Podstawowym celem obróbki powierzchni PCB jest zapewnienie dobrej spawalności i właściwości elektrycznych. Ponieważ miedź w naturze występuje w postaci tlenków w powietrzu, jest mało prawdopodobne, aby zachowała swoją pierwotną jakość przez długi czas, dlatego należy ją poddać obróbce miedzią.
Istnieje wiele procesów obróbki powierzchni PCB. Najczęściej stosowane to: płaskie, organiczne powłoki ochronne (OSP), pełne niklowanie płyt z warstwą złota, Shen Jin, Shenxi, Shenyin, nikiel chemiczny, złoto oraz galwanizacja twardym złotem. Objawy.
1. Gorące powietrze jest płaskie (puszka natryskowa)
Ogólny proces prostowania gorącym powietrzem wygląda następująco: mikroerozja → podgrzewanie wstępne → spawanie powłok → natryskiwanie cyny → czyszczenie.
Gorące powietrze jest płaskie, znane również jako spawanie gorącym powietrzem (powszechnie znane jako natrysk cyny), co jest procesem powlekania stopionej cyny (ołowiu) spawanej na powierzchni płytki PCB i wykorzystania ogrzewania do sprężania powietrza rektyfikacji (przedmuchiwania) w celu utworzenia warstwy antyutleniającej miedzi. Może to również zapewnić dobrą spawalność warstw powłoki. Cała spoina i miedź gorącego powietrza tworzą metaliczny związek przewodzący miedź-cyna w połączeniu. PCB zazwyczaj tonie w topiącej się wodzie po spawaniu; nóż wiatrowy wydmuchuje płynny spaw przed spawaniem;
Poziom wiatru termicznego dzieli się na dwa typy: pionowy i poziomy. Powszechnie uważa się, że typ poziomy jest lepszy. Przede wszystkim pozioma warstwa rektyfikacji gorącego powietrza jest stosunkowo równomierna, co pozwala na automatyzację produkcji.
Zalety: dłuższy czas przechowywania; po zakończeniu produkcji PCB powierzchnia miedzi jest całkowicie mokra (cyna jest całkowicie pokryta przed spawaniem); nadaje się do spawania ołowiowego; dojrzały proces, niski koszt, nadaje się do kontroli wizualnej i testów elektrycznych
Wady: Nie nadaje się do montażu liniowego; ze względu na problem płaskości powierzchni występują również ograniczenia w montażu powierzchniowym (SMT); nie nadaje się do projektowania przełączników stykowych. Podczas natryskiwania cyny miedź ulega rozpuszczeniu, a płytka nagrzewa się do wysokiej temperatury. Szczególnie w przypadku grubych lub cienkich płyt, natrysk cyny jest ograniczony, a proces produkcji jest niewygodny.
2. organiczny środek zabezpieczający spawalność (OSP)
Ogólny proces wygląda następująco: odtłuszczanie -> mikrotrawienie -> trawienie -> czyszczenie czystą wodą -> powlekanie organiczne -> czyszczenie. Sterowanie procesem jest stosunkowo łatwe do zaprezentowania w celu zobrazowania procesu obróbki.
OSP to proces obróbki powierzchni folii miedzianej na płytkach drukowanych (PCB), zgodny z wymogami dyrektywy RoHS. OSP to skrót od Organic Solderability Preservatives, czyli organicznych środków konserwujących lutowność, znanych również jako Preflux (po angielsku). Mówiąc prościej, OSP to chemicznie wytworzona, organiczna powłoka na czystej, odsłoniętej powierzchni miedzi. Powłoka ta charakteryzuje się odpornością na utlenianie, szok termiczny i wilgoć, chroniąc powierzchnię miedzi w normalnych warunkach przed rdzą (utlenianiem, wulkanizacją itp.). Jednak w trakcie spawania w wysokiej temperaturze, ta warstwa ochronna musi być łatwo i szybko usuwana przez topnik, aby odsłonięta, czysta powierzchnia miedzi mogła natychmiast połączyć się z roztopionym lutem w bardzo krótkim czasie, tworząc stałe połączenie lutownicze.
