پرداخت سطح برد مدار چاپی

پرداخت سطح برد مدار چاپی چیست؟

PCB پرداخت سطح، یک مرحله پس از پردازش اصلی در تولید برد مدار چاپی فاقد قطعه است. این فرآیند به معنای نشاندن یک پوشش عملکردی یکنواخت و متراکم بر روی سطح لایه مس خالص برد مدار چاپی از طریق روش‌های شیمیایی، فیزیکی یا الکتروشیمیایی است. عملکرد اصلی آن رفع مشکلات موجود در مس خالص است که مستعد اکسید شدن و دارای قابلیت لحیم‌کاری ضعیف است، همچنین با الزامات عملکردی سناریوهای مختلف کاربردی سازگار می‌شود. این مرحله، عامل کلیدی در تضمین قابلیت اطمینان لحیم‌کاری، عمر مفید و عملکرد الکتریکی برد مدار چاپی نصب شده (PCBA) است.

هدف اصلی

• ضد اکسیداسیون و خوردگی: مس خالص در معرض هوا و رطوبت مستعد اکسید شدن است و لایه اکسید مس تشکیل می‌دهد، که منجر به شکست لحیم‌کاری و کاهش عملکرد الکتریکی می‌شود. لایه‌های پوشش سطحی می‌توانند لایه مس را از محیط خارجی جدا کنند و دوره نگهداری و عمر مدارهای چاپی (PCBAs) را افزایش دهند.

• قابلیت اطمینان لحیم‌کاری بهبود یافته: پوشش باید تر شوندگی خوبی داشته باشد تا از ایجاد لحیم‌های سرد و لحیم‌های ناقص جلوگیری شود، به‌ویژه مناسب با نیازهای لحیم‌کاری قطعات دقیق مانند 03015 و QFP در فناوری SMT باشد.

• تضمین عملکرد الکتریکی: برخی از پوشش‌ها می‌توانند مقاومت تماسی را کاهش داده و پایداری انتقال سیگنال را بهبود بخشند و نیازمندی‌های عملکردی مدارهای با فرکانس بالا و سرعت بالا را برآورده کنند.

• سازگاری با شرایط خاص: حفاظت سفارشی‌شده برای محیط‌هایی با دمای بالا، رطوبت بالا و تمیزی بالا فراهم می‌شود.

انواع رایج پوشش‌های سطحی

مزایای فرآیند پرداخت سطح کینگفیلد

• کنترل کیفیت در فرآیند کامل: از مواد اولیه تا محصولات نهایی، با استانداردهای IPC-6012 و ISO9001 سازگار است؛

• راه‌حل‌های سفارشی: پیشنهاد بهترین راه‌حل پرداخت بر اساس نیاز مشتری و پشتیبانی از سفارشی‌سازی پوشش‌های خاص؛

• انطباق زیست‌محیطی: تمامی فرآیندها با الزامات زیست‌محیطی RoHS و REACH سازگار هستند، بدون سرب و بدون هالوژن بوده و با استانداردهای زیست‌محیطی صنایع پیشرفته مانند پزشکی و خودرو سازگارند.

فرآیندهای پرداخت سطح برای انواع مختلف برد مدار چاپی (PCB)

پردازش سطح برد مدار چاپی (PCB) یک مرحله اصلی پس از تولید در تولید برد خام است. این فرآیند شامل ایجاد یک پوشش عملکردی بر روی لایه مس با استفاده از روش‌های شیمیایی، فیزیکی یا الکتروشیمیایی می‌شود. این فرآیند عمدتاً به مسائلی مانند اکسید شدن مس خام و عدم کافی بودن قابلیت لحیم‌کاری پرداخته و همچنین با الزامات عملکردی سناریوهای کاربردی مختلف سازگار است. در ادامه تحلیل عمیقی از فرآیندهای رایج ارائه شده است:

HASL – انتخابی مقرون‌به‌صرفه

اصل فرآیند: برد PCB خام در لحیم مذاب غوطه‌ور می‌شود و لحیم اضافی توسط یک چاقوی هوای داغ با فشار بالا پاک می‌شود تا پوشش لحیم یکنواختی روی سطح لایه مس ایجاد شود. پس از سرد شدن، این پوشش منجمد شده و شکل نهایی را می‌گیرد.

