lehimlenebilirlik Koruyucuları (OSP)
Daldırma Gümüş (ImAg)
Akımsız Nikel Akımsız Paladyum Daldırma Altın (ENEPIG)
Sert Altın (Elektrolitik Sert Altın)

PCB Yüzey İşlem Prosesleri

Sıcak Hava Lehim Tesviyesi (HASL)

HASL endüstride en sık kullanılan yüzey işleme yöntemlerinden biridir. İki türü vardır: Biri kurşunlu, diğeri kurşunsuz. HASL ayrıca mevcut en ucuz PCB yüzey işleme türlerinden biridir.

Pürüzsüz bir HASL yüzeyi elde etmek için devre kartı erimiş lehime (kalay/kurşun) daldırılır ve kart üzerinde açıkta kalan tüm bakır yüzeyler kaplanır. Erimiş lehimden ayrıldıktan sonra, bir hava bıçağı yoluyla yüzeye yüksek basınçlı sıcak hava üflenir, bu da lehim birikintilerini yumuşatır ve fazla lehimi devre kartı yüzeyinden uzaklaştırır.

Bu işlem sırasında kontrol edilmesi gereken önemli parametreler arasında lehimleme sıcaklığı, hava bıçağı sıcaklığı, hava bıçağı basıncı, daldırma süresi, kalkış hızı ve daha fazlası yer alır.

HASL'ın Avantajları:

• Bol miktarda arz
• Yeniden işlenebilir
• Mükemmel raf ömrü
• Üstün lehimlenebilirlik
• Ucuz/düşük maliyetli
• Daha geniş bir işleme penceresine izin verir
• Daha uzun depolama süresi
• PCB tamamlandıktan sonra, lehimlemeden önce pedler tamamen kalayla kaplanır
• Kurşunsuz lehimlemeye uygun
• Olgun yüzey işleme seçeneği
• Görsel incelemeye ve elektriksel ölçümlere izin verir

HASL'ın dezavantajları:

• Düzensiz yüzey
• İnce adım için uygun değil
• Kurşun içerir (HASL)
• Termal şok
• Lehim köprüleme
• Tıkanmış veya azalmış PTH (kaplamalı delik)
• Büyük ve küçük pedler arasındaki kalınlık/görünüm farklılıkları
• Bir inçin 2000 milyonda birinden küçük SMD ve BGA için uygun değildir
• HDI ürünleri için uygun değildir
• Tel bağlama için uygun değildir

Kalay Kaplama (Daldırma Kalay)

Daldırma kalay (ImSn), bir devre kartının ana metali olan bakır üzerine doğrudan kimyasal yer değiştirme reaksiyonuyla biriktirilen bir metal kaplamadır. ISn, alttaki bakırı beklenen raf ömrü içinde oksidasyondan korur. Tüm lehimler kalay bazlı olduğundan kalay tabakası her türlü lehimle eşleşebilir.

Kalay daldırma çözeltisine organik katkı maddeleri eklendiğinde, kalay tabakası yapısı granüler hale gelir, kalay bıyıkları ve kalay göçü sorunlarının üstesinden gelirken aynı zamanda iyi bir termal stabilite ve lehimlenebilirliğe de sahip olur. Kalay daldırma işlemi, düz bir bakır-kalay intermetalik bileşik oluşturabilir, Düzlük ve metaller arası bileşik difüzyon sorunları olmadan iyi bir lehimlenebilirlik sağlar.

Kalay Kaplamanın Avantajları:

• Mükemmel düzlük (SMT için uygun), ince aralıklı/BGA/küçük bileşenler için uygun
• Orta maliyetli kurşunsuz yüzey işleme teknolojisi
• Uygun presleme temizliği
• Çoklu termal gezilerden sonra iyi lehimlenebilirliği korur
• Yatay üretim hatlarına uygun
• İnce geometrili işlemeye uygun, kurşunsuz montaj

Kalay Kaplamanın Dezavantajları:

• Kullanıma duyarlı
• Kısa raf ömrü, 6 ay sonra eski haline döner
• Lehim maskesi katmanlarını aşındırır
• Soyulabilir maskelerle kullanılması önerilmez
• Dokunmatik anahtarlar için uygun bir seçim değil
• Elektrik testi özel kurulum gerektirir (yumuşak prob inişi)

