PCB表面仕上げの完全ガイド：OSP、HASL、ENIG

PCBは、コンピュータ、スマートフォン、その他のデジタル機器など、幅広い電子機器に使用されている。高い信頼性を低コストで実現できるため、至る所で使用されるようになった。しかし、他の部品と一緒に電子機器に組み立てる前のプリント基板の表面処理には、さまざまな方法がある。どれを選べばよいのでしょうか？このガイドでは、一般的な3つのPCB表面処理について説明します：OSP（有機はんだ付け性保存剤）、HASL（熱風はんだレベリング）、ENIG（無電解ニッケル浸漬金属）です。

メリット

鉛フリー

OCBは鉛フリーのプロセスなので、従来のHASLよりも環境に優しい。

コスト

OSPは、はるかに低コストでプリント基板の表面仕上げを処理できる。これは、pcb表面仕上げ時の浸漬とリンスに必要な材料が少なくて済むためです。また、廃棄物処理コストも削減できます。すでに鉛フリーソルダーペースト（標準的なソルダーペーストよりも体積が少ない）を使用している場合

フラット基板表面仕上げ

OSPの基板表面仕上げは非常に平坦で、公差の厳しい部品を扱う場合に有益です。HASL仕上げの平滑性は、空気中のごみを拾いやすく、はんだペーストを閉じ込めやすいため、このような場合に問題を引き起こす可能性があります。

シンプルなプロセス

OSPは、シンプルなPCB表面仕上げプロセスを提供し、各基板の品質を維持・管理することをはるかに容易にします。これは、大量生産が必要な場合や公差が非常に厳しい場合に有利です。OSPは、ソルダーマスクの些細な不一致が問題を引き起こす可能性があるため、PCB表面仕上げを処理します。

修理可能

OSPプロセスは修理可能である。つまり、基板の仕上げを損傷した場合。あるいは、はんだ付けの問題を解決するために取り外す必要がある場合。PCB全体を捨てることなく、取り外して交換する方法があります。

デメリット

RoHS対応に限る

OSPは、鉛、カドミウム、水銀を含まない材料にのみ準拠しています。つまり、非RoHS部品や他の種類の金属でできた基板には使用できません。このため、OSPはすべての状況においてHASLとENIGの両方を置き換えることはできません。

環境への影響

OSPは鉛フリーのプロセスだが、環境への影響を考慮する必要がある溶剤を使用する必要がある。また、洗浄工程では廃水も発生する。そのため、大量の洗浄が必要な場合、環境への影響が懸念される。

敏感

OSPは経時的な熱の影響を受けやすいため、基板が高温になる場所に設置されている場合、リワーク工程が必要になる可能性があります。これは、貴社のビジネスにとって追加コストとリソースを意味します。

短い賞味期限

OSPは水性フィニッシュであるため、保存期間には限りがある。開封済みの容器に入れたままにしておくと、通常2ヶ月ほどしか使えませんし、時間が経つと湿気や水分にさらされてダメになってしまいます。

メリット

低コスト

HASLは、迅速かつ容易に完了できる低コストのプロセスです。この方法は、他のPCB表面仕上げよりも必要な工程が少ないため、多くの部品メーカーが必要とする少量生産アプリケーション、特に少量生産に最適です。HASLは多くの場合、鉛フリーで入手可能であり、それ自体が利点となります。

修理可能

HASLは、回路基板の銅ベースに最小限の保護を提供します。しかし、HASLプロセスが完了した後に損傷が発生した場合、迅速かつ簡単に修正することができます。

鉛フリー

HASLには、RoHS指令に準拠した鉛フリーバージョンがあります。これは、OSPオプションとは異なり、非RoHS材料や金属製を含むあらゆるタイプの部品に使用できることを意味します。HASLの鉛フリーは、鉛、カドミウム、水銀を含みません。

シンプルなプロセス

HASLは、少量生産や厳しい公差が要求される場合に理想的なシンプルな製造方法を提供します。方法がシンプルなため、品質レベルの管理が容易で、異なる基板間のはんだ厚のばらつきを心配する必要がありません。

複数の仕上げから選択可能

HASLにはいくつかのグレードがあり、それぞれに利点があります。純錫/鉛の融点は269℃と最も低いですが、はんだ付け後に余分な材料を除去するため、より多くの洗浄工程を必要とします。HASL Sn-Cuは融点が227℃と高い。これは、層間剥離の可能性が少ないことを意味します。ENIG付きHASLは、はんだ付け温度が最も高く、高信頼性アプリケーションに最適です。

デメリット

短い賞味期限

HASLは、時間の経過とともに湿度や水分にさらされるため、開放容器での保存可能期間は約6ヶ月と短い。特に、はんだ付けの各工程の後はその影響を受けやすくなります。

環境への影響

HASLは鉛ベースの仕上げであるため、すべての環境基準、特にRoHS準拠に基づく基準に準拠していません。このため、潜在的なコンプライアンス違反のリスクを負いたくない顧客は、御社からの製品購入を拒否する可能性があります。

