PCB-sid kasutatakse paljudes elektroonikaseadmetes, sealhulgas arvutites, nutitelefonides ja muudes digitaalseadmetes. Need on muutunud üldlevinud, kuna pakuvad kõrget töökindlust madala hinnaga. Siiski on PCB pinna töötlemiseks palju erinevaid viise, enne kui see muude komponentidega elektroonikaseadmeks kokku pannakse. Millise peaksite valima? See juhend annab teavet kolme levinuma PCB pinnaviimistluse kohta: OSP (orgaaniline jootmise säilitusaine), HASL (kuumjoodise tasandamine) ja ENIG (elektrivaba nikkelkümbluskuld).
Miks on PCB pinnaviimistlus oluline?
PCB pinnaviimistlus on oluline liides komponendi ja PCB vahel. Viimistluse kaks peamist funktsiooni on varjestada vaskjuhtmestikku ja pakkuda joodetavat pinda komponentide ühendamiseks (jootmiseks) trükkplaadiga.
Mis on PCB pinnaviimistlus?
PCB pinnakihi pealekandmise protsessi PCB-le nimetatakse PCB pinnaviimistluseks. PCB pinnaviimistluse eesmärk on tagada PCB hea joodetavus ja elektrilised omadused. Saadaval on palju erinevaid trükkplaatide pinnatöötlusi. PCB pinnatöötlus on mitmeetapiline protsess, mis hõlmab järgmisi samme:
- Keemilise söövitamise või elektropoleerimise keemiline töötlemine
- Orgaaniline kate, millele järgneb küpsetamine kõrgel temperatuuril
- Katioonne elektrooniline nikeldamine ja keemiline muundamine Ni/Sn pinnasulamiks
- Anoodne alumiiniumoksiid (Al-oksiid) kate
- Orgaaniline kate, millele järgneb küpsetamine kõrgel temperatuuril nagu etapis C.
Mis on OSP?
Õhk oksüdeerib vaske pidevalt, mis muudab selle värvi ja rabedaks. Antioksüdatsioon kaitseb trükkplaatide pinnaviimistlust korrosiooni eest, moodustades väga õhukese materjalist kaitsekihi paljastunud vase peale, tavaliselt konveiersüsteemil.
See on valmistatud veepõhisest orgaanilisest ühendist, mis seondub vasega ja loob metallorgaanilise kihi, mis kaitseb vaske enne jootmist. See on ka palju keskkonnasõbralikum kui tavalised pliivabad viimistlused, mis on kas ohtlikumad või nõuavad oluliselt rohkem energiat.
OSP eelised ja puudused
Eelised
Pliivaba
OCB on pliivaba protsess, seega on see keskkonnasõbralikum kui traditsiooniline HASL.
Maksma
OSP saab töödelda trükkplaadi pinnaviimistlust palju madalamate kuludega. Selle põhjuseks on asjaolu, et trükkplaadi pinna viimistlemisel kulub selle leotamiseks ja loputamiseks vähem materjali. See vähendab ka jäätmete kõrvaldamise kulusid. Kui kasutate juba pliivaba jootepastat (mille maht on väiksem kui tavalistel jootepastadel)
Lamedate trükkplaatide pinnaviimistlus
OSP-l on väga tasane trükkplaadi pinnaviimistlus, mis võib olla kasulik, kui töötate komponentidega, millel on kitsad tolerantsid. HASL-viimistluse sujuvus võib sel juhul probleeme tekitada, kuna see kogub suurema tõenäosusega õhust prahti ja püüab jootepasta kinni.
Lihtne protsess
OSP pakub lihtsat PCB pinnaviimistluse protsessi, mis muudab iga plaadi kvaliteedi hooldamise ja kontrollimise palju lihtsamaks. See on eelis, kui vajate suuri koguseid või teil on väga kitsad tolerantsid. OSP tegeleb PCB pinnaviimistlusega, kuna jootemaskide väiksemad ebakõlad võivad põhjustada probleeme.
Remonditav
OSP protsess on parandatav, mis tähendab, et kui kahjustate plaadi viimistlust. Või kui peate selle jootmisprobleemi lahendamiseks eemaldama. Seda saab eemaldada ja asendada, ilma et peaksite kogu PCB-d ära viskama.
