PCB表面処理

PCB表面処理とは何ですか？

電子化 表面処理は、PCB裸板製造における主要な後工程の一つです。これは、化学的、物理的、または電気化学的手法を用いて、PCBの裸銅層表面に均一で緻密な機能性コーティングを形成する工程を指します。その主な目的は、裸銅が酸化しやすく、はんだ付け性が劣るという課題を解決するとともに、さまざまな応用シーンにおける性能要件に対応することです。これは、PCBAのはんだ接合信頼性、耐用寿命、および電気的性能を確保する上で重要な工程です。

主な目的

・酸化および腐食防止： 裸の銅は空気や湿気にさらされると酸化しやすく、酸化銅が形成されることではんだ付けの失敗や電気的性能の低下を引き起こします。表面処理層により、銅層を外部環境から隔離でき、PCBAの保管期間および寿命を延ばすことができます。

• はんだ付け信頼性の向上： コーティングは優れたぬれ性を持つ必要があり、SMTにおける03015やQFPなどの精密部品のはんだ付け要件に特に適しており、冷れんはんだや誤はんだのリスクを低減します。

• 電気的性能の保証： 一部のコーティングは接触抵抗を低減し、信号伝送の安定性を向上させ、高周波・高速回路の性能要件を満たすことができます。

• 特殊なシナリオへの対応： 高温、高湿、高潔浄度を要する環境に対してカスタマイズされた保護を提供します。

一般的な表面処理の種類

キングフィールド表面処理プロセスの利点

• 全工程品質管理： 原材料から完成品まで、IPC-6012およびISO9001規格に準拠しています。

• カスタマイズソリューション： お客様のニーズに応じて最適な処理ソリューションを提案し、特殊コーティングのカスタマイズもサポートします。

• 環境適合性： すべてのプロセスはRoHSおよびREACHの環境要件を満たしており、鉛およびハロゲンフリーで、医療や自動車など高信頼性が求められる産業の環境基準にも対応しています。

さまざまな種類のPCB向け表面処理プロセス

PCBの表面処理は、ベアボード生産における主要な後工程です。これは化学的、物理的または電気化学的手法を用いて銅層上に機能性コーティングを形成するプロセスであり、主に裸銅の酸化やはんだ接合信頼性の不足といった問題を解決するとともに、さまざまな用途における性能要件に対応します。以下に主流なプロセスについて詳しく解説します。

HASL – コストパフォーマンスに優れた選択肢

プロセス原理： ベアPCB基板を溶融したはんだに浸漬し、高圧のホットエアナイフで余分なはんだを除去することで、銅層表面に均一なはんだ皮膜を形成します。冷却後に固化して所定の形状となります。

主要パラメータ：

皮膜厚さ：5-25μm；

はんだ付け温度：従来の鉛・すず合金では235-245℃、無鉛合金では250-260℃；

有効期間：通常の条件下で6〜12か月。

環境基準：従来の鉛含有モデルはRoHSに適合せず、無鉛モデルはRoHS／REACHに適合。

主な特徴

利点：低コスト、成熟したプロセス、優れたはんだ付け適合性、良好な耐摩耗性。

制限：表面の平面度が平均的であり、細ピッチ部品には不適切。無鉛PCBの高温処理により、PCB基板にわずかな変形が生じる可能性がある。

典型的な用途： 民生用電子機器、一般産業用設備、電源モジュール、低価格帯医療機器。

ENIG – 高精度・高品位向けの最適選択

1. プロセス原理

化学的堆積法を用いて、まず銅層表面にニッケル・リン合金のバリア層を形成し、その後薄い金層を析出させる。工程全体で電気は不要であり、被膜は高い 均一性

2. 核心パラメータ

• ニッケル層の厚さ： 5-10μm、金層の厚さ：0.05-1.0μm

• 表面粗さ： Ra<0.1μm

• 保管期間： 密封・乾燥環境下で12～24か月

・腐食防止 ：塩霧試験 ≥96時間（産業用グレード）、≥144時間（軍用グレード）

3. 主な特徴

利点： 滑らかな表面（BGAやQFPなどの精密部品に適しています）、優れた導電性、酸化・腐食に対する高い耐性、高周波回路に適しており、繰り返しのはんだ付けおよび挿入／抜去が可能。

