به پایان رساندن سطح

درمان سطح PCB چیست؟

عملیات سطح PCB به اتصالات فلزی بین مس در معرض و اجزاء در مناطق قابل لحیم کاری یک برد مدار چاپی (PCB) اشاره دارد. PCB دارای یک بستر مسی است که می تواند به راحتی بدون پوشش محافظ اکسید شود، بنابراین نیاز به پرداخت سطحی است.

عملیات سطح PCB یکی از حیاتی ترین مراحل در ساخت و مونتاژ PCB است که دو وظیفه اصلی را انجام می دهد: یکی محافظت از مدارهای مسی در معرض دید و دیگری فراهم کردن سطح قابل لحیم کاری برای اتصال قطعات به PCB. همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است، عملیات سطح روی لایه بیرونی PCB، در بالای لایه مس قرار دارد و به عنوان یک "پوشش" برای مس عمل می کند.

انواع عملیات سطحی PCB

1. تراز کردن لحیم کاری با هوای گرم (HASL)
2. قلع غوطه ور (ImSn)
3. طلای غوطه‌وری نیکل الکترولس (ENIG)
4. نگهدارنده لحیم کاری ارگانیک (OSP)
5. نقره غوطه ور (ImAg)
6. نیکل الکترولس پالادیوم طلای غوطه وری الکترولس (ENEPIG)
7. طلای سخت (طلای سخت الکترولیتی)

فرآیندهای تصفیه سطح PCB

تراز کردن لحیم کاری با هوای گرم (HASL)

تراز کردن لحیم کاری با هوای داغ (HASL) یکی از متداول ترین روش های تصفیه سطحی در صنعت است. HASL به دو نوع لحیم سربی و بدون سرب تقسیم می شود. همچنین یکی از ارزان ترین انواع درمان سطح PCB موجود است.

برای تشکیل یک سطح HASL، برد مدار در لحیم مذاب (قلع/سرب) غوطه ور می شود، که تمام سطوح مسی برد برد را می پوشاند. پس از خروج از لحیم مذاب، هوای داغ پرفشار با استفاده از یک چاقوی هوا بر روی سطح دمیده می شود و رسوبات لحیم کاری را تراز می کند و لحیم اضافی را از سطح PCB جدا می کند.

چندین پارامتر حیاتی باید در طول این فرآیند کنترل شوند: دمای لحیم کاری، دمای چاقوی هوا، فشار چاقوی هوا، زمان غوطه وری و سرعت بالابر.

نکات کلیدی برای تراز کردن هوای گرم PCB عبارتند از:

• PCB باید در لحیم مذاب غوطه ور شود.
• چاقوی هوا لحیم مایع را قبل از اینکه جامد شود با باد می برد.
• چاقوی هوا منیسک لحیم کاری روی سطح مسی را به حداقل می رساند و از پل زدن لحیم جلوگیری می کند.

به دلیل مشکلات ناهمواری سطح، HASL برای کاربردهای SMT (فناوری نصب سطحی) محدودیت هایی دارد و نمی توان از آن برای سوئیچ های لمسی استفاده کرد.

اگر PCB در معرض دمای بالا قرار گیرد، مس ممکن است حل شود، به خصوص در تخته های ضخیم یا نازک، که لحیم کاری را به چالش می کشد.

مزایا و معایب تراز کردن لحیم کاری با هوای گرم (HASL)

مزایای:

• عرضه فراوان
• قابل کار مجدد
• ماندگاری عالی
• لحیم کاری فوق العاده
• مقرون به صرفه
• به پنجره های پردازشی بزرگتر اجازه می دهد
• زمان نگهداری طولانی تر
• لنت ها قبل از لحیم کاری کاملا با لحیم پوشانده می شوند
• مناسب برای لحیم کاری بدون سرب
• یک گزینه درمان سطح بالغ
• امکان بازرسی بصری و اندازه گیری الکتریکی را فراهم می کند

معایب:

• سطح ناهموار
• برای زمین خوب مناسب نیست
• سرب دار (HASL)
• شوک حرارتی
• پل لحیم کاری
• کاهش PTH (حفره آبکاری شده)
• تفاوت ضخامت/مورفولوژی بین پدهای بزرگ و کوچک
• برای SMD و BGA با زمین های کوچکتر از 20 میل مناسب نیست
• برای محصولات HDI مناسب نیست
• برای اتصال سیم مناسب نیست

قلع غوطه ور (ImSn)

قلع غوطه ور (ImSn) یک پوشش فلزی است که از طریق یک واکنش جابجایی شیمیایی رسوب می کند و مستقیماً روی فلز زیرلایه تخته مدار (یعنی مس) اعمال می شود.

ImSn از مس زیرین در طول عمر مفید آن در برابر اکسیداسیون محافظت می کند. از آنجایی که تمام لحیم کاری ها بر پایه قلع هستند، لایه قلع می تواند با هر نوع لحیم کاری مطابقت داشته باشد.