Akımsız Nikel Daldırma Altın (ENIG)

ENIG (Elektriksiz Nikel Daldırma Altın) yüzey işlemi, ince aralıklı (düz) yüzeyler ve kurşunsuz seçenekler için her zaman en iyi seçenek olmuştur.
ENIG, bakır tabakanın üzerine ince bir nikel tabakasının kaplandığı ve daha sonra ince bir altın tabakasıyla kaplandığı iki aşamalı bir işlemdir. Nikel, bakır için bir bariyer görevi görür ve bileşenlerin gerçekte lehimlendiği yüzeydir; altın ise depolama sırasında nikeli korur.

Akımsız Nikel Daldırma Altın (ENIG)

Ni'nin iç katman kalınlığı genellikle 3-6μm'dir ve Au'nun dış katman kalınlığı genellikle 0.05-0.1μm'dir.

Ni, lehim ve bakır arasında bir bariyer tabakası oluşturur.

Au'nun rolü, depolama sırasında Ni'nin oksidasyonunu önlemek, böylece raf ömrünü uzatmaktır, ancak altın kaplama işlemi aynı zamanda mükemmel yüzey düzlüğü de sağlar.

ENIG'in işlem akışı şu şekildedir: Temizleme -> Dağlama -> Katalizör -> Akımsız Nikel -> Altın Kaplama -> Kalıntı Temizleme

Bu kaplama işlemi uzun bir raf ömrüne sahip olmasına ve açık deliklerin elektrokaplanması için avantajlı olmasına rağmen, yeniden çalışılamayan karmaşık ve pahalı bir işlemdir ve RF sinyal devrelerinde kayba neden olduğu bilinmektedir.

ENIG'nin avantajları:

Düz yüzey
Kurşunsuz
PTH için uygundur (delik kaplamalı)
Uzun raf ömrü

ENIG'nin dezavantajları:

Pahalı
Yeniden işlenemez
Siyah ped/siyah nikel
Uzaylılardan gelen hasar
Sinyal kaybı (RF)
Karmaşık süreç

Organik Lehimlenebilirlik Koruyucuları (OSP)

OSP (Organik Lehimlenebilirlik Koruyucuları) veya korozyon önleyici maddeler tipik olarak bir taşıma bandı işlemi kullanılarak açıktaki bakıra uygulanır ve bakır yüzeyini çok ince bir malzeme tabakasıyla oksidasyondan korur.

Bu filmin, bakır yüzeyini normal koşullar altında paslanmaya (oksidasyon veya sülfidasyon vb.) karşı koruyabilmesi için anti-oksidasyon, termal şok direnci ve nem direnci gibi özelliklere sahip olması gerekir.

Bununla birlikte, daha sonraki yüksek sıcaklıkta lehimleme sırasında, temiz bakır yüzeyinin erimiş lehimle hemen birleşmesini ve çok kısa sürede güçlü bir bağlantı oluşturmasını sağlamak için bu koruyucu filmin akı tarafından kolayca ve hızlı bir şekilde çıkarılması gerekir.

Başka bir deyişle OSP, bakır ve hava arasında bir bariyer görevi görür.

OSP'nin genel işlemi şu şekildedir: yağdan arındırma -> mikro aşındırma -> asitle yıkama -> saf suyla durulama -> organik kaplama -> temizleme.

OSP'nin Avantajları:

• Düz yüzey
• Basit işlem, çok pürüzsüz yüzey, kurşunsuz lehimleme ve SMT'ye uygun
• Yeniden işlenebilir, yatay üretim hatlarına uygun
• Uygun maliyetli
• Çevre dostu

OSP'nin dezavantajları:

• Kalınlık ölçülemiyor
• PTH için uygun değildir (delik kaplamalı)
• Kısa raf ömrü
• BİT sorunlarına neden olabilir
• Son montajda açıkta kalan bakır
• Hassas işleme
• İki defadan fazla lehimlenemez (yeniden işlenemez)
• Presle geçirme teknolojisi ve tel bağlama için uygun değildir
• Görsel ve elektriksel testler için uygun değildir

Daldırma Gümüş (ImAg)

Daldırma gümüşü, elektrolitik olmayan bir kimyasal yüzey işlemi kullanılarak bakır PCB'lerin bir gümüş iyon tankına daldırılmasıyla uygulanır. EMI korumalı devre kartları için ideal bir seçimdir ve aynı zamanda iletişim ekipmanlarında da kullanılır.

