PCB'er bruges i en lang række elektroniske enheder, herunder computere, smartphones og andet digitalt udstyr. De er blevet allestedsnærværende, fordi de tilbyder høj pålidelighed til en lav pris. Der er dog mange forskellige måder at behandle overfladen af et PCB på, før det samles med andre komponenter til en elektronisk enhed. Hvilken en skal du vælge? Denne vejledning vil give oplysninger om tre almindelige PCB overfladefinisher: OSP (organisk loddeevne konserveringsmiddel), HASL (varmluftloddeudjævning) og ENIG (elektroløst nikkel nedsænkningsguld).
Hvorfor er PCB overfladefinish vigtigt?
PCB overfladefinisherne er en vigtig grænseflade mellem komponenten og printkortet. Finishens to primære funktioner er at afskærme de blotlagte kobberledninger og at tilbyde en loddebar overflade til at forbinde (lodde) komponenterne til printkortet.
Hvad er pcb overfladefinish?
Processen med at påføre et PCB overfladelag på PCB'et er kendt som PCB overfladefinish. Formålet med PCB overfladebehandling er at garantere, at printet har god loddeevne og elektriske egenskaber. Der er adskillige varianter af printplade overfladebehandlinger tilgængelige. PCB Overfladebehandling er en flertrinsproces, der omfatter følgende trin:
- Kemisk behandling af kemisk ætsning eller elektropolering
- Økologisk belægning efterfulgt af bagning ved høj temperatur
- Kationisk strømløs nikkelbelægning og kemisk omdannelse til Ni/Sn overfladelegering
- Anodisk belægning af aluminiumoxid (Al-oxid).
- Organisk belægning efterfulgt af bagning ved høj temperatur som i trin C.
Hvad er OSP?
Kobber oxideres kontinuerligt af luften, hvilket efterlader det misfarvet og skørt. Antioxidation bevarer printets overfladefinish mod korrosion ved at danne et meget tyndt beskyttende lag af materiale over det blottede kobber, normalt på et transportørsystem.
Den er lavet af en vandbaseret organisk forbindelse, der binder sig til kobber og danner et organometallisk lag, der beskytter kobberet før lodning. Det er også langt mere miljøvenligt end standard blyfri finish, som enten er mere farligt eller kræver betydeligt mere energiforbrug.
Fordele og ulemper ved OSP
Fordele
Blyfri
OCB er en blyfri proces, så den er mere miljøvenlig end den traditionelle HASL.
Pris
OSP kan behandle pcb overfladefinish til en meget lavere pris. Dette skyldes, at det kræver mindre materiale at suge og skylle, når printets overflade er færdig. Dette reducerer også omkostningerne til bortskaffelse af affald. Hvis du allerede bruger en blyfri loddepasta (som har et lavere volumen end standard loddepastaer)
Flade pcb overfladebehandlinger
OSP har en meget flad printplade overfladefinish, hvilket kan være en fordel, når man arbejder med komponenter, der har snævre tolerancer. Glatheden af HASL-finishen kan forårsage problemer i dette tilfælde, fordi det er mere tilbøjeligt til at opsamle snavs fra luften og fange loddepasta.
Enkel proces
OSP tilbyder en enkel PCB Surface Finishes-proces, som gør det meget nemmere at vedligeholde og kontrollere hvert enkelt korts kvalitet. Dette er en fordel, hvis du har brug for store mængder eller har meget snævre tolerancer. OSP håndterer PCB Surface Finishes, da mindre uoverensstemmelser i loddemasker kan forårsage problemer.
repareres
OSP-processen kan repareres, hvilket betyder, at hvis du beskadiger finishen på brættet. Eller hvis du skal fjerne det for at løse et loddeproblem. Der er en måde at fjerne det og erstatte det uden at skulle smide hele printkortet væk.
Ulemper
Begrænset til RoHS-overholdelse
OSP er kun kompatibel for materialer, der er fri for bly, cadmium og kviksølv. Det betyder, at den ikke kan bruges med ikke-RoHS-komponenter eller plader lavet af andre typer metaller. Af denne grund kan OSP ikke erstatte både HASL og ENIG i alle situationer.
Miljømæssig påvirkning
Selvom OSP er en blyfri proces, kræver den brug af opløsningsmidler, der har deres egne miljøpåvirkninger, som skal tages i betragtning. Rensetrinene producerer også spildevand. Så der kan stadig være betænkeligheder ved dens indvirkning på miljøet, hvis der kræves store mængder.
Følsom
OSP er følsom over for varmepåvirkninger over tid. Det betyder, at det kan kræve en omarbejdningsproces, hvis plader er placeret i områder med højere temperaturer. Dette kan betyde ekstra omkostninger og ressourcer for din virksomhed.
Kort holdbarhed
OSP er en vandbaseret finish, hvilket betyder, at den har en begrænset holdbarhed. Det er typisk kun godt i omkring to måneder, hvis det efterlades i en åben beholder og kan blive ødelagt af udsættelse for fugt eller fugt over tid.
