8 Typowe wykończenia powierzchni PCB: Jak wybrać odpowiedni?

Wykończenie powierzchni PCB to powłoka lub obróbka stosowana na odsłoniętych ścieżkach miedzianych i podkładkach płytki drukowanej. Odgrywa kluczową rolę w funkcjonalności i żywotności PCB. Ten przewodnik zawiera przegląd 8 główne wykończenia powierzchni PCB, w tym ich zalety, ograniczenia i zastosowania. Dodatkowo, podajemy kluczowe kwestie dotyczące wyboru właściwej obróbki powierzchni PCB dla Twoich płytek. Czytajmy dalej.

Dlaczego wykończenie powierzchni PCB jest konieczne?

Nakładanie wykończeń powierzchni PCB w Produkcja PCB ma kluczowe znaczenie dla ochrony śladów miedzi przed utlenianiem i zanieczyszczeniami środowiskowymi, które pogarszają wydajność. Te wykończenia powierzchni PCB chronią przed wilgocią, pył, chemikalia, i ekstremalne temperatury, zapobiegając penetracji i korozji Materiał PCB. Pomagają również w skutecznym lutowaniu i przyczepności podczas montażu, poprawiając przewodność cieplną i elektryczną w celu uzyskania lepszej wydajności obwodu. Właściwe wykończenie wydłuża żywotność płytki PCB, zmniejszając jej ścieranie, zapobiegając gromadzeniu się nalotu, i przeciwdziałanie rozwojowi dendrytów, które mogłyby powodować zwarcia. Ogólny, wykończenia powierzchni są istotne zarówno pod względem produkcji, jak i funkcjonalności, zachowując lutowność, ograniczenie szkód dla środowiska, i zapewnienie płynnej produkcji dla określonych zastosowań.

8 Rodzaje wykończeń powierzchni PCB

1. HASL

Poziomowanie lutu na gorące powietrze (HASL) jest jednym z najpopularniejszych wykończeń powierzchni PCB ze względu na niski koszt i możliwość lutowania. Proces HASL polega na zanurzeniu płytki PCB w ciekłym lutowiu, następnie za pomocą noży na gorące powietrze wyrównać powierzchnię. Choć niedrogie i dostępne, HASL ma pewne ograniczenia. Nierówna topografia może powodować problemy z małymi elementy do montażu powierzchniowego pod 0805 rozmiar opakowania lub układy BGA o drobnej podziałce(układy siatki kulkowej). Mostkowanie pomiędzy podkładkami stanowi również ryzyko w przypadku płytek połączeniowych o dużej gęstości. Ponadto, standardowy HASL cyna-ołów zawiera ołów, więc nie jest zgodny z przepisami RoHS. Bezołowiowy HASL jest opcją, ale wiąże się z wyższymi kosztami.

Do płyt zawierających głównie części z otworami przelotowymi lub do montażu na dużych powierzchniach, HASL pozostaje dobrym, ekonomicznym wyborem. Jednak do desek z bardzo drobnymi komponentami, gęste trasowanie, i wymagania dotyczące zawartości ołowiu, inne wykończenia mogą być preferowane.

2. Bezołowiowy HASL

Bezołowiowa poziomica lutownicza na gorące powietrze (HASL) wykorzystuje cynę i miedź, cyna-nikiel, lub stopy cyny, miedzi i niklu zamiast standardowego lutowia cynowo-ołowiowego. Dzięki temu jest to ekonomiczna opcja zgodna z dyrektywą RoHS. jednak, jak tradycyjny HASL, nadal ma nierówną topografię, która może powodować problemy w przypadku montażu na małych powierzchniach.

Do desek o dużej gęstości i drobniejszej podziałce, powłoki zanurzeniowe mogą być lepszym wyborem pomimo ich nieco wyższego kosztu. Równomierne osadzanie się dzięki wykończeniom zanurzeniowym pomaga zapobiegać mostkowaniu i innym defektom na płytach z drobnymi elementami chipowymi lub siatkami kulkowymi.

Ogólnie, bezołowiowy HASL zapewnia opłacalność lutowania w połączeniu z zgodnością z przepisami. Jednak w niektórych zastosowaniach o małych rozmiarach opakowań lub drobnych elementach można skorzystać z lepszej równości powierzchni w przypadku wykończeń zanurzeniowych.

