PCB digunakan dalam berbagai perangkat elektronik, termasuk komputer, smartphone, dan peralatan digital lainnya. Mereka ada di mana-mana karena menawarkan keandalan tinggi dengan biaya rendah. Namun, ada berbagai macam cara untuk merawat permukaan sebuah PCB sebelum dirangkai dengan komponen lain menjadi sebuah perangkat elektronik. Mana yang harus Anda pilih? Panduan ini akan memberikan informasi tentang tiga penyelesaian akhir permukaan PCB yang umum: OSP (pengawet solderabilitas organik), HASL (perataan solder udara panas), dan ENIG (emas perendaman nikel tanpa listrik).
Mengapa finishing permukaan PCB penting?
Finishing permukaan PCB adalah antarmuka penting antara komponen dan PCB. Dua fungsi utama pelapis adalah untuk melindungi kabel tembaga yang terbuka dan untuk menawarkan permukaan yang dapat disolder untuk menyambungkan (menyolder) komponen ke papan sirkuit tercetak.
Apa permukaan PCB selesai?
Proses penerapan lapisan permukaan PCB ke PCB dikenal sebagai penyelesaian permukaan PCB. Tujuan penyelesaian permukaan PCB adalah untuk menjamin bahwa PCB memiliki daya solder dan sifat listrik yang baik. Ada banyak jenis perawatan permukaan papan sirkuit tercetak yang tersedia. Perawatan Permukaan PCB adalah proses multitahap yang mencakup langkah-langkah berikut:
- Perawatan kimia etsa kimia atau electropolishing
- Lapisan organik diikuti dengan memanggang pada suhu tinggi
- Pelapisan nikel tanpa listrik kationik dan konversi kimia menjadi paduan permukaan Ni/Sn
- Lapisan aluminium oksida anodik (Al-oksida).
- Pelapisan organik diikuti dengan pemanggangan pada suhu tinggi seperti pada langkah C.
Apa itu OSP?
Tembaga terus teroksidasi oleh udara, yang membuatnya berubah warna dan rapuh. Anti-oksidasi menjaga permukaan PCB selesai dari korosi dengan membentuk lapisan pelindung yang sangat tipis dari material di atas tembaga yang terbuka, biasanya pada sistem konveyor.
Itu terbuat dari senyawa organik berbasis air yang mengikat tembaga dan menciptakan lapisan organologam yang melindungi tembaga sebelum disolder. Ini juga jauh lebih ramah lingkungan daripada pelapis bebas timah standar, yang lebih berbahaya atau membutuhkan lebih banyak penggunaan energi.
Kelebihan dan Kekurangan OSP
Kelebihan
Bebas timah
OCB adalah proses bebas timbal sehingga lebih ramah lingkungan daripada HASL tradisional.
Biaya
OSP dapat merawat permukaan PCB dengan biaya yang jauh lebih rendah. Ini karena membutuhkan lebih sedikit bahan untuk merendam dan membilas saat permukaan PCB selesai. Ini juga mengurangi biaya pembuangan limbah. Jika Anda sudah menggunakan pasta solder bebas timah (yang memiliki volume lebih rendah dari pasta solder standar)
Permukaan PCB datar selesai
OSP memiliki permukaan PCB yang sangat rata, yang dapat bermanfaat saat bekerja dengan komponen yang memiliki toleransi ketat. Kehalusan hasil akhir HASL dapat menyebabkan masalah dalam kasus ini karena lebih cenderung mengambil kotoran dari udara dan menjebak pasta solder.
Proses sederhana
OSP menawarkan proses Penyelesaian Permukaan PCB yang sederhana, yang membuatnya lebih mudah untuk mempertahankan dan mengontrol kualitas setiap papan. Ini adalah keuntungan jika Anda membutuhkan jumlah besar atau memiliki toleransi yang sangat ketat. OSP menangani Selesai Permukaan PCB karena ketidakkonsistenan kecil pada topeng solder dapat menyebabkan masalah.
Diperbaiki
Proses OSP dapat diperbaiki, yang berarti jika Anda merusak lapisan papan. Atau jika Anda perlu melepasnya untuk memperbaiki masalah penyolderan. Ada cara melepas dan menggantinya tanpa harus membuang seluruh PCB.