پارامترهای اصلی:

ضخامت پوشش: ۵-۲۵μm؛

دمای لحیم‌کاری: ۲۳۵-۲۴۵℃ برای آلیاژهای سنتی سرب-قلع، ۲۵۰-۲۶۰℃ برای آلیاژهای بدون سرب؛

طول عمر قفسه‌ای: ۶ تا ۱۲ ماه در شرایط عادی؛

استانداردهای محیطی: مدل‌های سنتی حاوی سرب با استاندارد RoHS سازگار نیستند، مدل‌های بدون سرب با استانداردهای RoHS/REACH سازگار هستند.

ویژگی‌های کلیدی

مزایا: هزینه پایین، فرآیند بالغ، سازگاری قوی در لحیم‌کاری، مقاومت خوب در برابر سایش.

محدودیت‌ها: صافی سطح متوسط است و برای قطعات با گام ریز مناسب نیست؛ فرآیند دمای بالا در برد چاپی بدون سرب ممکن است باعث تغییر شکل جزئی زیرلایه برد شود.

کاربردهای معمول: الکترونیک مصرفی، تجهیزات صنعتی عمومی، ماژول‌های توان، دستگاه‌های پزشکی کم‌بهره.

ENIG – انتخاب برتر برای دقت بالا و کاربردهای پیشرفته

1. اصل فرآیند

از روش رسوب شیمیایی استفاده می‌شود تا ابتدا یک لایه سدی آلیاژ نیکل-فسفر روی لایه مس تشکیل شود، و سپس یک لایه نازک طلا رسوب داده شود. در کل فرآیند نیازی به برق نیست و پوشش دارای یکنواختی

۲. پارامترهای اصلی

• ضخامت لایه نیکل: 5-10μm، ضخامت لایه طلا: 0.05-1.0μm

• زبری سطح: Ra<0.1μm

• مدت نگهداری: 12-24 ماه در محیطی دربسته و خشک

• مقاومت در برابر خوردگی : آزمون افشانه نمکی ≥96 ساعت (درجه صنعتی)، ≥144 ساعت (درجه نظامی)

۳. ویژگی‌های کلیدی

مزایا: سطح صاف (مناسب برای قطعات دقیق مانند BGA و QFP)، هدایت الکتریکی عالی، مقاومت قوی در برابر اکسیداسیون/خوردگی، مناسب برای مدارهای فرکانس بالا، قابلیت انجام لحیم‌کاری و قرارگیری/خارج‌کردن مکرر.

محدودیت‌ها: هزینه بالاتر، لایه‌های طلای بیش از حد ضخیم می‌توانند منجر به "شکنندگی طلا" شوند و کنترل فرآیند پیشرفته‌ای را مطلوب دارند.

۴. کاربردهای معمول تجهیزات ارتباطی پیشرفته (ایستگاه‌های پایه 5G، ماژول‌های نوری)، تجهیزات پزشکی (دستگاه‌های تنفس مصنوعی، دستگاه‌های الکتروکاردیوگرام)، الکترونیک خودرو، محصولات هوافضا و ماژول‌های دقیق کنترل صنعتی.

III. OSP – راه‌حل محیطی با تراکم بالا.

1. اصل فرآیند

از طریق جذب شیمیایی، یک لایه آلی بسیار نازک روی سطح مس خالص تشکیل می‌شود و آن را از تماس با هوا و رطوبت جدا می‌کند. در حین لحیم‌کاری، این لایه در دمای بالا تجزیه می‌شود و بر روند مرطوب‌شدن لحیم تأثیری نمی‌گذارد.