3. ZGODZIĆ SIĘ

Bezprądowe złoto na niklu (ZGODZIĆ SIĘ) to obróbka powierzchni PCB, która składa się z warstwy niklowania pokrytej cienką warstwą złota. To połączenie zapewnia trwałość, wykończenie odporne na korozję z wydłużonym okresem trwałości obejmującym lata.

Proces osadzania zanurzeniowego tworzy jednolitą, płaską powierzchnię, dobrze nadającą się do układania płyt dobry smoczek składniki, BGA, i małe pakiety chipów. ENIG umożliwia także łączenie przewodów. jednak, ma wyższą cenę w porównaniu z innymi wykończeniami.

Potencjalne problemy, na które należy zwrócić uwagę w przypadku ENIG, to tworzenie się czarnych podkładek pod pakietami BGA i agresywne trawienie maski lutowniczej, co może wymagać większych zapór maski. W przypadku tego wykończenia należy również unikać układów BGA w pełni zdefiniowanych przez maskę lutowniczą.

4. ENEPIG

Bezprądowe nikiel, bezprądowe, palladowe złoto zanurzeniowe (ENEPIG) to wielowarstwowe wykończenie powierzchni PCB, które zostało wprowadzone po raz pierwszy w latach 90-tych. Składa się z kolejnych powłok niklowych, paladium, i złoto. Chociaż początkowo nie był powszechnie stosowany ze względu na wysoki koszt palladu, W ostatnich latach zainteresowanie projektem ENEPIG zostało wznowione.

To wykończenie zapewnia lutowność porównywalną z wykończeniami takimi jak ENIG i srebro zanurzeniowe, wraz z doskonałą odpornością na korozję i wydłużonym okresem trwałości 12 miesiące. Jednorodne osadzanie metalu zapewnia płaskie wykończenie powierzchni, idealne w przypadku płyt o dużej gęstości i drobnych elementach. ENEPIG można również łączyć drutem.

Potencjalne wady to nadal wyższy koszt w porównaniu z innymi powszechnymi wykończeniami i pewne ograniczenia w możliwości ponownej obróbki. Należy również wziąć pod uwagę zgodność z procesami produkcyjnymi. jednak, do płyt wymagających trwałości, zdolność wiązania, i lutowność, ENEPIG może zasługiwać na rozważenie pomimo wyższej ceny.

5. Twarde złoto

Twarde złocenie jest jednym z najtrwalszych wykończeń płytek PCB, o typowych grubościach 30-50 mikrocale złota osadzone 100 mikrocale niklu. Zapewnia doskonałą odporność na zużycie komponentów o częstych cyklach łączenia, takich jak złącza. jednak, twarde złoto jest również jednym z najdroższych wykończeń.

Ze względu na ograniczoną zdolność lutowania, twarde złoto znajduje rzadkie zastosowanie w połączeniach lutowanych. Typowe zastosowania obejmują złącza krawędziowe, styki baterii, i punkty testowe na płytkach prototypowych. Twardość i trwałość sprawiają, że dobrze nadaje się do tych zastosowań pomimo wysokich kosztów.

Zaletami twardego złocenia jest długa żywotność, kompatybilność bezołowiowa, i odporność na korozję. Wady obejmują wyższą cenę i często wymagane dodatkowe etapy przetwarzania, takie jak poszycie autobusów.

6. Srebro zanurzeniowe

Srebro immersyjne to bezołowiowe wykończenie PCB, które nie utlenia miedzi jak wykończenia na bazie cyny. Jeszcze, narażenie na działanie powietrza często prowadzi do jego zmatowienia. Aby zachować lutowność, PCB zanurzeniowe ze srebrem wymagają opakowania ochronnego i mają krótki okres przydatności do spożycia 6-12 miesiące. Po wyjęciu z opakowania, deski należy poddać lutowaniu w ciągu jednego dnia, zanim wykończenie ulegnie degradacji.

Proces osadzania zanurzeniowego zapewnia doskonałą płaskość powierzchni płyt z elementami o drobnej podziałce lub siatkami kulkowymi. Srebro immersyjne jest również tańsze w porównaniu z wykończeniami na bazie złota. jednak, ryzyko związane z obsługą i narażeniem oznacza, że ​​monterzy muszą pracować szybko po rozpakowaniu desek. Należy unikać masek zdzieranych, aby zapobiec uszkodzeniu wykończenia.