Hvad er HASL?
Størstedelen af printpladens overfladefinish er afsluttet med HASL, som står for varm syrelagsvask. Metoden indebærer, at kredsløbskort nedsænkes i en smeltet tin/bly-legering og derefter fjernes den ekstra lodning ved hjælp af 'luftknive', som blæser varm luft hen over printets overfladefinish. HASL fås ofte blyfrit, hvilket er en fordel i sig selv.
HASL-metoden, i kraft af dens ekstreme varmebehandling, udsætter PCB'et for temperaturer op ved den laveste indledende våde vedhæftning end andre overflader, den har 265°C, hvilket gør det muligt at detektere eventuelle delamineringsproblemer før brug af dyre komponenter.
Fordele og ulemper ved HASL
Fordele
Lavpris
HASL er en billig proces, der kan gennemføres hurtigt og nemt. Metoden kræver færre trin end andre printkort overfladefinisher, hvilket gør den ideel til applikationer med mindre volumen, der kræves af mange komponentproducenter, især i mindre produktionsserier. HASL fås ofte blyfrit, hvilket er en fordel i sig selv.
repareres
HASL tilbyder minimal beskyttelse til dit printkorts kobberbase. Men hvis der opstår skade, efter at HASL-processen er afsluttet, kan den rettes hurtigt og nemt.
Blyfri
HASL fås i blyfri versioner, som er i overensstemmelse med RoHS-direktivet. Dette betyder, at det kan bruges til alle typer komponenter, inklusive dem, der er fremstillet af ikke-RoHS-materialer eller metaller, i modsætning til OSP-muligheder. HASL blyfri er fri for bly, cadmium og kviksølv.
Enkel proces
HASL tilbyder en enkel produktionsmetodologi, der er ideel til mindre volumener, eller hvor der kræves snævre tolerancer. Metodens enkelhed gør det nemt at kontrollere kvalitetsniveauer, hvilket betyder, at du ikke behøver at bekymre dig om variationer i loddetykkelse på tværs af forskellige brædder.
Fås i flere finish
HASL fås i flere forskellige kvaliteter, hver med sine egne fordele. Rent tin/bly har det laveste smeltepunkt på 269°C, men kræver også flere rengøringstrin for at fjerne overskydende materiale efter lodning. HASL Sn-Cu tilbyder et højere smeltepunkt på 227°C. Det betyder, at der er færre chancer for delaminering. HASL med ENIG tilbyder de højeste loddetemperaturer, hvilket gør den ideel til applikationer med høj pålidelighed.
Ulemper
Kort holdbarhed
HASL har en kort holdbarhed på omkring seks måneder i åben beholder på grund af dens udsættelse for fugt og fugt over tid. Det er særligt følsomt over for dette efter hvert trin i loddeprocessen.
Miljømæssig påvirkning
HASL er en blybaseret finish, hvilket betyder, at den ikke er i overensstemmelse med alle miljøstandarder, især dem, der er baseret på RoHS-overholdelse, da HASL ikke opfylder disse krav uden yderligere pletteringsprocesser. Dette kan resultere i, at kunder nægter at købe produkter fra dig, hvis de ikke er villige til at tage risikoen for potentielle problemer med manglende overholdelse.
Blyeksponering
HASL er en blybaseret finish, hvilket betyder, at den ikke er i overensstemmelse med alle miljøstandarder, især dem, der er baseret på RoHS-overholdelse, da HASL ikke opfylder disse krav uden yderligere pletteringsprocesser. Dette kan resultere i, at kunder nægter at købe produkter fra dig, hvis de ikke er villige til at tage risikoen for potentielle problemer med manglende overholdelse.
Termisk stød
HASL producerer det mest termiske stød af enhver overfladefinish, hvilket betyder, at den er mere modtagelig for delaminering. Kombinationen af de kemikalier, der bruges i processen, kræver høje temperaturer under lodning og resulterer også i et varmt bord, der hurtigt kan køles ned med vand eller luft.
Dårlig befugtning
HASL har dårlige befugtningsegenskaber, hvilket betyder, at den ikke er egnet til brug med aluminium eller andre ikke-jernholdige metaller. Dette kan øge omkostningerne og kompleksiteten af dine designs, fordi du bliver nødt til at overveje, hvordan forskellige materialer interagerer under loddeoperationer.
Hvad er ENIG?
GOLF METAL er en printplade overfladefinish, der kombinerer korrosionsbestandigheden af anodiseret aluminium med poleringen og glansen af naturligt metal. Den har en nikkelskal over et kobberunderlag, der både fungerer som en barriere, der beskytter mod oxidation, og som et loddemål for komponenterne at binde til. Under opbevaring påføres nikkelen et lag guld. ENIG er en løsning på store industritrends såsom blyfri regler. Fremkomsten af komplicerede overfladekomponenter (især BGA'er og flip-chips), som nødvendiggør flade overflader.
