Переваги та недоліки обробки поверхні друкованої плати

Друковані плати (PCB) є основою сучасної електроніки, яку можна знайти в усьому, від смартфонів до супутників. Їх функціональність і надійність багато в чому залежить від якості обробленого покриття. Цей посібник заглиблюється в тонкощі обробки поверхні друкованих плат, обговорюючи їх типи, переваги, недоліки та наукову основу їх ефективності.

Вступ до обробки поверхні друкованих плат

Оздоблення поверхні є критично важливим аспектом виготовлення друкованих плат (PCB). Вони виконують кілька функцій:

• Захистіть мідь від окислення та корозії
• Забезпечують хорошу здатність до пайки для кріплень компонентів
• Забезпечте провідність між стиками
• Стійкий до зносу та стирання під час складання та використання
• Дозволити ефективну перевірку та тестування

У цій статті детально розглядаються поширені варіанти обробки поверхні друкованої плати, їхні переваги й обмеження, а також рекомендації щодо вибору.

Вирівнювання припою гарячим повітрям (HASL)

HASL — це традиційний підхід до обробки друкованих плат, який використовується з 1960-х років. Кроки включають:

1. Нанесення флюсу для видалення оксидів і покращення розподілу припою.
2. Дошки для занурення у ванну з розплавленим припоєм (зазвичай олов’яно-свинцевим).
3. Розрівнювання рідкого припою за допомогою струменів гарячого повітря або відведеного азоту.

Це залишає шар припою на майданчиках друкованої плати та сліди. Ключовими параметрами процесу є температура припойної ванни, час витримки, тиск повітряного ножа та температура.

Товщина HASL коливається від 1-70 мкм. Типова товщина 20-30 мкм. Матове покриття HASL забезпечує чудову паяність. Покриття припою запобігає окисленню і дозволяє утворювати надійні паяні з'єднання.

Однак у HASL є деякі недоліки:

• Нерівномірна товщина: ефект меніска призводить до нерівномірних відкладень.
• Обмежений термін придатності: покриття з часом окислюється.
• Не підходить для дрібного кроку: ризик утворення перемичок припою на щільних друкованих платах.
• Викривлення тонких дощок: Високі температури можуть спричинити викривлення.
• Уловлювання залишків флюсу: флюс може потрапити під припій.
• Проблеми DFM: HASL може створити проблеми з технологічністю.

Такі модифікації, як зниження температури ванни припою, допомагають покращити процес. Загалом HASL забезпечує прийнятну продуктивність за низьку вартість. Але для сучасних дизайнів з тонким кроком існують проблеми.

Органічні консерванти для спаювання (OSP)

Покриття OSP - це органічні сполуки, нанесені на поверхню друкованої плати. Вони містять такі хімічні речовини, як імідазоли або бензимідазоли, які реагують з оксидом міді, утворюючи тонкі полімерні плівки.

Товщина шару OSP 0.1-0.2 мкм. Покриття діють як тимчасовий захист від окислення. Але також має бути знімним під час пайки, щоб оголити оголену мідь.

Переваги OSP:

• Простий процес шляхом розпилення або занурення
• Гладке покриття, порівнянне з ENIG
• Низька вартість і не містить свинцю
• Підходить для тонкого тону

Недоліки:

• Обмежений термін придатності
• Проблеми з можливістю переробки
• Складний оптичний огляд
• Низька стійкість до агресивних середовищ

OSP підходить для багатьох програм побутової електроніки. Але для більш високих вимог до надійності може знадобитися інше покриття.

Immersion Silver і Immersion Tin

Імерсійне срібло та олово є хімічно осадженими металевими шарами на друкованих платах за допомогою реакцій витіснення. ПХБ занурюють у нагріті розчини з іонами срібла або олова. Іони замінюють атоми міді, покриваючи дошки.

Типова товщина становить 0.1-0.3 мкм для іммерсійного срібла та 0.1-0.8 мкм для иммерсионного олова.

переваги:

• Відмінна паюваність
• Не містить свинцю та відповідає вимогам RoHS
• Нижча вартість, ніж золото
• Простіша обробка, ніж гальванічне покриття

Недоліки:

• Потемніння та окислення з часом
• Обмежений термін придатності
• Вуси ризикує оловом
• Потрібна додаткова доробка зі сріблом

Ці покриття підходять для багатьох недорогих пристроїв побутової електроніки. Але для продуктів тривалого терміну служби існують проблеми щодо стабільності.

Безелектричне нікелеве іммерсійне золото (ENIG)

ENIG включає в себе початкове нікельування без електролізу з подальшим осадженням тонкого шару золота методом занурення. Нікелеве покриття має товщину 3-6 мкм, а золото 0.05-0.15 мкм.