افزودن افزودنی‌های آلی به محلول غوطه‌وری قلع، ساختاری دانه‌ای در لایه قلع ایجاد می‌کند، و مشکلات مربوط به سبیل‌های قلع و مهاجرت قلع را برطرف می‌کند و در عین حال پایداری حرارتی و لحیم‌کاری خوب را حفظ می‌کند.

فرآیند غوطه وری قلع می تواند یک ترکیب بین فلزی مسطح قلع را تشکیل دهد که لحیم کاری خوبی را بدون مسائل مربوط به صافی یا انتشار ترکیب بین فلزی ارائه می دهد.

مزایا و معایب قلع غوطه ور (ImSn)

مزایای:

• صافی عالی (مناسب برای SMT)، مناسب برای قطعات ریز/BGA/کوچکتر.
• یک فناوری تصفیه سطح بدون سرب با هزینه متوسط.
• به صافی مناسب می رسد.
• لحیم کاری خوبی را پس از گشت و گذارهای حرارتی متعدد حفظ می کند.
• مناسب برای خطوط تولید افقی
• مناسب برای هندسه خوب و مونتاژ بدون سرب.

معایب:

• حساس به پردازش
• ماندگاری کوتاه؛ سبیل های حلبی ممکن است بعد از 6 ماه ظاهر شوند.
• ماسک لحیم کاری خورنده
• استفاده با ماسک های قابل جابجایی توصیه نمی شود.
• برای سوئیچ های لمسی مناسب نیست.
• آزمایش الکتریکی نیاز به تنظیمات خاصی دارد (فرود پروب نرم).

طلای غوطه‌وری نیکل الکترولس (ENIG)

ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) به طور سنتی بهترین گزینه برای سطوح ریز (مسطح) و کاربردهای بدون سرب در نظر گرفته می شود.

ENIG یک فرآیند دو مرحله ای است که یک لایه نازک نیکل به دنبال آن یک لایه نازک طلا اعمال می کند. نیکل به عنوان یک مانع بین مس و سطح لحیم کاری عمل می کند، در حالی که طلا از نیکل در برابر اکسیداسیون در طول ذخیره سازی محافظت می کند.

ضخامت معمولی Ni حدود 3-6 میکرومتر و ضخامت رسوب شده طلا حدود 0.05-0.1 میکرومتر است.

نیکل به عنوان یک لایه مانع بین لحیم کاری و مس عمل می کند.

طلا از اکسید شدن نیکل در طول ذخیره سازی جلوگیری می کند و در نتیجه عمر مفید را افزایش می دهد، در حالی که فرآیند آبکاری طلا باعث صافی سطح عالی می شود.

فرآیند تصفیه ENIG به شرح زیر است: تمیز کردن → اچ → کاتالیز → آبکاری نیکل الکترولس → آبکاری طلا → تمیز کردن باقیمانده ها.

اگرچه این فرآیند پوشش ماندگاری طولانی دارد و برای آبکاری سوراخ‌ها مفید است، اما فرآیندی پیچیده و پرهزینه است، نمی‌توان آن را دوباره کار کرد و باعث تلفات در مدارهای سیگنال RF می‌شود.

مزایا و معایب طلای غوطه‌وری نیکل الکترولس (ENIG)

مزایای:

• سطح صاف
• بدون سرب
• مناسب برای PTH (Plated Through Hole)
• عمر مفید طولانی

معایب:

• گران
• قابل کار مجدد نیست
• مشکلات پد سیاه/نیکل سیاه
• تلفات سیگنال RF
• فرایند پیچیده

نگهدارنده لحیم کاری ارگانیک (OSP)

OSP (محافظ کننده لحیم کاری آلی) یا عوامل ضد خوردگی معمولاً شامل اعمال یک لایه محافظ بسیار نازک از مواد بر روی مس در معرض با استفاده از فرآیند تسمه نقاله برای محافظت از سطح مس در برابر اکسیداسیون است.

این فیلم باید دارای خواصی مانند ضد اکسیداسیون، مقاومت در برابر شوک حرارتی و مقاومت در برابر رطوبت باشد تا در شرایط محیطی عادی از زنگ زدگی (اکسیداسیون یا سولفید و غیره) جلوگیری کند.

با این حال، در طول لحیم کاری بعدی در دمای بالا، این لایه محافظ باید به راحتی توسط شار جدا شود، و به سطح مسی تمیز اجازه می دهد که بلافاصله با لحیم مذاب بچسبد و در مدت زمان بسیار کوتاهی یک اتصال لحیم کاری قوی ایجاد کند.

به عبارت دیگر، نقش OSP این است که به عنوان یک مانع بین مس و هوا عمل کند.

فرآیند کلی برای OSP عبارت است از: چربی زدایی → میکرو اچینگ → شستشوی اسیدی → شستشو با آب خالص → پوشش ارگانیک → تمیز کردن.

OSP از یک ترکیب آلی مبتنی بر آب استفاده می کند که به طور انتخابی با مس متصل می شود و یک لایه فلزی آلی ایجاد می کند که از مس قبل از لحیم کاری محافظت می کند. در مقایسه با سایر روکش‌های معمولی بدون سرب، بسیار دوست‌دار محیط‌زیست نیز می‌باشد، زیرا دومی‌ها سمی‌تر یا انرژی‌برتر هستند.