۲. پارامترهای اصلی

ضخامت پوشش: 0.2-0.5μm;

دمای لحیم‌کاری: ≤260℃;

عمر مفید: 6 تا 12 ماه در محیطی خشک و دربسته (رطوبت بالاتر از 60٪ ممکن است باعث خرابی شود);

استانداردهای زیست‌محیطی: فاقد فلزات سنگین و هالوژن‌ها، مطابق با استانداردهای RoHS/REACH/IPC-J-STD-004.

۳. ویژگی‌های کلیدی

مزایا: فرآیند دوستدار محیط زیست، هزینه متعادل، سطحی صاف، بر پراکندگی حرارتی برد مدار چاپی (PCB) تأثیری نمی‌گذارد و پس از لحیم‌کاری هیچ باقیمانده‌ای به جا نمی‌گذارد.

محدودیت‌ها: مقاومت متوسط در برابر دما، نیاز به شرایط ذخیره‌سازی دقیق، مقاوم در برابر سایش نیست.

۴. کاربردهای معمول تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها، دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT)، برد مدار چاپی با تراکم بالا (بردهای چندلایه، برد HDI)

IV. نقره غوطه‌وری – انتخاب برتر برای محصولات با فرکانس بالا و میان‌رده تا بالارده

1. اصل فرآیند:

یک پوشش خالص نقره از طریق یک واکنش جایگزینی بر روی سطح لایه مس رسوب داده می‌شود. نیازی به برق نیست و لایه نقره یکنواخت و متراکم بوده و دارای هدایت الکتریکی و قابلیت لحیم‌کاری عالی است.

۲. پارامترهای اصلی

• ضخامت لایه نقره: 0.8-2.0 μm

• زبری سطح: Ra < 0.15 μm

• ماندگاری: 6 تا 9 ماه در بسته‌بندی خلأ

• هدایت الکتریکی: مقاومت تماسی < 3 mΩ

۳. ویژگی‌های کلیدی

مزایا: تلفات کم در انتقال سیگنال، تر شدگی خوب در لحیم‌کاری، هزینه پایین‌تر از ENIG، بدون سرب و بدون هالوژن، سازگار با محیط زیست، صافی سطحی بالا.

محدودیت‌ها: لایه نقره مستعد اکسیداسیون است، مقاومت در برابر خوردگی کمی ضعیف‌تر از ENIG است و در حین لحیم‌کاری نیاز به کنترل دما دارد.

۴. کاربردهای متداول： ایستگاه‌های پایه مخابراتی، روترها، سوئیچ‌ها، ماژول‌های کنترل صنعتی، دستگاه‌های آزمایش و الکترونیک مصرفی متوسط تا بالا.

V. قلع فروبری – راه‌حلی سازگار با گیت‌های ریز

1. اصل فرآیند

یک پوشش خالص قلع از طریق واکنش جابجایی بر روی سطح لایه مسی نشانده می‌شود. لایه قلع از نظر جنس مشابه لحیم است، در حین لحیم‌کاری سازگاری عالی دارد و بدون نیاز به پردازش اضافی می‌تواند اتصالات لحیمی قابل اعتمادی ایجاد کند.

۲. پارامترهای اصلی

ضخامت لایه قلع: 1.0-3.0μm;

زبری سطح: Ra<0.15μm;

عمر مفید: 6 تا 9 ماه در محیط دربسته;

دمای لحیم‌کاری: 240-255℃

۳. ویژگی‌های کلیدی

مزایا: سطح صاف، عملکرد لحیم‌کاری پایدار، بدون سرب و سازگار با محیط زیست، هزینه پایین‌تر از ENIG/نقره فروبری، نیازمندی‌های انبارداری انعطاف‌پذیرتر.

محدودیت‌ها: لایه لحیم نرم‌تر، مستعد خراشیدگی، ممکن است در محیط‌های دمای بالا و طولانی‌مدت «ریش‌های لحیم» ایجاد کند.

۴. کاربردهای معمول الکترونیک خودرو، سنسورهای صنعتی، دستگاه‌های هوشمند خانه، برد مدار چاپی متوسط تا پیشرفته

جدول شماره شش: مقایسه تفاوت‌های اصلی در فرآیندهای رایج