鉛への暴露

HASLは鉛ベースの仕上げであるため、すべての環境基準、特にRoHS準拠に基づく基準に準拠していません。このため、潜在的なコンプライアンス違反のリスクを負いたくない顧客は、御社からの製品購入を拒否する可能性があります。

熱衝撃

HASLはあらゆる表面仕上げの中で最も熱衝撃が大きく、層間剥離を起こしやすい。このプロセスで使用される化学物質の組み合わせは、はんだ付け時に高温を必要とし、また、水や空気で素早く冷却できる高温の基板になります。

湿潤不良

HASLは濡れ性が悪いため、アルミニウムやその他の非鉄金属との使用には適していません。このため、はんだ付け作業中に異なる材料がどのように相互作用するかを考慮する必要があり、設計のコストと複雑さが増す可能性があります。

メリット

平面

ENIGは、公差の厳しい部品に有益な平坦度を提供します。また、HASL基板ではソルダーペーストがトラップされる危険性が高く、スタンフォード大学やマサチューセッツ工科大学の実験でも証明されています。

長持ち

PCBを腐食から保護する場合、ENIGは他の表面処理よりも大きな利点を提供します。なぜなら、金層は非常に薄く、再加工や交換を必要としないからです。また、ENIGは、ニッケル層と金層の間に密着性が蓄積されるため、時間の経過とともに性能が向上します。
ENIGの金層は部品への密着性を高めるため、熱に敏感な部品や融点の低い部品を使用する場合に最適です。また、ENIGを使用することで、HASLに比べて過剰な加熱時間による反りが減少するため、余分なはんだは、リフローはんだ付け工程における熱管理の問題にも役立ちます。

鉛フリー

ENIGは鉛フリーに対応しているため、RoHS対応のプロジェクトにも使用できます。これにより、追加コストを回避できる可能性があります。特に、貴社の部品や回路基板が環境法を満たすために高価な再加工を必要とする場合はなおさらです。

PTHに良い

ENIGは厚く平坦な素材であるため、基板全体に大量に使用することができ、スルーホールのめっき工程をよりコスト効率の高いものにする。

保管中のはんだ付け性を維持

ENIGは耐湿性に優れているため、使用前に湿度の高い環境で保管しても、部品の腐食や剥離が起こりにくくなります。これにより、製造回路基板の品質と一貫性が向上します。これは、設計プロセスの他の側面に集中する時間が増えることを意味します。水濡れによって引き起こされるコストのかかるエラーを心配する必要もありません。

デメリット

可燃性

PCBが適切に設計されていない場合、ENIGが可燃性の層を露出させたり、有毒ガスを放出する可能性があります。そのため、PCBを使用する前に、専門家による検査を受けることが重要です。

部品の接着が弱い

ENIGの金層は、他のPCB表面仕上げよりも薄くすることができます。これは、部品パッド周辺に蓄積するはんだがより少ないことを意味します。これにより、リフローはんだ付け工程における熱管理の問題が軽減されます。はんだ付け後に部品が基板から落ちたり、緩んだりする可能性が高くなります。

専門家による設置が必要

ENIGはプリント基板の表面仕上げで、正しく施工するには高度な訓練と専門知識が必要です。つまり、お客様ご自身でENIGを施工することはできません。そのため、プリント基板の品質に問題があり、高額な手直しが必要になった場合、追加コストが発生する可能性があります。

特別な材料が必要

ENIGは金メッキのニッケルを使用する必要があり、経年劣化すると交換費用が高額になります。また、基板の耐食性を維持するために、特殊なクリーナーを使用する必要があります。はんだ付け後、製造工程に追加コストがかかる場合があります。

はんだ付け性

金属または合金がはんだで強固な接続を形成する能力。はんだ接合は、まず2つの金属面が接合される部分に液体ペースト（フラックス）を薄く塗ることで形成される。次に、ごく小さなはんだをペーストの上に置く。加熱すると、液体ペーストが溶けて、接合する表面を溶融はんだの薄い層で覆います。この溶融はんだは、どちらかの表面や2つの表面間に凹凸がある部分に流れ込むことができる。

表面仕上げ

材料の物理的特性は、その化学組成を超えるものである。例えば、ほとんどの金属は、銀や金など、それらに関連する特定の色を持っています。そのため、表面仕上げは金属物体の外観を決定する重要な要素です。

低コストで高い信頼性

これは、部品とPCB間の接続を向上させるため、PCB表面仕上げの鍵となります。これは電子機器に求められるものです。非塗装や粗悪な処理を施した基板よりも長持ちし、効果的です。