Puudused
Piiratud RoHS-i järgimisega
OSP ühildub ainult materjalidega, mis ei sisalda pliid, kaadmiumi ega elavhõbedat. See tähendab, et seda ei saa kasutada mitte-RoHS-komponentide või muud tüüpi metallidest valmistatud plaatidega. Sel põhjusel ei saa OSP kõigis olukordades asendada nii HASL-i kui ka ENIG-i.
keskkonnamõju
Kuigi OSP on pliivaba protsess, nõuab see lahustite kasutamist, millel on oma keskkonnamõjud, mida tuleb arvesse võtta. Puhastusetapid toodavad ka reovett. Seega võib selle mõju keskkonnale siiski muret tekitada, kui on vaja suuri koguseid.
Tundlik
OSP on tundlik kuumuse mõjude suhtes aja jooksul. See tähendab, et kui lauad asuvad kõrgema temperatuuriga piirkondades, võib see vajada ümbertöötlust. See võib teie ettevõttele tähendada lisakulusid ja -ressursse.
Lühike säilivusaeg
OSP on veepõhine viimistlus, mis tähendab, et sellel on piiratud säilivusaeg. See on tavaliselt kasulik ainult umbes kaheks kuuks, kui see jäetakse avatud anumasse, ja aja jooksul niiskuse või niiskuse käes viibimine võib selle rikkuda.
Mis on HASL?
Enamik trükkplaatide pinnaviimistlusi on viimistletud HASL-iga, mis tähistab kuuma happega hapukurgi pesu. Meetod hõlmab trükkplaatide sukeldamist sula tina/plii sulamisse ja seejärel lisajoodise eemaldamist "õhknugade" abil, mis juhivad kuuma õhu läbi trükkplaadi pinnaviimistluse. HASL on sageli saadaval pliivabalt, mis on omaette eelis.
Tänu oma äärmuslikule kuumtöötlusele avaldab HASL-meetod PCB-d temperatuuridele, mis on madalaimal esialgsel märgnakkumisel kui muud viimistlusmaterjalid, selle temperatuur on 265 °C, mis võimaldab tuvastada kõik delaminatsiooniprobleemid enne kulukate komponentide kasutamist.
HASL-i eelised ja puudused
Eelised
Odav
HASL on odav protsess, mida saab kiiresti ja lihtsalt lõpule viia. Meetod nõuab vähem samme kui teised trükkplaatide pinnaviimistlused, mistõttu on see ideaalne väiksema mahuga rakenduste jaoks, mida nõuavad paljud komponentide tootjad, eriti väiksemate tootmissarjade puhul. HASL on sageli saadaval pliivabalt, mis on omaette eelis.
Remonditav
HASL pakub minimaalset kaitset teie trükkplaadi vasest alusele. Kui aga pärast HASL-i protsessi lõppu tekib kahju, saab selle kiiresti ja lihtsalt parandada.
Plii vaba
HASL on saadaval pliivabades versioonides, mis vastavad RoHS direktiivile. See tähendab, et erinevalt OSP-valikutest saab seda kasutada igat tüüpi komponentide jaoks, kaasa arvatud need, mis on valmistatud mitte-RoHS-i materjalidest või metallidest. HASL pliivaba on plii-, kaadmiumi- ja elavhõbedavaba.
Lihtne protsess
HASL pakub lihtsat tootmismetoodikat, mis sobib ideaalselt väiksemate mahtude jaoks või seal, kus on vaja rangeid tolerantse. Meetodi lihtsus muudab kvaliteeditaseme kontrollimise lihtsaks, mis tähendab, et te ei pea muretsema jootepaksuse erinevuste pärast erinevate plaatide vahel.
Saadaval mitme viimistlusega
HASL on saadaval mitmes erinevas klassis, millest igaühel on oma eelised. Puhtal tina/plii madalaim sulamistemperatuur on 269 °C, kuid see nõuab ka rohkem puhastustoiminguid, et eemaldada pärast jootmist liigne materjal. HASL Sn-Cu pakub kõrgemat sulamistemperatuuri 227 °C. See tähendab, et delaminatsiooni tõenäosus on väiksem. HASL koos ENIGiga pakub kõrgeimaid jootmistemperatuure, mis muudab selle ideaalseks suure töökindlusega rakenduste jaoks.
