PCB:n pintakäsittely

Mikä on PCB:n pintakäsittely?

Pcb-levy pintakäsittely on keskeinen jälkikäsittelyvaihe PCB-levyjen tuotannossa. Se tarkoittaa tasaisen ja tiiviin toiminnallisen pinnoitteen lisäämistä PCB:n paljaille kuparikerroksille kemiallisin, fysikaalisin tai sähkökemiallisin menetelmin. Sen keskeinen tehtävä on ratkaista ongelmat, joita liittyvät paljaan kuparin alttiuteen hapettumiselle ja heikolle juotoskyvylle, samalla kun se sopeutuu eri käyttökohteiden suorituskykyvaatimuksiin. Se on keskeinen vaihe, joka takaa PCB-levyjen luotettavan juotoksen, pitkän käyttöiän ja sähköiset ominaisuudet.

Ydinmääritelmä

• Hapettumisen ja korroosion estäminen: Ilmassa ja kosteudessa oleva paljas kupari on altis hapettumiselle, jolloin muodostuu kuparioksidia, mikä johtaa juotosten epäonnistumiseen ja sähkösuorituskyvyn heikkenemiseen. Pintakäsittelykerrokset voivat eristää kuparikerroksen ulkoisesta ympäristöstä, mikä pidentää PCB-levyjen säilytysaikaa ja käyttöikää.

• Parannettu juotettavuus: Pintakäsittelyn on oltava hyvin kosteutuva vähentääkseen kylmien ja virheellisten juotosten riskiä, erityisesti tarkkojen komponenttien, kuten 03015- ja QFP-pakkausten, juottamiseen SMT-menetelmällä.

• Taattu sähkösuorituskyky: Jotkin pinnoitteet voivat vähentää kosketusresistanssia ja parantaa signaalin siirtovakausta, täyttäen korkean taajuuden ja nopean signaalin vaatimukset.

• Soveltuvuus erityistilanteisiin: Mukautettua suojaa tarjotaan korkean lämpötilan, korkean kosteuden ja korkean puhtauden ympäristöihin.

Yleisiä pintakäsittelytyyppejä

Kingfieldin pinnankäsittelyprosessin edut

• Koko prosessin laadunvalvonta: Raaka-aineista valmiisiin tuotteisiin prosessi noudattaa IPC-6012- ja ISO9001-standardeja;

• Mukautetut ratkaisut: Suositellaan asiakkaan tarpeisiin optimaalinen käsittelyratkaisu, ja tuetaan erikoispintakäsittelyjen mukauttamista;

• Ympäristövaatimusten noudattaminen: Kaikki prosessit täyttävät RoHS- ja REACH-ympäristövaatimukset, ovat lyijyttömiä ja hapettomia, ja ne ovat yhteensopivia korkean tason toimialojen, kuten lääketieteellisen ja autoteollisuuden, ympäristöstandardeissa.

Pinnankäsittelyprosessit eri tyyppisille PCB:ille

PCB:n pintakäsittely on keskeinen jälkikäsittelyvaihe paljaan levyn tuotannossa. Se sisältää toiminnallisen pinnoitteen muodostamisen kupkerkerrokselle kemiallisin, fysikaalisin tai sähkökemiallisin menetelmin. Tämä prosessi ratkaisee ensisijaisesti ongelmia, kuten paljaan kuparin hapettumista ja riittämätöntä juotettavuutta, sekä sopeutuu eri käyttökohteiden suorituskykyvaatimuksiin. Seuraavassa on syvällinen analyysi yleisimmistä prosesseista:

HASL – Kustannustehokas vaihtoehto

Prosessin periaate: Raaka PCB-levy upotetaan sulatettuun juotosnokkaan, ja ylimääräinen juotosnokka poistetaan korkeapaineisella kuumailmalla, jolloin muodostuu tasainen juotospinne kupkerkeruksen pinnalle. Jäähdytettäessä se kiinteytyy ja saa lopullisen muotonsa.

Keskeiset parametrit:

Pinnoitteen paksuus: 5–25 μm;

Juotostilavuus: 235–245 °C perinteisille lyijy-tiniseoksille, 250–260 °C lyijyttömille seoksille;

Käyttöikä: 6–12 kuukautta normaaleissa olosuhteissa;

Ympäristöstandardit: Perinteiset lyijyä sisältävät mallit eivät täytä RoHS-vaatimuksia, lyijyttömät mallit täyttävät RoHS-/REACH-vaatimukset.

Avainominaisuudet

Edut: Matala hinta, kypsä prosessi, vahva juotettavuus, hyvä kulumislujuus.

Rajoitukset: Pinnan tasaisuus on keskitasoa, ei sovellu hienojakoisille komponenteille; lyijyttömien PCB:ien korkealämpötilainen käsittely saattaa aiheuttaa lievää muodonmuutosta PCB-substraatissa.

Tyypilliset sovellukset: Kuluttajaelektroniikka, yleiskäyttöinen teollisuuslaitteisto, virtamoduulit, alaluokan lääketieteelliset laitteet.