Kekurangan
Terbatas pada kepatuhan RoHS
OSP hanya sesuai untuk bahan yang bebas timbal, kadmium, dan merkuri. Ini berarti tidak dapat digunakan dengan komponen atau papan non-RoHS yang terbuat dari jenis logam lain. Karena alasan ini, OSP tidak dapat menggantikan HASL dan ENIG dalam semua situasi.
Dampak lingkungan
Meskipun OSP adalah proses bebas timah, namun membutuhkan penggunaan pelarut yang memiliki dampak lingkungan sendiri yang perlu dipertimbangkan. Langkah-langkah pembersihan juga menghasilkan air limbah. Jadi mungkin masih ada kekhawatiran tentang pengaruhnya terhadap lingkungan jika diperlukan volume yang besar.
Peka
OSP peka terhadap efek panas dari waktu ke waktu. Ini berarti mungkin memerlukan proses pengerjaan ulang jika papan terletak di area dengan suhu lebih tinggi. Ini dapat berarti biaya tambahan dan sumber daya untuk bisnis Anda.
Umur simpan pendek
OSP adalah pelapis berbahan dasar air, yang artinya memiliki umur simpan yang terbatas. Ini biasanya hanya baik untuk sekitar dua bulan jika dibiarkan dalam wadah terbuka dan dapat rusak oleh paparan kelembaban atau kelembaban dari waktu ke waktu.
Apa itu HASL?
Sebagian besar penyelesaian permukaan PCB diselesaikan dengan HASL, yang merupakan singkatan dari pencucian acar asam panas. Metode ini memerlukan papan sirkuit yang terendam dalam paduan timah/timah cair dan kemudian melepaskan solder tambahan menggunakan 'pisau udara', yang menyemburkan udara panas ke seluruh permukaan PCB. HASL sering tersedia bebas timah yang merupakan keuntungan tersendiri.
Metode HASL, berdasarkan perlakuan panasnya yang ekstrem, mengekspos PCB ke suhu yang lebih tinggi pada daya rekat basah awal yang paling rendah daripada lapisan akhir lainnya. Metode ini memiliki suhu 265°C, yang memungkinkan pendeteksian masalah delaminasi apa pun sebelum penggunaan komponen yang mahal.
Keuntungan dan Kerugian HASL
Kelebihan
Biaya rendah
HASL adalah proses berbiaya rendah yang dapat diselesaikan dengan cepat dan mudah. Metode ini memerlukan langkah yang lebih sedikit daripada penyelesaian permukaan PCB lainnya sehingga ideal untuk aplikasi volume rendah yang dibutuhkan oleh banyak produsen komponen, terutama dalam proses produksi yang lebih kecil. HASL sering tersedia bebas timah yang merupakan keuntungan tersendiri.
Diperbaiki
HASL menawarkan perlindungan minimal pada dasar tembaga papan sirkuit Anda. Namun jika terjadi kerusakan setelah proses HASL selesai maka dapat diperbaiki dengan cepat dan mudah.
Bebas timah
HASL tersedia dalam versi bebas timah, yang sesuai dengan arahan RoHS. Ini berarti dapat digunakan untuk semua jenis komponen termasuk yang terbuat dari bahan atau logam non-RoHS, tidak seperti opsi OSP. HASL bebas timah bebas dari timbal, kadmium, dan merkuri.
Proses sederhana
HASL menawarkan metodologi produksi sederhana yang ideal untuk volume yang lebih kecil atau di mana diperlukan toleransi yang ketat. Kesederhanaan metode membuatnya mudah untuk mengontrol tingkat kualitas yang berarti Anda tidak perlu khawatir tentang variasi ketebalan solder di papan yang berbeda.
Tersedia dalam beberapa sentuhan akhir
HASL tersedia dalam beberapa grade berbeda, masing-masing dengan manfaatnya sendiri. Timah Murni/Timbal memiliki titik leleh terendah 269°C tetapi juga membutuhkan lebih banyak langkah pembersihan untuk menghilangkan bahan berlebih setelah penyolderan. HASL Sn-Cu menawarkan titik leleh yang lebih tinggi yaitu 227°C. Ini berarti ada lebih sedikit peluang untuk delaminasi. HASL dengan ENIG menawarkan suhu penyolderan tertinggi, yang membuatnya ideal untuk aplikasi dengan keandalan tinggi.