Det er værd at bemærke, at ZENIG ikke beskytter mod korrosion på grund af ionbaserede angreb. I de fleste tilfælde vil denne type legering kræve hyppigere rengøring og vedligeholdelse end mange metaller på grund af vanskeligheden ved at opretholde en fugtbarriere mellem guld- og nikkellagene.
Fordele og ulemper ved ENIG
Fordele
Flade overflader
ENIG tilbyder et niveau af planhed, der kan være gavnligt for komponenter med snævre tolerancer. De glatte pcb-overfladefinisher kan også hjælpe med at forhindre problemer i dette tilfælde på grund af den høje risiko for at fange loddepasta på HASL-plader, hvilket er blevet bevist ved eksperimenter ved Stanford University og MIT.
Holdbare
Når det kommer til at beskytte PCB'er mod korrosion, tilbyder ENIG en væsentlig fordel i forhold til andre overfladebehandlinger, da guldlaget er ekstremt tyndt og ikke vil kræve efterbearbejdning eller udskiftning, i modsætning til traditionelle anodiseringsteknikker, der kan slides af efter omfattende brug. Ydeevnen af ENIG øges også over tid, da adhæsion opbygges mellem nikkel- og guldlagene.
ENIGs guldlag giver øget vedhæftning til komponenter, hvilket gør den ideel, hvis du bruger dele, der er følsomme over for varme eller har lave smeltepunkter. Den ekstra lodning kan også hjælpe med termiske styringsproblemer under reflow-loddeprocesser, da brugen af ENIG vil reducere forvrængning forårsaget af overdreven opvarmningstid sammenlignet med HASL.
Blyfri
ENIG er blyfri kompatibel, hvilket betyder, at den kan bruges til projekter, der er underlagt RoHS-overholdelse. Dette kan hjælpe dig med at undgå ekstra omkostninger. Især hvis dine komponenter eller printkort kræver dyrt efterarbejde for at overholde miljølovgivningen.
Godt for PTH
Da ENIG er et tykt, fladt materiale, der kan bruges massevis til et helt bræt, gør det processen med plettering gennem huller mere omkostningseffektiv.
Bevarer loddeevnen under opbevaring
ENIGs modstandsdygtighed over for fugt betyder, at komponenter er mindre tilbøjelige til at korrodere eller delaminere, mens de opbevares under fugtige forhold før brug. Dette kan øge kvaliteten og konsistensen på tværs af dine produktionskredsløb. Det betyder, at du har mere tid til at fokusere på andre aspekter af designprocessen. Uden at skulle bekymre sig om potentielt dyre fejl forårsaget af vandskader.
Ulemper
Brandfarlig
Hvis et PCB ikke er designet korrekt, kan ENIG blotlægge lag, der er brandfarlige, eller som kan frigive giftige dampe. Derfor er det vigtigt at få dine PCB'er efterset af en fagmand før brug.
Svagere binding til komponenter
ENIGs guldlag kan være tyndere end andre printplader. Dette betyder, at der opbygges mindre loddemateriale omkring komponentpuderne. Dette reducerer problemer med termisk styring under reflow-loddeprocesser. Komponenter er mere tilbøjelige til at falde af brædder eller blive løse efter at være blevet loddet.
Kræver professionel installation
ENIG er en printplade overfladefinish, der kræver avanceret træning og ekspertise for at den kan påføres korrekt. Det betyder, at du ikke selv kan installere ENIG. Dette kan føre til ekstra omkostninger, hvis dine PCB'er kræver dyrt omarbejde på grund af kvalitetsproblemer.
Kræver specielle materialer
ENIG kræver brug af forgyldt nikkel og kan være dyrt at erstatte, hvis det slides med tiden. Det kræver også brug af et specielt rensemiddel, for at plader kan bevare deres korrosionsbestandighed. Efter at de er blevet loddet, hvilket kan tilføje nogle ekstra omkostninger til din produktionsproces.
Hvorfor har vi brug for PCB-overfladebehandlinger?
loddebarhed
Et metals eller legerings evne til at danne en solid forbindelse med loddemetal. En loddet samling dannes ved først at påføre et tyndt lag flydende pasta (flux) over det område, hvor to metalliske overflader vil blive forbundet. Læg derefter meget små loddestykker på pastaen. Ved opvarmning smelter den flydende pasta og dækker de overflader, der forbindes med et tyndt lag smeltet loddemetal. Det kan flyde ind i alle områder, hvor der er uregelmæssigheder i enten overflade eller mellem to overflader.
Overfladebehandling
Et materiales fysiske egenskaber er ud over dets kemiske sammensætning. For eksempel har de fleste metaller visse farver forbundet med sig, såsom sølv eller guld. Derfor er overfladefinish en vigtig faktor for at bestemme udseendet af en metalgenstand.
Høj pålidelighed til en lav pris
Dette er nøglen til printets overfladefinish, da det giver en bedre forbindelse mellem komponenten og printkortet. Dette er, hvad du ønsker for dine elektroniske enheder. Da det vil holde længere og være mere effektivt end et ubelagt eller dårligt behandlet bræt.