Bu yöntem özellikle mikrodalga frekanslı devreler ve iletim hatları için uygundur.

Gümüşe daldırma düz, lehimlenebilir bir yüzey ve mükemmel elektriksel özellikler sağlar. Gümüş daldırma işlemi, sert ve esnek devre kartları da dahil olmak üzere çok çeşitli devre kartlarında kullanılabilir.

Gümüşün suya batırılmasının genel süreci şu şekildedir: yağdan arındırma -> mikro aşındırma -> gümüş biriktirme -> durulama.

Daldırma Gümüşün Avantajları:

• İnce adım için uygun
• Yatay üretim hatlarına uygun
• Kurşunsuz montaj için iyidir, iyi lehimlenebilirliktir ve SMT'ye uygundur
• Düzlük
• Uzun raf ömrü, çift taraflı panolar için uygun, tel ciltleme, ICT'ye uygun
• Yüksek frekanslı devrelerde sinyal kalitesini koruma konusunda iyi

Daldırma Gümüşün Dezavantajları:

• Raf ömrü kısa, saklanması zor (siyah noktalar, vakumlu paketleme gerektirir)
• Kimyasal imha
• Depolama sırasında oksidasyon
• Kullanıma duyarlı
• Ag3Sn oluşumu
• Pahalı
• Dokunmatik anahtarlar ve soyulabilir maskeler için uygun değildir
• Altın tel bağlamaya uygun değildir
• BİT testi arızaya neden olabilir
• Proses kontrol zorlukları

Akımsız Nikel Akımsız Paladyum Daldırma Altın (ENEPIG)

ENEPIG, mükemmel iletkenlik ve koruma sağlayan üç katmandan oluşan karmaşık bir işlemdir: nikel, paladyum ve altın.

ENEPIG'in işlem akışı şu şekildedir: Temizleme -> Dağlama -> Katalizör -> Akımsız Nikel -> Paladyum -> Altın Kaplama -> Kalıntı Temizleme

ENEPIG, düzlüğünün, yüksek bakır direncinin ve iyi korozyon önleme özelliklerinin özellikle önemli olduğu, yüksek güvenilirlik ve yüksek hızlı ürünler için en uygun yüzey işlemidir.

ENEPIG'in Avantajları:

Tel bağlama için mükemmel
İnce adımlı ve küçük parçalar için uygundur
Altın tel yapıştırmaya uygun
PTH için iyi
Presle geçirme teknolojisi ve tel bağlama için iyi
BİT ve elektrik testleri için uygundur
Uzun raf ömrü
Kurşunsuz

ENEPIG'in dezavantajları:

Yüksek fiyat
Dokunmatik anahtarlar için uygun değildir
BİT testi arızaya neden olabilir
Kararlı üretim ortamı gerektirir
Dalga lehimleme için uygun değildir

Sert Altın (Elektrolitik Sert Altın)

Sert altın, dayanıklılığını artırmak için az miktarda diğer metallerle alaşımlanmış bir altın tabakası kullanan bir PCB yüzey işlemi türüdür. Bu işlem, PCB'nin yüzeyine bir altın tabakasının elektrolizle kaplanmasını ve daha sonra sertliğini ve aşınma direncini arttırmak için bir elektrolitik nikel tabakasıyla kaplanmasını içerir.

Sert altın, konnektörler ve anahtarlar gibi PCB'nin tekrar tekrar takılıp çıkarılacağı uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. Sert altın kaplama, altının zamanla aşınmasını önlemeye yardımcı olarak güvenilir elektrik bağlantıları sağlar.

Sert Altının Avantajları:

Mükemmel dayanıklılık ve aşınma direnci
Tekrarlanan ekleme ve çıkarma gerektiren uygulamalar için uygundur
Yüksek güvenilirliğe sahip uygulamalar için iyi
BİT ve elektrik testleri için uygundur
Presle geçirme teknolojisi ve tel bağlama için uygundur
İnce adımlı ve küçük parçalar için uygundur

Sert Altının Dezavantajları:

Yüksek fiyat
Dalga lehimleme için uygun değildir
Dokunmatik anahtarlar için uygun değildir
Sınırlı kalınlık aralığı

PCB Yüzey Kaplaması Nasıl Seçilir?