مزایا و معایب نگهدارنده لحیم کاری ارگانیک (OSP)

مزایای:

• سطح صاف
• فرآیند ساده، سطح بسیار صاف، لحیم کاری بدون سرب و SMT
• قابل کار مجدد، مناسب برای خطوط تولید افقی
• مقرون به صرفه
• سازگار با محیط زیست

معایب:

• ضخامت قابل اندازه گیری نیست
• برای PTH (Plated Through Hole) مناسب نیست
• ماندگاری کوتاه
• ممکن است باعث مشکلات ICT (تست درون مدار) شود
• مس در هنگام مونتاژ نهایی آشکار می شود
• حساس به پردازش
• نمی توان بیش از دو بار لحیم کاری (بازکاری) کرد
• برای تکنیک های چین و اتصال سیم مناسب نیست
• برای اندازه گیری بصری و الکتریکی ناخوشایند است
• برای SMT نیاز به تزریق اکسیدهای نیتروژن دارد

نقره غوطه ور (ImAg)

Immersion Silver یک درمان سطح شیمیایی غیر الکترولیتی است که با غوطه ور کردن PCB مس در حمام یون نقره اعمال می شود. برای بردهای مدار با محافظ EMI ایده آل است و همچنین برای اتصالات گنبدی و اتصال سیم استفاده می شود. متوسط ​​ضخامت سطح نقره 5-18 میکرواینچ است.

با در نظر گرفتن مسائل زیست محیطی مدرن مانند RoHS و WEEE، نقره غوطه ورتر از HASL و ENIG با محیط زیست سازگارتر است. همچنین محبوب است زیرا هزینه آن کمتر از ENIG است.

حتی PCB های پردازش شده از طریق نقره غوطه ور می توانند عملکرد الکتریکی خوبی داشته باشند و لحیم کاری خوبی را در مواجهه با دماهای بالا، رطوبت و محیط های آلوده حفظ کنند، اگرچه ممکن است درخشندگی خود را از دست بدهند.

نقره غوطه‌وری یک واکنش جابه‌جایی است که لایه‌ای از نقره خالص را مستقیماً روی مس می‌گذارد.

گاهی اوقات، نقره غوطه ور را با پوشش های OSP ترکیب می کنند تا از واکنش نقره با سولفیدهای موجود در محیط جلوگیری شود.

کاربردهای رایج شامل الزامات مسطح است که ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• سوئیچ های غشایی
• محافظ EMI
• اتصال سیم آلومینیومی
• آثار بسیار ظریف

مزایا و معایب نقره غوطه ور (ImAg)

مزایای:

• لحیم کاری بالا
• صافی سطح خوب
• کم هزینه و بدون سرب (مطابق با استانداردهای RoHS).
• مناسب برای اتصال سیم های آلومینیومی

معایب:

• نیازهای ذخیره سازی بالا
• مستعد آلودگی
• پنجره مونتاژ کوتاه پس از حذف از بسته بندی.
• انجام تست الکتریکی مشکل است.

نیکل الکترولس پالادیوم طلای غوطه وری الکترولس (ENEPIG)

پوشش سطح ENEPIG از ساختار لایه مس-نیکل-پالادیوم-طلا تشکیل شده است که امکان اتصال مستقیم سیم به پوشش را فراهم می کند. آخرین لایه طلا بسیار نازک است، شبیه به لایه ENIG. لایه طلا یک لایه محافظ است، در حالی که لایه پالادیوم از اکسید شدن لایه نیکل جلوگیری می کند و قابلیت لحیم کاری را افزایش می دهد.

مزیت اصلی ENEPIG این است که هم برای نصب روی سطح و هم برای کاربردهای اتصال سیم مناسب است.

مزایا و معایب طلای غوطه‌وری پالادیوم بدون الکترولس نیکل (ENEPIG)

مزایای:

• لحیم کاری خوب
• از اکسید شدن لایه نیکل جلوگیری می کند.
• مناسب برای نصب روی سطح و کاربردهای اتصال سیم

معایب:

• گران تر از پرداخت های سنتی.
• پردازش پیچیده تر

طلای سخت (طلای سخت الکترولیتی)

طلای سخت یک فرآیند آبکاری طلای الکترولیتی است که یک لایه طلای ضخیم‌تر (تقریباً 2-6 میکرومتر) نسبت به لایه‌ای که در سایر پوشش‌های سطح یافت می‌شود، رسوب می‌دهد. آبکاری با استفاده از پایه نیکل انجام می شود که فرآیند گران قیمتی است.

آبکاری طلای سخت مقاومت در برابر سایش عالی را ایجاد می کند و آن را برای کاربردهایی با عملکرد فیزیکی و مکانیکی بالا مناسب می کند. این عمدتا برای اتصالات، کنتاکت سوئیچ و سایر برنامه های کاربردی با قابلیت اطمینان بالا استفاده می شود، اما برای لحیم کاری PCB مناسب نیست.