Kekurangan
Umur simpan pendek
HASL memiliki umur simpan yang pendek sekitar enam bulan dalam wadah terbuka karena paparan kelembaban dan kelembaban dari waktu ke waktu. Ini sangat sensitif terhadap hal ini setelah setiap langkah dalam proses penyolderan.
Dampak lingkungan
HASL adalah hasil akhir berbasis timbal yang artinya tidak sesuai dengan semua standar lingkungan, terutama yang didasarkan pada kepatuhan RoHS karena HASL tidak memenuhi persyaratan ini tanpa proses pelapisan tambahan. Hal ini dapat mengakibatkan pelanggan menolak membeli produk dari Anda jika mereka tidak mau mengambil risiko potensi masalah ketidakpatuhan.
Paparan timah
HASL adalah hasil akhir berbasis timbal yang artinya tidak sesuai dengan semua standar lingkungan, terutama yang didasarkan pada kepatuhan RoHS karena HASL tidak memenuhi persyaratan ini tanpa proses pelapisan tambahan. Hal ini dapat mengakibatkan pelanggan menolak membeli produk dari Anda jika mereka tidak mau mengambil risiko potensi masalah ketidakpatuhan.
Shock Termal
HASL menghasilkan kejutan termal paling banyak dari semua permukaan akhir, yang berarti lebih rentan terhadap delaminasi. Perpaduan bahan kimia yang digunakan dalam proses tersebut memerlukan suhu tinggi saat penyolderan dan juga menghasilkan papan panas yang dapat didinginkan dengan cepat dengan air atau udara.
Pembasahan yang buruk
HASL memiliki sifat pembasahan yang buruk, yang berarti tidak cocok untuk digunakan dengan aluminium atau logam non-besi lainnya. Ini dapat meningkatkan biaya dan kompleksitas desain Anda karena Anda harus mempertimbangkan bagaimana bahan yang berbeda berinteraksi selama operasi penyolderan.
Apa itu ENIG?
GOLF METAL adalah pelapis permukaan PCB yang menggabungkan ketahanan korosi aluminium anodized dengan polesan dan kilau logam alami. Ini menampilkan cangkang nikel di atas lapisan bawah tembaga, yang bertindak sebagai penghalang untuk melindungi dari oksidasi dan target solder untuk mengikat komponen. Selama penyimpanan, lapisan emas diaplikasikan pada nikel. ENIG adalah solusi untuk tren industri besar seperti regulasi bebas timah. Munculnya komponen permukaan yang rumit (terutama BGA dan chip flip), yang memerlukan permukaan datar.
Perlu dicatat bahwa ZENIG tidak melindungi dari korosi akibat serangan berbasis ionik. Dalam kebanyakan kasus, jenis paduan ini akan membutuhkan pembersihan dan perawatan yang lebih sering daripada banyak logam karena kesulitan dalam mempertahankan penghalang kelembapan antara lapisan emas dan nikel.
Kelebihan dan Kekurangan ENIG
Kelebihan
Permukaan datar
ENIG menawarkan tingkat kerataan yang dapat bermanfaat untuk komponen dengan toleransi yang ketat. Finishing permukaan PCB yang halus juga dapat membantu mencegah masalah dalam kasus ini karena tingginya risiko terjebaknya pasta solder pada papan HASL, yang telah dibuktikan dengan eksperimen di Stanford University dan MIT.
Sepanjang masa
Dalam hal melindungi PCB dari korosi, ENIG menawarkan keuntungan yang signifikan dibandingkan perawatan permukaan lainnya karena lapisan emasnya sangat tipis dan tidak memerlukan pengerjaan ulang atau penggantian, tidak seperti teknik anodisasi tradisional yang dapat luntur setelah digunakan secara ekstensif. Performa ENIG juga meningkat dari waktu ke waktu karena adhesi terbentuk antara lapisan nikel dan emas.