ENIG – Ylin valinta korkealuokkaisiin tarkkoihin sovelluksiin

1. Prosessiperiaate

Kemiallista sedimentaatiomenetelmää käytetään ensin muodostamaan nikkelifosforiseoksen estekerroksen kupikerroksen pintaan ja sen jälkeen pinon ohuen kultakerroksen. Koko prosessi ei vaadi sähköä, ja pinnoite on korkealaatuista yhtenäisyys

2. Ydinparametrit

• Nikkelikerroksen paksuus: 5–10 μm, kultakerroksen paksuus: 0,05–1,0 μm

• Pinnankarheus: Ra < 0,1 μm

• Säilytysaika: 12–24 kuukautta tiiviissä ja kuivassa ympäristössä

• Korroosionkestävyys : Suolakostokoe ≥96 tuntia (teollisuusluokka), ≥144 tuntia (sotilasluokka)

3. Keskeiset ominaisuudet

Edut: Sileä pinta (sopii tarkkuuskomponenteihin kuten BGA ja QFP), erinomainen johtavuus, vahva hapettumis-/korroosioresistanssi, sopii korkeataajuuspiireihin, kestää toistuvan juottamisen sekä asennuksen/poiston.

Rajoitukset: Korkeammat kustannukset, liian paksu kultakerros voi johtaa "kultahaurastumiseen", ja vaatii korkean tason prosessikontrollia.

4. Tyypilliset käyttösovellukset Huippuluokan viestintälaitteet (5G-tukiasemat, optiset moduulit), lääkintälaitteet (ventilaattorit, elektrokardiografit), auton elektroniikka, avaruusteknologiaan liittyvät tuotteet ja teollisuuden ohjauksen tarkkuusmoduulit.

III. OSP – Korkean tiheyden ympäristöratkaisu.

1. Prosessiperiaate

Kemiallisen adsorptioon perustuen muodostuu paljaalle kuparipinnalle erittäin ohut orgaaninen kalvo, joka eristää sen ilmasta ja kosteudesta. Juotettaessa kalvo hajoaa korkeassa lämpötilassa vaikuttamatta juotteen kostuttavuuteen.

2. Ydinparametrit

Pinnoituksen paksuus: 0,2–0,5 μm;

Juotteen lämpötila: ≤260℃;

Säilytysaika: 6–12 kuukautta kuivassa, tiiviissä ympäristössä (kosteus > 60 % voi aiheuttaa toimintahäiriön);

Ympäristöstandardit: Raskasmetallitonta ja halogeenitonta, vastaa RoHS-/REACH-/IPC-J-STD-004 -määräyksiä.

3. Keskeiset ominaisuudet

Edut: Ympäristöystävällinen prosessi, kohtuullinen hinta, sileä pinta, ei vaikuta PCB:n lämmönsiirtoon, ei jätä jäämiä juotettaessa.

Rajoitukset: Kohtalainen lämpötilankestävyys, tiukat vaatimukset säilytysympäristölle, ei kestä hankautumista.

4. Tyypilliset käyttösovellukset Älypuhelimet, tabletit, kannettavat tietokoneet, IoT-laitteet, korkean tiheyden PCB:t (monikerroksiset levyt, HDI-levyt)

IV. Upotussinki – Suosituin vaihtoehto korkeataajuus- ja keski- sekä yläkastetuotteisiin

1. Prosessin periaate:

Puhdas hopeapinnoite saostetaan kupkerroksen pinnalle korvautumisreaktiolla. Sähköä ei tarvita, ja hopeakerros on yhtenäinen ja tiheä, sillä on erinomainen sähkönjohtavuus ja juottavuus.

2. Ydinparametrit

• Hopeakerroksen paksuus: 0,8–2,0 μm

• Pinnankarheus: Ra < 0,15 μm

• Säilyvyys: 6–9 kuukautta tyhjiöpakkauksessa

• Johtavuus: Kosketusvastus < 3 mΩ

3. Keskeiset ominaisuudet

Edut: Alhainen signaalien siirtymenhäviö, hyvä juotettavuus, alhaisempi hinta kuin ENIG, lyijytön ja hapettumaton, ympäristöystävällinen, korkea pintasuoruus.

Rajoitukset: Hopeakerros on altis hapettumiselle, korroosionkesto on hieman heikompi kuin ENIG:llä, juottamisen aikana tarvitaan lämpötilan säätöä.

4. Tyypilliset käyttösovellukset: Viestintäkantoasemat, reitittimet, kytkimet, teollisuuden ohjausmoduulit, testauslaitteet ja keski- sekä ylempiä kuluttajaelektroniikkalaitteita.

V. Upotussinkitys – Tiheäjakoiseen jalkaväliin sopiva ratkaisu

1. Prosessiperiaate

Puhtaan tinnin pinnoite saostetaan kuppikerroksen pinnalle korvautumisreaktion kautta. Tinnikerros on materiaaliltaan samankaltainen kuin juotesnorkku, sillä on erinomainen yhteensopivuus juottamisen aikana ja se voi muodostaa luotettavan juoteyhteyden ilman lisäkäsittelyä.

2. Ydinparametrit

Tinnikerroksen paksuus: 1,0–3,0 μm;

Pinta-roughness: Ra < 0,15 μm;

Säilytysaika: 6–9 kuukautta tiiviissä ympäristössä;

Juottolämpötila: 240-255℃

3. Keskeiset ominaisuudet

Edut: Sileä pinta, vakaa juottomahdollisuus, lyijytön ja ympäristöystävällinen, halvempi kuin ENIG/upotuskulta/upotushopea, joustavampi säilytysvaatimus.

Rajoitukset: Pehmeämpi juotekerros, helposti naarmuuntuva, voi kehittää "juotesirpaleita" pitkäaikaisissa korkeissa lämpötiloissa.

4. Tyypilliset käyttösovellukset Autoteollisuuden elektroniikka, teollisuusanturit, älykodin laitteet, keskitasoiset ja korkeatasoiset PCB:t

VI. Yhteenvetotaulukko pääprosessien keskeisistä eroista