制限: コストが高くなる。金層が厚すぎると「金脆性」を引き起こす可能性があり、高度な工程管理を必要とします。

4. 典型的な応用例 ハイエンド通信機器（5G基地局、光モジュール）、医療機器（人工呼吸器、心電計）、車載電子機器、航空宇宙製品、産業用制御精密モジュール。

III. OSP – 高密度環境対応ソリューション。

1. プロセス原理

化学吸着により、裸銅表面に極薄の有機膜が形成され、空気や湿気から銅を隔離します。はんだ付け時、この膜は高温で分解され、はんだの濡れ性に影響を与えません。

2. 核心パラメータ

コーティング厚さ： 0.2-0.5μm;

溶接温度： ≤260℃;

賞味期限： 乾燥した密閉環境下で6〜12か月（湿度が60％を超えると故障の原因となる可能性があります）;

環境基準： 重金属およびハロゲンを含まないため、RoHS／REACH／IPC-J-STD-004に適合しています。

3. 主な特徴

利点： 環境にやさしいプロセスで、コストは中程度、表面が滑らかで、PCBの放熱性に影響を与えず、はんだ付け後に残留物が残りません。

制限: 耐熱性は中程度で、保管環境の条件が厳しく、摩擦に弱いです。

4. 典型的な応用例 スマートフォン、タブレット、ノートパソコン、IoTデバイス、高密度PCB（多層基板、HDI基板）

IV. イミersion銀（Immersion Silver） – 高周波および中〜上級製品における最適な選択

1.プロセス原理：

置換反応によって、銅層の表面に純銀のコーティングが析出されます。電気は必要とせず、銀層は均一で緻密であり、優れた導電性およびはんだ付け性を備えています。

2. 核心パラメータ

• 銀層の厚さ： 0.8-2.0 μm

• 表面粗さ： Ra < 0.15 μm

• 保存寿命： 真空包装下で6〜9か月

• 導電性： 接触抵抗 < 3 mΩ

3. 主な特徴

利点： 信号伝送損失が低く、はんだのぬれ性に優れ、ENIGよりもコストが低く、鉛フリー・ハロゲンフリーで環境にやさしく、表面平滑性が高い。

制限: 銀層は酸化しやすく、耐腐食性はENIGよりやや劣り、はんだ付け時の温度管理が必要。

4. 典型的な用途： 通信基地局、ルーター、スイッチ、産業用制御モジュール、測定器および中～上級コンシューマーエレクトロニクス製品。

V. 浸漬スズ - 細ピッチに対応可能なソリューション

1. プロセス原理

銅層の表面に置換反応を通じて純スズの被膜を形成します。スズ層ははんだと同様の材質であり、はんだ付け時の相性が非常に良く、追加処理なしで直接信頼性の高いはんだ接合を形成できます。

2. 核心パラメータ

スズ層の膜厚： 1.0-3.0μm；

表面粗さ: Ra<0.15μm；

賞味期限： 密封環境下での保存期間：6〜9か月；

はんだ付け温度： 240-255℃

3. 主な特徴

利点： 表面が滑らかで、はんだ接合性能が安定しており、無鉛・環境にやさしく、ENIG／浸漬銀よりもコストが低く、保管条件もより柔軟です。

制限: はんだ層が比較的柔らかく、傷がつきやすく、長期間高温環境にさらされると「はんだ樹枝（whisker）」が発生する可能性があります。

4. 典型的な応用例 自動車用電子部品、産業用センサー、スマートホームデバイス、中～高級PCB

VI. メインストリームプロセスにおける主な相違点の比較表