Puudused
Lühike säilivusaeg
HASL-il on avatud konteineris lühike säilivusaeg umbes kuus kuud, kuna see puutub aja jooksul kokku niiskuse ja niiskusega. See on selle suhtes eriti tundlik pärast iga jootmisprotsessi etappi.
keskkonnamõju
HASL on pliipõhine viimistlus, mis tähendab, et see ei vasta kõigile keskkonnastandarditele, eriti neile, mis põhinevad RoHS-i vastavusel, kuna HASL ei vasta neile nõuetele ilma täiendavate plaadistusprotsessideta. See võib põhjustada selle, et kliendid keelduvad teilt tooteid ostmast, kui nad ei soovi riskida võimalike mittevastavusprobleemidega.
Plii kokkupuude
HASL on pliipõhine viimistlus, mis tähendab, et see ei vasta kõigile keskkonnastandarditele, eriti neile, mis põhinevad RoHS-i vastavusel, kuna HASL ei vasta neile nõuetele ilma täiendavate plaadistusprotsessideta. See võib põhjustada selle, et kliendid keelduvad teilt tooteid ostmast, kui nad ei soovi riskida võimalike mittevastavusprobleemidega.
Termiline šokk
HASL tekitab kõigist pinnaviimistlustest kõige suurema termilise šoki, mis tähendab, et see on vastuvõtlikum delaminatsioonile. Protsessis kasutatavate kemikaalide kombineerimine nõuab jootmisel kõrget temperatuuri ja annab tulemuseks ka kuuma plaadi, mida saab kiiresti vee või õhuga maha jahutada.
Kehv niisutamine
HASL-il on halvad märgamisomadused, mis tähendab, et see ei sobi kasutamiseks alumiiniumi või muude värviliste metallidega. See võib suurendada teie disainilahenduste maksumust ja keerukust, kuna peate arvestama, kuidas erinevad materjalid jootmise ajal omavahel suhtlevad.
Mis on ENIG?
GOLF METAL on trükkplaadi pinnaviimistlus, mis ühendab anodeeritud alumiiniumi korrosioonikindluse naturaalse metalli poleerimise ja säraga. Sellel on vasest aluskihi peal olev niklikest, mis toimib nii oksüdatsiooni eest kaitsva barjäärina kui ka jooteobjektina, millega komponente ühendada. Ladustamise ajal kantakse niklile kullakiht. ENIG on lahendus suurtele tööstusharudele, nagu pliivabad eeskirjad. Keeruliste pinnakomponentide (eriti BGA-de ja flip-kiipide) tõus, mis nõuab tasaseid pindu.
Väärib märkimist, et ZENIG ei kaitse ioonipõhiste rünnakute tõttu korrosiooni eest. Enamikul juhtudel vajavad seda tüüpi sulamid sagedasemat puhastamist ja hooldust kui paljud metallid, kuna kulla- ja niklikihtide vahelise niiskusbarjääri säilitamine on keeruline.
ENIGi plussid ja miinused
Eelised
Lamedad pinnad
ENIG pakub tasasust, mis võib olla kasulik väikeste tolerantidega komponentide jaoks. Siledad trükkplaadi pinnaviimistlused võivad samuti aidata sel juhul probleeme vältida, kuna on suur oht, et jootepasta HASL-plaatidele kinni jääb, mida on tõestanud Stanfordi ülikoolis ja MIT-is tehtud katsed.
Kauakestev
PCB-de kaitsmisel korrosiooni eest pakub ENIG märkimisväärset eelist teiste pinnatöötlusviiside ees, kuna kullakiht on äärmiselt õhuke ega vaja ümbertöödelda ega asendamist, erinevalt traditsioonilistest anodeerimistehnikatest, mis võivad pärast ulatuslikku kasutamist kuluda. Samuti suureneb ENIGi jõudlus aja jooksul, kuna nikli- ja kullakihtide vahel tekib adhesioon.