Zalety: Prosty proces, bardzo płaska powierzchnia, odpowiednia do spawania bezołowiowego i montażu SMT. Łatwa przeróbka, wygodna produkcja, możliwość pracy na linii poziomej. Płytka nadaje się do wielorakiej obróbki (np. OSP+ENIG). Niski koszt, przyjazność dla środowiska.
Wady: ograniczenie liczby spawów rozpływowych (wielokrotne spawanie grubej warstwy powoduje zniszczenie powłoki, praktycznie dwukrotne bez problemu). Nie nadaje się do technologii zaciskania i łączenia drutem. Wykrywanie wizualne i elektryczne jest niewygodne. Do spawania SMT wymagana jest osłona gazowa N2. Regeneracja SMT nie jest odpowiednia. Wysokie wymagania magazynowe.
3. Cała płyta pokryta niklowym złotem
Niklowanie galwaniczne polega na pokryciu powierzchni przewodnika PCB warstwą niklu, a następnie warstwą złota. Niklowanie ma na celu zapobieganie dyfuzji między złotem a miedzią. Istnieją dwa rodzaje galwanicznego niklowania: miękkie (czyste złoto, powierzchnia złota nie wygląda na błyszczącą) oraz twarde (gładka i twarda powierzchnia, odporna na zużycie, zawierająca inne pierwiastki, takie jak kobalt, powierzchnia złota wygląda na błyszczącą). Miękkie złoto jest stosowane głównie do pakowania układów scalonych za pomocą złotego drutu; twarde złoto jest stosowane głównie w niespawanych połączeniach elektrycznych.
Zalety: Długi czas przechowywania >12 miesięcy. Nadaje się do projektowania przełączników stykowych i łączenia drutem złotym. Nadaje się do testów elektrycznych.
Wady: Wyższy koszt, grubsze złoto. Galwanizowane styki wymagają dodatkowego przewodu przewodzącego. Ponieważ grubość złota nie jest jednolita, zastosowanie go do spawania może spowodować kruchość połączenia lutowanego z powodu zbyt grubej warstwy złota, co wpływa na wytrzymałość. Problem z jednolitością powierzchni galwanizowanej. Galwanizowane złoto niklowe nie pokrywa krawędzi drutu. Nie nadaje się do łączenia przewodów aluminiowych.
4. Zatop złoto
Ogólny proces wygląda następująco: czyszczenie trawiące -> mikrokorozja -> wstępne ługowanie -> aktywacja -> niklowanie chemiczne -> ługowanie chemiczne złota. W procesie bierze udział 6 zbiorników z chemikaliami, w których znajduje się blisko 100 rodzajów chemikaliów, a sam proces jest bardziej złożony.
Topiące się złoto jest pokryte grubą, elektrycznie dobrą warstwą stopu niklu i złota na powierzchni miedzi, co zapewnia długotrwałą ochronę płytki PCB. Ponadto charakteryzuje się ono odpornością na warunki środowiskowe, której nie oferują inne metody obróbki powierzchni. Co więcej, topiące się złoto zapobiega również rozpuszczaniu się miedzi, co korzystnie wpływa na montaż bezołowiowy.
Zalety: odporność na utlenianie, możliwość długotrwałego przechowywania, płaska powierzchnia, nadaje się do spawania styków z drobnymi szczelinami i elementów z małymi spoinami lutowniczymi. Preferowane płytki PCB z przyciskami (np. płytka telefonu komórkowego). Spawanie rozpływowe można powtarzać wielokrotnie bez znacznej utraty spawalności. Może być stosowany jako materiał bazowy do okablowania COB (Chip On Board).
Wady: wysoki koszt, słaba wytrzymałość spoiny, ze względu na zastosowanie procesu bez niklu galwanicznego, łatwe powstawanie czarnych plam. Warstwa niklu utlenia się z czasem, co stanowi problem w przypadku długotrwałej niezawodności.
