Úprava povrchu desky PCB

Co je povrchová úprava desky plošných spojů (PCB)?

Úprava povrchu desky PCB je klíčovým krokem počátečního zpracování při výrobě holých desek plošných spojů. Označuje proces nanesení rovnoměrného a hustého funkčního povlaku na povrch holé měděné vrstvy desky plošných spojů chemickou, fyzikální nebo elektrochemickou metodou. Jeho hlavní funkcí je řešit problémy spojené s náchylností holé mědi k oxidaci a špatné pájitelnosti, a zároveň přizpůsobit se požadavkům různých aplikačních scénářů. Je to klíčový krok pro zajištění spolehlivosti pájení, životnosti a elektrických vlastností desek plošných spojů.

Hlavní cíl

• Ochrana proti oxidaci a korozi: Holý měděný povrch vystavený vzduchu a vlhkosti je náchylný k oxidaci, při které vzniká oxid měďný, což může vést ke špatnému pájení a snížení elektrického výkonu. Vrstvy povrchové úpravy izolují měděnou vrstvu od vnějšího prostředí, čímž prodlužují dobu skladování a životnost desek s plošnými spoji.

• Zvýšená spolehlivost pájení: Povlak musí mít dobrou smáčivost, aby se snížilo riziko chladných a falešných pájených spojů, zejména u přesných součástek, jako jsou 03015 a QFP ve SMT.

• Zaručený elektrický výkon: Některé povlaky mohou snižovat přechodový odpor a zlepšovat stabilitu přenosu signálu, čímž splňují požadavky na vysokofrekvenční a vysokorychlostní obvody.

• Přizpůsobení speciálním podmínkám: Poskytuje se individualizovaná ochrana pro prostředí s vysokou teplotou, vysokou vlhkostí a vysokou čistotou.

Běžné typy povrchových úprav

Výhody povrchové úpravy Kingfield

• Kompletní kontrola kvality: Od surovin až po hotové výrobky splňuje normy IPC-6012 a ISO9001;

• Přizpůsobená řešení: Doporučujeme optimální řešení úpravy podle požadavků zákazníka a podporujeme výrobu speciálních povlaků na míru;

• Dodržování environmentálních norem: Všechny procesy splňují environmentální požadavky RoHS a REACH, jsou bezolovnaté a bezhalogenové a vyhovují environmentálním standardům náročných odvětví, jako je lékařství a automobilový průmysl.

Procesy povrchové úpravy pro různé typy desek plošných spojů

Úprava povrchu desky plošných spojů je klíčovým následným krokem při výrobě holých desek. Spočívá ve vytvoření funkčního povlaku na měděné vrstvě chemickými, fyzikálními nebo elektrochemickými metodami. Tento proces řeší především problémy jako oxidace holé mědi a nedostatečná spolehlivost pájení, zároveň umožňuje přizpůsobit se požadavkům různých aplikačních scénářů. Níže následuje podrobná analýza běžných procesů:

HASL – Nákladově efektivní volba

Princip procesu: Holá deska plošných spojů je ponořena do roztavené pájky a nadbytečná pájka je odstraněna pomocí horkovzdušného nože pod vysokým tlakem, čímž vznikne rovnoměrný pájecí povlak na povrchu měděné vrstvy. Po ochlazení tuhne a upevní se.

Klíčové parametry:

Tloušťka povlaku: 5–25 μm;

Teplota pájení: 235–245 °C pro tradiční slitiny cínu a olova, 250–260 °C pro bezolovnaté slitiny;

Doba uchovávání: 6–12 měsíců za běžných podmínek;

Environmentální normy: Tradiční modely obsahující olovo nevyhovují směrnici RoHS, modely bez olova vyhovují směrnici RoHS/REACH.

Klíčové vlastnosti

Výhody: Nízká cena, zralý proces, vysoká kompatibilita pájení, dobrá odolnost proti opotřebení.

Omezení: Plochost povrchu je průměrná, není vhodná pro součástky s jemným roztečením; zpracování bezolovnatých desek plošných spojů za vysoké teploty může způsobit mírnou deformaci substrátu desky.

Typické aplikace: Spotřební elektronika, běžná průmyslová zařízení, výkonové moduly, levné lékařské přístroje.