Baskılı devre kartları (PCB) için yüzey işleme seçimi , işlem verimliliğini, yeniden işleme miktarını, yerinde arıza oranını, test edilebilirliği, hurda oranını ve maliyeti doğrudan etkilediği için PCB üretimindeki en kritik adımlardan biridir . Nihai ürünün yüksek kalitesini ve performansını sağlamak için, yüzey düzgünlüğü seçiminde montajla ilgili tüm önemli hususlar dikkate alınmalıdır.

Bu makaleyi, maliyet, raf ömrü, düzlük ve montaj ihtiyaçları açısından birden fazla yüzey kaplama seçeneğini karşılaştırırken kullanın. Karar esas olarak HASL ve ENIG arasında ise, HASL ve ENIG karşılaştırmasını okuyun ; üretim kapasitesi ve fiyat teklifi notları için PCB yüzey kaplama seçimini kullanın.

PCB Yüzey İşlemi

Lehim Yastığı Düzlüğü Daha önce de belirtildiği gibi, bazı yüzey kaplamaları düzgün olmayan yüzeylere neden olabilir ve bu da performansı, lehimlenebilirliği ve diğer faktörleri etkileyebilir. Düzlük kritik bir faktörse, ince ve düzgün katmanlara sahip yüzey kaplamalarını göz önünde bulundurun. Bu durumda uygun seçenekler arasında ENIG, ENEPIG ve OSP yer alır.

Lehimlenebilirlik ve Islanma

PCB'ler kullanılırken lehimlenebilirlik her zaman önemli bir faktördür. OSP ve ENEPIG gibi belirli yüzey kaplamalarının lehimlenebilirliği engellediği, HASL gibi diğerlerinin ise daha uygun olduğu gösterilmiştir .

Altın veya Alüminyum Tel Bağlama

Baskılı devre kartınız (PCB) altın veya alüminyum tel bağlama gerektiriyorsa, ENIG ve ENEPIG ile sınırlı kalabilirsiniz.

Depolama koşulları

Daha önce de belirtildiği gibi, bazı yüzey kaplamaları (OSP gibi) işlem sırasında PCB'yi kırılgan hale getirebilirken diğerleri dayanıklılığı artırır. Depolama ve taşıma gereksinimleri önceden dikkate alınmalı ve PCB'yi kırılgan hale getiren yüzey kaplamaları yalnızca depolama ve taşıma gereksinimlerinin risk olmadan karşılanabildiği durumlarda kullanılmalıdır.

Lehimleme Döngüleri

PCB kaç kez lehimlenecek ve yeniden işlenecek? Birçok yüzey kalitesi yeniden işleme için idealdir. Ancak kalay daldırma gibi diğer yöntemler yeniden işleme için uygun değildir.

PCB Yüzey Kaplaması-RoHS Uyumluluğu

RoHS uyumluluğu, kullanılacak yüzey kaplamasının belirlenmesinde çok önemlidir. Genellikle, kurşun içeren tüm yüzey kaplamaları RoHS uyumluluğu için uygun değildir ve bunlardan kaçınılmalıdır.

PCB ürününüzün özel gereksinimlerine ve özelliklerine bağlı olarak mükemmel yüzey kaplama seçeneğini seçmek için bu tabloyu kullanabilirsiniz.

Sonuç

Yüzey düzgünlüğü için uygun yüzey işleme tiplerinin seçimi, çeşitli işlevleri yerine getirmek için en uygun şekilde yapılmalıdır. Her yüzey işleme türünün kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır. Yüzey düzgünlüğündeki eksikliklerden kaynaklanan sorunları gidermek için bazı mühendislik teknikleri mevcuttur. Örneğin, OSP'nin düşük ıslatma kuvveti için , levhanın kaplamasının veya dalga lehimleme alaşımının değiştirilmesi, üst yüzey ön ısıtmasının artırılması vb. gibi çözümler vardır. Önemli olan, istenen performansı elde etmek için tüm olası faktörleri göz önünde bulundurmaktır.