5. Tonąca puszka
Ponieważ wszystkie dostępne luty są na bazie cyny, warstwa cyny może być dopasowana do dowolnego rodzaju lutu. Proces lutowania w topielu pozwala na tworzenie płaskich związków międzymetalicznych miedzi i cyny, co sprawia, że lutowanie w topielu jest równie dobre, jak lutowanie gorącym powietrzem, bez problemu z płaskością, jaki występuje przy lutowaniu gorącym powietrzem. Blachy cynowej nie można przechowywać zbyt długo, a montaż należy przeprowadzić zgodnie z kolejnością lutowania.
Zalety: Nadaje się do produkcji linii poziomych. Nadaje się do obróbki cienkich linii, nadaje się do spawania bezołowiowego, szczególnie nadaje się do technologii zaciskania. Bardzo dobra płaskość, nadaje się do montażu powierzchniowego SMT.
Wady: Wymagane są dobre warunki przechowywania, najlepiej nie dłuższe niż 6 miesięcy, aby kontrolować wzrost wąsów cynowych. Nie nadaje się do konstrukcji przełączników stykowych. W procesie produkcyjnym warstwa oporowa spawania jest stosunkowo wysoka, w przeciwnym razie może ona odpadać. W przypadku spawania wielokrotnego najlepsza jest ochrona gazowa N2. Problemem jest również pomiar elektryczny.
6. Tonące srebro
Proces srebrzenia to proces pośredni pomiędzy powłoką organiczną a bezprądowym niklowaniem/złoceniem. Jest on stosunkowo prosty i szybki. Nawet wystawione na działanie ciepła, wilgoci i zanieczyszczeń, srebro zachowuje dobrą spawalność, ale traci połysk. Srebrzenie nie ma tak dobrej wytrzymałości fizycznej jak bezprądowe niklowanie/złocenie, ponieważ pod warstwą srebra nie znajduje się nikiel.
Zalety: Prosty proces, nadaje się do spawania bezołowiowego, SMT. Bardzo płaska powierzchnia, niski koszt, nadaje się do bardzo cienkich linii.
Wady: Wysokie wymagania magazynowe, łatwość zanieczyszczenia. Wytrzymałość spawalnicza podatna na problemy (problem mikrownęk). Łatwo o zjawisko elektromigracji i zjawisko łączenia się miedzi pod warstwą oporową spawania. Pomiary elektryczne również stanowią problem.
7, chemiczny nikiel pallad
W porównaniu z wytrącaniem złota, między niklem a złotem znajduje się dodatkowa warstwa palladu, która zapobiega korozji spowodowanej reakcją wymiany i zapewnia pełne przygotowanie do wytrącania złota. Złoto jest ściśle pokryte palladem, co zapewnia dobrą powierzchnię styku.
Zalety: Nadaje się do spawania bezołowiowego. Bardzo płaska powierzchnia, odpowiednia do SMT. Otwory przelotowe mogą być również wykonane z niklu i złota. Długi czas przechowywania, niesprzyjające warunki przechowywania. Nadaje się do testów elektrycznych. Nadaje się do projektowania styków przełącznikowych. Nadaje się do łączenia przewodów aluminiowych, nadaje się do grubych blach, wysoka odporność na czynniki środowiskowe.
8. Galwanizacja twardego złota
Aby poprawić odporność produktu na zużycie, zwiększono liczbę wstawek i usunięć oraz zastosowano galwanizację twardego złota.
Zmiany w procesie obróbki powierzchni PCB nie są zbyt duże, wydają się być stosunkowo odległe, ale należy zauważyć, że długotrwałe, powolne zmiany doprowadzą do znaczących zmian. W obliczu rosnących potrzeb w zakresie ochrony środowiska, proces obróbki powierzchni PCB z pewnością ulegnie radykalnej zmianie w przyszłości.
Czas publikacji: 05.07.2023