ENIG – Nejlepší volba pro vysoce přesné aplikace

1. Princip procesu

Použije se chemická depoziční metoda, při které se nejprve na povrchu měděné vrstvy vytvoří bariérová vrstva slitiny niklu a fosforu a poté se nanese tenká vrstva zlata. Během celého procesu není vyžadováno elektrické proudění a povlak má vysokou uniformita

2. Základní parametry

• Tloušťka niklové vrstvy: 5–10 μm, tloušťka zlaté vrstvy: 0,05–1,0 μm

• Drsnost povrchu: Ra<0,1 μm

• Doba uskladnění: 12–24 měsíců v uzavřeném a suchém prostředí

• Odolnost proti korozi : Zkouška odolnosti proti solnému mlhovému prostředí ≥96 hodin (průmyslová třída), ≥144 hodin (vojenská třída)

3. Klíčové vlastnosti

Výhody: Hladký povrch (vhodný pro přesné komponenty jako BGA a QFP), vynikající vodivost, silná odolnost proti oxidaci/korozí, vhodný pro vysokofrekvenční obvody, umožňuje opakované pájení a zasouvání/vytahování.

Omezení: Vyšší náklady, příliš silné vrstvy zlata mohou vést k „křehkosti zlata“ a vyžadují vysokou úroveň kontrolních procesů.

4. Typické aplikace Komunikační zařízení high-end třídy (5G základnové stanice, optické moduly), lékařské přístroje (dýchací přístroje, EKG), automobilová elektronika, letecké a kosmické produkty a průmyslové řídicí přesné moduly.

III. OSP – Řešení pro vysokou hustotu a náročné prostředí.

1. Princip procesu

Prostřednictvím chemické adsorpce vzniká na holém měděném povrchu ultra tenká organická vrstva, která jej izoluje od vzduchu a vlhkosti. Během pájení se vrstva může rozložit za vysokých teplot, aniž by ovlivnila smáčivost pájky.

2. Základní parametry

Tloušťka povlaku: 0,2–0,5 μm;

Teplota pájení: ≤260℃;

Datum Platnosti: 6–12 měsíců v suchém, uzavřeném prostředí (vlhkost > 60 % může způsobit poruchu);

Ekologické normy: Bez těžkých kovů a halogenů, splňuje požadavky RoHS/REACH/IPC-J-STD-004.

3. Klíčové vlastnosti

Výhody: Ekologický proces, střední náklady, hladký povrch, neovlivňuje odvod tepla z desky plošných spojů, po pájení nezanechává zbytky.

Omezení: Střední odolnost proti teplotě, vysoké požadavky na skladovací prostředí, není odolný proti tření.

4. Typické aplikace Chytré telefony, tablety, notebooky, zařízení IoT, vysokohustotní desky plošných spojů (vícevrstvé desky, HDI desky)

IV. Imersní stříbro – Nejvhodnější volba pro vysokofrekvenční a střední až vyšší třídu produktů

1. Princip procesu:

Čistě stříbrná vrstva je nanášena na povrch měděné vrstvy prostřednictvím displaceční reakce. Není vyžadována žádná elektřina a stříbrná vrstva je rovnoměrná a hustá, s vynikající vodivostí a pájitelností.

2. Základní parametry

• Tloušťka stříbrné vrstvy: 0,8–2,0 μm

• Drsnost povrchu: Ra < 0,15 μm

• Doba skladovatelnosti: 6–9 měsíců při vakuumovém balení

• Vodivost: Přechodový odpor < 3 mΩ

3. Klíčové vlastnosti

Výhody: Nízké ztráty při přenosu signálu, dobrá smáčivost pájení, nižší náklady než u ENIG, bezolovnaté a bezhalogenové, ekologické, vysoká hladkost povrchu.

Omezení: Stříbrná vrstva má sklon k oxidaci, odolnost proti korozi je o něco horší než u ENIG, při pájení je nutná kontrola teploty.

4. Typické aplikace: Komunikační základnové stanice, směrovače, přepínače, průmyslové řídicí moduly, zkušební přístroje a střední až vyšší třída spotřební elektroniky.

V. Imersní cín – Řešení kompatibilní s jemnou roztečí

1. Princip procesu

Čistá cínová vrstva je nanášena na povrch měděné vrstvy prostřednictvím výměnné reakce. Cínová vrstva je podobná materiálu pájky, má vynikající kompatibilitu při pájení a může přímo tvořit spolehlivé pájené spoje bez dodatečné úpravy.

2. Základní parametry

Tloušťka cínové vrstvy: 1,0–3,0 μm;

Hrubost povrchu: Ra<0,15 μm;

Datum Platnosti: 6–9 měsíců v uzavřeném prostředí;

Teplota pájení: 240-255℃

3. Klíčové vlastnosti

Výhody: Hladký povrch, stabilní pájecí vlastnosti, olovo volné a ekologické, nižší náklady než u ENIG/imersního stříbra, flexibilnější požadavky na skladování.

Omezení: Měkčí pájecí vrstva, náchylná k poškrábání, může být za prodloužených vysokoteplotních podmínek náchylná k vytváření „cínových vousků“.

4. Typické aplikace Automobilová elektronika, průmyslové senzory, zařízení chytrých domácností, střední až vyšší třída desek plošných spojů

VI. Srovnávací tabulka základních rozdílů u běžných procesů