Lapisan emas ENIG meningkatkan daya rekat komponen, sehingga ideal jika Anda menggunakan komponen yang sensitif terhadap panas atau memiliki titik leleh rendah. Solder ekstra juga dapat membantu masalah manajemen termal selama proses penyolderan reflow, karena penggunaan ENIG akan mengurangi kelengkungan yang disebabkan oleh waktu pemanasan berlebih dibandingkan dengan HASL.
Bebas timah
ENIG kompatibel bebas timah, yang artinya dapat digunakan untuk proyek yang tunduk pada kepatuhan RoHS. Ini dapat membantu Anda menghindari biaya tambahan. Terutama jika komponen atau papan sirkuit Anda memerlukan pengerjaan ulang yang mahal untuk memenuhi undang-undang lingkungan.
Baik untuk PTH
Karena ENIG adalah bahan datar dan tebal yang dapat digunakan secara massal untuk seluruh papan, ini membuat proses pelapisan melalui lubang menjadi lebih hemat biaya.
Mempertahankan kemampuan solder selama penyimpanan
Ketahanan ENIG terhadap kelembapan berarti komponen cenderung tidak menimbulkan korosi atau delaminasi saat disimpan dalam kondisi lembap sebelum digunakan. Ini dapat meningkatkan kualitas dan konsistensi di seluruh papan sirkuit produksi Anda. Ini berarti Anda memiliki lebih banyak waktu untuk fokus pada aspek lain dari proses desain. Tanpa harus khawatir tentang kesalahan yang berpotensi mahal yang disebabkan oleh kerusakan air.
Kekurangan
Mudah terbakar
Jika PCB tidak dirancang dengan benar, ENIG dapat membuka lapisan yang mudah terbakar atau mengeluarkan asap beracun. Inilah sebabnya mengapa penting untuk memeriksa PCB Anda oleh seorang profesional sebelum digunakan.
Ikatan yang lebih lemah untuk komponen
Lapisan emas ENIG bisa jadi lebih tipis dari lapisan permukaan PCB lainnya. Ini berarti lebih sedikit solder akan menumpuk di sekitar bantalan komponen. Ini mengurangi masalah manajemen termal selama proses penyolderan reflow. Komponen lebih cenderung jatuh dari papan atau menjadi longgar setelah disolder.
Membutuhkan instalasi profesional
ENIG adalah pelapis permukaan PCB yang membutuhkan pelatihan dan keahlian lanjutan agar dapat diterapkan dengan benar. Ini berarti Anda tidak dapat menginstal ENIG sendiri. Ini dapat menyebabkan biaya tambahan jika PCB Anda memerlukan pengerjaan ulang yang mahal karena masalah kualitas.
Membutuhkan bahan khusus
ENIG membutuhkan penggunaan nikel berlapis emas dan bisa mahal untuk diganti jika rusak seiring waktu. Ini juga membutuhkan penggunaan pembersih khusus agar papan dapat mempertahankan ketahanan korosinya. Setelah disolder, yang mungkin menambah biaya tambahan untuk proses produksi Anda.
Mengapa kita membutuhkan pelapis permukaan PCB?
Solderabilitas
Kemampuan logam atau paduan untuk membentuk sambungan yang kokoh dengan solder. Sambungan solder dibentuk dengan terlebih dahulu menerapkan lapisan tipis pasta cair (fluks) di atas area di mana dua permukaan logam akan digabungkan. Kemudian letakkan potongan solder yang sangat kecil di atas pasta. Saat dipanaskan, pasta cair meleleh dan menutupi permukaan yang disambung dengan lapisan tipis solder cair. Itu bisa mengalir ke area mana pun di mana ada ketidakteraturan di salah satu permukaan atau di antara dua permukaan.
permukaan Finish
Karakteristik fisik suatu material berada di luar komposisi kimianya. Misalnya, sebagian besar logam memiliki warna tertentu yang diasosiasikan dengannya, seperti perak atau emas. Oleh karena itu, permukaan akhir merupakan faktor penting dalam menentukan penampilan suatu benda logam.
Keandalan tinggi dengan biaya rendah
Ini adalah kunci penyelesaian permukaan PCB karena memberikan koneksi yang lebih baik antara komponen dan PCB. Inilah yang Anda inginkan untuk perangkat elektronik Anda. Karena akan bertahan lebih lama dan lebih efektif daripada papan yang tidak dilapisi atau dirawat dengan buruk.