ENIGi kullakiht tagab komponentidele parema nakkuvuse, mis muudab selle ideaalseks, kui kasutate osi, mis on kuumuse suhtes tundlikud või madala sulamistemperatuuriga. Täiendav joodis võib aidata ka termojuhtimisega seotud probleemide korral ümbervoolamise jootmisprotsesside ajal, kuna ENIG-i kasutamine vähendab HASL-iga võrreldes liigsest kuumutamisest tingitud väändumist.
Pliivaba
ENIG on pliivaba ühilduv, mis tähendab, et seda saab kasutada projektides, mis vastavad RoHS-i nõuetele. See võib aidata teil vältida lisakulusid. Eriti kui teie komponendid või trükkplaadid vajavad keskkonnaseaduste järgimiseks kulukat ümbertööd.
Hea PTH jaoks
Kuna ENIG on paks lame materjal, mida saab massiliselt kasutada terve plaadi jaoks, muudab see aukude plaadistamise protsessi kuluefektiivsemaks.
Säilitab joodetavuse ladustamise ajal
ENIGi niiskuskindlus tähendab, et komponentide korrodeerumine või kihistumine on väiksem, kui neid hoitakse enne kasutamist niisketes tingimustes. See võib teie tootmistrükkplaatide kvaliteeti ja järjepidevust tõsta. See tähendab, et teil on rohkem aega keskenduda muudele disainiprotsessi aspektidele. Ilma, et peaksite muretsema veekahjustustest põhjustatud potentsiaalselt kulukate vigade pärast.
Puudused
Tuleohtlik
Kui PCB ei ole korralikult konstrueeritud, võib ENIG paljastada tuleohtlikke kihte, mis võivad eraldada mürgiseid aure. Seetõttu on oluline lasta oma PCB-d enne kasutamist professionaalil üle vaadata.
Nõrgem side komponentidele
ENIGi kullakiht võib olla õhem kui teiste trükkplaatide pinnaviimistlus. See tähendab, et komponentide padjandite ümber koguneb vähem joodist. See vähendab termojuhtimisega seotud probleeme reflow-jootmisprotsesside ajal. Komponendid kukuvad suurema tõenäosusega plaatidelt maha või lähevad pärast jootmist lahti.
Nõuab professionaalset paigaldust
ENIG on trükkplaadi pinnaviimistlus, mille õigeks pealekandmiseks on vaja kõrgkoolitust ja teadmisi. See tähendab, et te ei saa ENIG-i ise installida. See võib kaasa tuua lisakulusid, kui teie PCB-d vajavad kvaliteediprobleemide tõttu kallist ümbertööd.
Nõuab spetsiaalseid materjale
ENIG nõuab kullatud nikli kasutamist ja selle asendamine võib olla kulukas, kui see aja jooksul kulub. See nõuab ka spetsiaalse puhastusvahendi kasutamist, et plaadid säilitaksid oma korrosioonikindluse. Pärast nende jootmist, mis võib teie tootmisprotsessile lisada lisakulusid.
Miks me vajame trükkplaadi pinnaviimistlust?
Solderability
Metalli või sulami võime moodustada tahke ühendus joodisega. Jootekoha moodustamiseks kantakse esmalt õhuke kiht vedelat pasta (flux) kohale, kus kaks metallpinda ühendatakse. Seejärel asetage pastale väga väikesed jootetükid. Kuumutamisel vedel pasta sulab ja katab liidetavad pinnad õhukese sulajoodise kihiga. See võib voolata kõikidesse piirkondadesse, kus kummalgi pinnal või kahe pinna vahel on ebakorrapärasusi.
Pinnatöötlus
Materjali füüsikalised omadused on väljaspool selle keemilist koostist. Näiteks enamiku metallidega on seotud teatud värvid, näiteks hõbe või kuld. Seetõttu on pinnaviimistlus metallist eseme välimuse määramisel oluline tegur.
Kõrge töökindlus madalate kuludega
See on trükkplaadi pinnaviimistluse võtmeks, kuna see tagab parema ühenduse komponendi ja PCB vahel. See on see, mida soovite oma elektroonikaseadmete jaoks. Kuna see kestab kauem ja on tõhusam kui katmata või halvasti töödeldud plaat.