Wykończenie powierzchni płytek PCB

Czym jest wykończenie powierzchni PCB?

Wykończenie powierzchni płytek PCB jest kluczowym etapem wytwarzania płytek PCB pozbawionych obwodów. Odnosi się do nanoszenia jednolitej i gęstej warstwy funkcjonalnej na powierzchnię odsłoniętej warstwy miedzi płytki PCB za pomocą metod chemicznych, fizycznych lub elektrochemicznych. Jej podstawową funkcją jest wyeliminowanie głównych problemów związanych z odsłoniętą miedzią, takich jak skłonność do utleniania i słaba spawalność, a także dostosowanie do wymagań różnych scenariuszy zastosowania. Jest to istotny krok zapewniający niezawodność lutowania, trwałość oraz właściwości elektryczne gotowych płytek PCB.

Główny cel

• Ochrona przed utlenianiem i korozją: Miedź bez ochrony narażona na działanie powietrza i wilgoci jest podatna na utlenianie, w wyniku czego powstaje tlenek miedzi, co prowadzi do niepowodzeń lutowania i obniżenia właściwości elektrycznych. Warstwy powłoki ochronnej izolują warstwę miedzi od środowiska zewnętrznego, wydłużając okres przechowywania i żywotność płytek PCB.

• Poprawiona niezawodność lutowania: Powłoka musi charakteryzować się dobrą zwilżalnością, aby zmniejszyć ryzyko zimnych i fałszywych połączeń lutowniczych, szczególnie w warunkach lutowania precyzyjnych elementów takich jak 03015 i QFP w technologii SMT.

• Zapewniona wydajność elektryczna: Niektóre powłoki mogą zmniejszać rezystancję przejściową i poprawiać stabilność transmisji sygnału, spełniając wymagania obwodów wysokiej częstotliwości i szybkości.

• Przystosowanie do specjalnych warunków: Zapewniona jest dostosowana ochrona dla środowisk o wysokiej temperaturze, wilgotności oraz wymaganiach dotyczących czystości.

Typowe rodzaje powłok ochronnych

Zalety procesu powierzchniowej obróbki Kingfield

• Pełnoprocesowy kontrola jakości: Od surowców po gotowe produkty spełnia normy IPC-6012 i ISO9001;

• Rozwiązania niestandardowe: Polecamy optymalne rozwiązanie obróbki według potrzeb klienta oraz oferujemy możliwość dostosowania specjalnych powłok;

• Zgodność środowiskowa: Wszystkie procesy spełniają wymagania środowiskowe RoHS i REACH, są bezolowiowe i bezhalogenowe, kompatybilne ze standardami środowiskowymi w wysokiej jakości branżach, takich jak medycyna i motoryzacja.

Procesy powierzchniowej obróbki dla różnych typów płytek PCB

Warstwa powierzchniowa PCB to kluczowy etap końcowej obróbki w produkcji płytek bez komponentów. Obejmuje ona tworzenie funkcjonalnego powłokowania na warstwie miedzi za pomocą metod chemicznych, fizycznych lub elektrochemicznych. Proces ten rozwiązuje przede wszystkim problemy związane z utlenianiem się czystej miedzi oraz niewystarczającą niezawodnością lutowania, dostosowując się jednocześnie do wymagań eksploatacyjnych różnych zastosowań. Poniżej przedstawiona jest szczegółowa analiza głównych procesów:

HASL – Tania i skuteczna opcja

Zasada procesu: Pusta płytka PCB jest zanurzana w stopionym lutowniku, a następnie nadmiar lutu usuwany za pomocą gorącego noża powietrznego pod wysokim ciśnieniem, co powoduje powstanie jednolitej powłoki lutowniczej na powierzchni warstwy miedzi. Po ochłodzeniu powłoka twardnieje i przyjmuje ostateczny kształt.

Parametry podstawowe:

Grubość powłoki: 5–25 μm;

Temperatura lutowania: 235–245 °C dla tradycyjnych stopów cyny z ołowiem, 250–260 °C dla stopów bezolowiowych;

Okres przydatności: 6–12 miesięcy w warunkach normalnych;

Normy środowiskowe: tradycyjne modele zawierające ołów nie spełniają wymogów RoHS, modele bezolowiowe spełniają wymogi RoHS/REACH.

Kluczowe cechy

Zalety: niski koszt, dojrzały proces, silna kompatybilność lutowania, dobra odporność na zużycie.

Ograniczenia: średnia płaskość powierzchni, nieodpowiednie dla elementów o małym skoku; przetwarzanie płytek PCB bez ołowiu w wysokiej temperaturze może powodować lekkie odkształcenie podłoża płytki PCB.

Typowe zastosowania： Elektronika użytkowa, ogólne urządzenia przemysłowe, moduły zasilające, urządzenia medyczne niskiego segmentu.