Нікель діє як дифузійний бар'єрний шар і забезпечує хорошу основу для пайки. Золото забезпечує чудову стійкість до корозії та провідність.

Переваги ENIG:

• Відмінний термін зберігання
• Захист від зносу з золотого шару
• Сумісний без вмісту свинцю
• Рівномірне і гладке покриття

Недоліки:

• Висока вартість через золото
• Необхідний жорсткий контроль процесу
• Можлива втрата паяльності з часом
• Крихкі відкладення при товщині понад 0.5 мкм

ENIG підходить для високонадійних друкованих плат військового класу, де вартість не є обмеженням.

Електролітичний нікель/золото (тверде золото/м’яке золото)

Електролітичний нікель/золото означає гальванічне покриття нікелю та золота на друкованих платах. Є два основних типи:

Тверде золото

Тверде золото має вищий вміст нікелю або кобальту, що призводить до нижчої чистоти приблизно на 90-95%. Він більш твердий і зносостійкий.

Тверде золото зазвичай використовується для:

• Крайові з’єднувачі та пальці – витримують цикли сполучення
• Контактні точки – обробляє перемикання дуг
• З’єднувачі – стійкі до стирання

Товщина може варіюватися від 2-10 мкм залежно від вимог до зносу.

М’яке золото

М'яке золото містить понад 99% чистого золота. Він забезпечує максимальну провідність і стійкість до корозії. Костюми з м'якого золота:

• Склеювання дроту – забезпечує високоефективне склеювання
• Пайка – забезпечує відмінну змочуваність

Типова товщина 0.05-2 мкм.

Переваги електролітичного нікелю/золота

• Настроювана товщина за потреби
• Опція твердого золота для контактів/роз'ємів
• Сумісний без вмісту свинцю

Недоліки

• Дуже дорого, особливо ніжне золото
• Нижча початкова здатність до паяння твердого золота
• Крихкий при більшій товщині
• Для золотих пальців потрібні додаткові сліди

Електролітичний нікель/золото забезпечує оптимізовану продуктивність, але з вищою ціною.

Безелектричний нікель Безелектричний паладієве іммерсійне золото (ENEPIG)

ENEPIG покращує ENIG шляхом додавання шару паладію без електроліту між покриттями з нікелю та золота. Це додатково покращує стійкість до корозії.

Товщина шару нікелю ~3-6 мкм. Паладій ~0.1-0.5 мкм, а золото — 0.02-0.1 мкм.

Переваги ENEPIG

• Усуває ризик чорної колодки за допомогою ENIG
• Краща склеюваність дроту, ніж ENIG
• Висока стійкість до корозії та окислення
• Тривалий термін зберігання

Недоліки

• Дуже складний контроль процесу
• Висока вартість через багатошаровість наплавлення
• Новіший процес, який ще розвивається
• Часто потребує остаточного золотистого покриття

ENEPIG забезпечує максимальний захист у суворих умовах. Але це також найдорожча обробка друкованої плати.

Рідкі фотозображувані паяльні маски (LPSIM)

LPSIM або рідкі фотозображувані покриття (LPC) — це маски для пайки, що твердіють УФ-променями. Вони діють як постійне захисне покриття, усуваючи потребу в конформних покриттях.

LPSIM наноситься трафаретним друком або напиленням. Він піддається впливу та затвердіє, утворюючи міцний захисний полімерний шар.

Переваги LPSIM:

• Відмінний захист від навколишнього середовища / стирання
• Покращена інтеграція процесу
• Вища роздільна здатність, ніж суха плівкова маска
• Витримує багаторазове оплавлення

Недоліки:

• Обмежена перевірка після нанесення
• Складні кілька етапів обробки
• Вищі витрати на матеріали та обробку
• Стійкість до термічного удару

Загалом LPSIM забезпечує надійний високоефективний захист. Але це дорожче, ніж традиційні паяльні маски.

Висновок

Оздоблення поверхні друкованої плати суттєво впливає на технологічність, процеси пайки, перевірку, надійність і вартість. Оптимізація обробки вимагає оцінки ключових компромісів на основі середовища життєвого циклу продукту, цільових показників якості та бюджету. Цей огляд надає дизайнерам повну перспективу вибору правильної обробки для їхніх потреб.

схожі повідомлення

1. Що таке процес виробництва друкованої плати?
2. Що таке друковані плати?
3. Вичерпний посібник із обробки поверхні друкованих плат: вибір, властивості та міркування щодо надійності