ENIG – Najlepszy wybór dla precyzyjnej elektroniki wysokiej klasy

1. Zasada procesu

Stosuje się metodę chemicznego osadzania, w wyniku której najpierw tworzona jest warstwa barierowa stopu niklu i fosforu na powierzchni warstwy miedzi, a następnie nanosi się cienką warstwę złota. W całym procesie nie jest wymagane zasilanie elektryczne, a powłoka charakteryzuje się wysoką jednorodność

2. Podstawowe parametry

• Grubość warstwy niklu: 5-10 μm, grubość warstwy złota: 0,05-1,0 μm

• Chropowatość powierzchni: Ra<0,1μm

• Okres przechowywania: 12-24 miesiące w szczelnym i suchym środowisku

• Odporność na korozję : Test mgły solnej ≥96 godzin (klasa przemysłowa), ≥144 godziny (klasa wojskowa)

3. Kluczowe funkcje

Zalety: Gładka powierzchnia (odpowiednia dla precyzyjnych komponentów takich jak BGA i QFP), doskonała przewodność, wysoka odporność na utlenianie/korozję, odpowiednia dla obwodów wysokiej częstotliwości, umożliwia wielokrotne lutowanie oraz wstawianie/wyciąganie.

Ograniczenia: Wyższy koszt, zbyt grube warstwy złota mogą prowadzić do "kruche złoto", wymagają zaawansowanej kontroli procesu.

4. Typowe zastosowania Wysokowydajne urządzenia telekomunikacyjne (stacje bazowe 5G, moduły optyczne), sprzęt medyczny (wentylatory, elektrokardiografy), elektronika samochodowa, produkty lotnicze i astronomiczne oraz precyzyjne moduły sterowania przemysłowego.

III. OSP – Rozwiązanie o wysokiej gęstości środowiskowej.

1. Zasada procesu

Poprzez chemiczne adsorbowanie na powierzchni czystej miedzi tworzona jest ultra cienka warstwa organiczna, izolująca ją od powietrza i wilgoci. Podczas lutowania warstwa ta rozkłada się w wysokiej temperaturze, nie wpływając na zwilżalność lutu.

2. Podstawowe parametry

Grubość powłoki: 0,2–0,5 μm;

Temperatura lutowania: ≤260℃;

Data ważności: 6–12 miesięcy w suchym, zamkniętym środowisku (wilgotność > 60% może prowadzić do uszkodzenia);

Normy środowiskowe: Bez metali ciężkich i halogenów, zgodny z RoHS/REACH/IPC-J-STD-004.

3. Kluczowe funkcje

Zalety: Eko-proces, umiarkowane koszty, gładka powierzchnia, nie wpływa na odprowadzanie ciepła z płytki PCB, po lutowaniu nie pozostawia osadów.

Ograniczenia: Umiarkowana odporność na temperaturę, wysokie wymagania dotyczące środowiska przechowywania, nieodporna na tarcie.

4. Typowe zastosowania Smartfony, tablety, laptopy, urządzenia IoT, płytki o dużej gęstości (wielowarstwowe, płytki HDI)

IV. Powlekanie srebrem – Najlepszy wybór dla produktów wysokoczęstotliwościowych i średnio-wysokiej klasy

1. Zasada procesu:

Na powierzchni warstwy miedzi przez reakcję przemieszczania osadzana jest czysta powłoka srebra. Nie jest wymagana żadna energia elektryczna, a warstwa srebra jest jednorodna i gęsta, posiada doskonałą przewodność i łatwość spawania.

2. Podstawowe parametry

• Grubość warstwy srebra: 0,8–2,0 μm

• Chropowatość powierzchni: Ra < 0,15 μm

• Czas trwania: 6-9 miesięcy w opakowaniach próżniowych

• Przewodność: Odporność kontaktowa < 3 mΩ

3. Kluczowe funkcje

Zalety: Niska utrata transmisji sygnału, dobra wilgotność lutowania, niższy koszt niż ENIG, wolny od ołowiu i halogenów, przyjazny dla środowiska, wysoka gładkość powierzchni.

Ograniczenia: Warstwa srebra jest podatna na utlenianie, odporność na korozję jest nieco gorsza niż ENIG, podczas lutowania wymagana jest kontrola temperatury.

4. Typowe zastosowania: Stacje bazowe sieci komórkowych, routery, przełączniki, moduły sterowania przemysłowego, przyrządy pomiarowe oraz elektronika użytkowa średniego i wysokiego segmentu.

V. Pokrycie cyną metodą immersyjną – Rozwiązanie kompatybilne z drobnymi skokami

1. Zasada procesu

Warstwa cyny jest osadzana na powierzchni warstwy miedzi za pomocą reakcji wymiany. Warstwa cyny jest podobna materiałowo do lutu, charakteryzuje się doskonałą kompatybilnością podczas lutowania i może bezpośrednio tworzyć niezawodne połączenia lutownicze bez dodatkowej obróbki.

2. Podstawowe parametry

Grubość warstwy cyny: 1,0–3,0 μm;

Chropowatość powierzchni: Ra<0,15 μm;

Data ważności: 6–9 miesięcy w środowisku zamkniętym;

Temperatura lutowania: 240-255℃

3. Kluczowe funkcje

Zalety: Gładka powierzchnia, stabilna wydajność lutowania, bezolowiowa i przyjazna dla środowiska, niższy koszt niż ENIG/pokrycie immersyjne srebrem, bardziej elastyczne wymagania dotyczące przechowywania.

Ograniczenia: Miększa warstwa lutownicza, podatna na zarysowania, może ulegać powstawaniu "wąsów lutowniczych" w długotrwałych warunkach wysokiej temperatury.

4. Typowe zastosowania Elektronika samochodowa, czujniki przemysłowe, urządzenia inteligentnego domu, płytki PCB średniego i wysokiego segmentu

VI. Tabela porównawcza podstawowych różnic w głównych procesach