7. Cyna zanurzeniowa

Puszka zanurzeniowa, bezołowiowe wykończenie powierzchni płytek PCB, realizowany jest przy użyciu techniki osadzania chemicznego. Zapewnia cienką, jednolitą powłokę cyny na ścieżkach miedzianych. Płaska topografia cyny zanurzeniowej sprawia, że ​​dobrze nadaje się ona do płyt z drobnymi składnikami podziałki, układy siatki kulkowej, i inne mocowania na małych powierzchniach. Jako ekonomiczna powłoka zanurzeniowa, cyna ma wady. Z biegiem czasu może się utleniać, obniżenie lutowalności. Aby zapewnić jakość połączeń lutowanych, montaż powinien nastąpić wewnątrz 30 dni platerowania. Produkcja wielkoseryjna może to złagodzić, ale mniejsze ilości mogą wymagać bardziej trwałego wykończenia, takiego jak srebro zanurzeniowe.

Wymagana jest ostrożna obsługa, ponieważ puszka zanurzeniowa jest wrażliwa na ryzyko zanieczyszczenia i wzrostu wąsów. Wytrawia także maskę lutowniczą i ogranicza użycie masek zdzieranych. jednak, do niedrogich płyt ołowiowych lub bezołowiowych z szybkim montażem, Cyna zanurzeniowa może zapewnić niezawodną lutowność.

8. OSP

Organiczne środki konserwujące lutowność (OSP) chronią miedziane powierzchnie płytek drukowanych poprzez nałożenie cienkiej powłoki organicznej. Ta warstwa OSP jest nakładana w zautomatyzowanym procesie, takim jak zanurzanie lub natryskiwanie. Zapobiega utlenianiu miedzi przed lutowaniem.

Folie OSP są bardzo cienkie, w zakresie 0.05 do 0.2 mikronów, więc grubości nie można zmierzyć bezpośrednio. Zapewniają tymczasową ochronę z typowym terminem przydatności do spożycia 3-6 miesiące. W porównaniu do wykończeń metalicznych, OSP mają minimalny wpływ na środowisko. jednak, wymagają ostrożnego obchodzenia się, aby uniknąć uszkodzenia powłoki.

Do zalet OSP należy niski koszt, proste dodanie procesu, możliwość przeróbki, i kompatybilność bezołowiowa. Wadą jest krótki termin przydatności do spożycia, niemożność zabezpieczenia platerowanych otworów przelotowych, oraz potencjalne problemy związane z automatyczną inspekcją optyczną.

Jak wybrać odpowiednie wykończenie powierzchni PCB?

Poniżej podajemy kilka kluczowych kwestii, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze wykończenia powierzchni płytki drukowanej dla projektu PCB:

Solderability – The ability of the finish to be wetted by solder during assembly, jest ważne dla zapewnienia dobrej niezawodności połączenia lutowanego.

Shelf Life – It refers to how long the finish can maintain solderability before oxidation occurs., co ma kluczowe znaczenie dla konserwacji PCB przez dłuższy czas.

Wydajność cykli termicznych - wykończenie powierzchni powinno być w stanie wytrzymać powtarzające się cykle ogrzewania i chłodzenia podczas pracy bez pękania lub degradacji. Jest to ważne w przypadku produktów, które w swoim docelowym środowisku będą poddawane wahaniom temperatury i naprężeniom termicznym.

Wear Resistance – The ideal surface finish will resist wearing off or degrading during handling, montaż, łączenie złączy, lub inne procesy mechaniczne.

Cost – The material and processing costs can vary substantially for different surface finishes, dlatego budżet musi być zrównoważony z wymaganiami dotyczącymi wydajności.

Lead-free Compatibility – If lead-free solder alloys will be used, wykończenie powierzchni musi być kompatybilne i zwilżalne lutami bezołowiowymi.

Environmental Regulations – The surface finish must comply with any legislative restrictions on use of hazardous substances, takich jak dyrektywa RoHS w Europie.

Ostatnie słowa

Wybór najlepszego wykończenia powierzchni PCB dla Twojego produktu wymaga oceny wielu czynników. Jeśli nadal zastanawiasz się nad idealnym wykończeniem powierzchni PCB dla swojego następnego projektu, skontaktuj się z nami. Pomożemy Ci dokonać właściwego wyboru. Dzięki prawie dwudziestoletniemu doświadczeniu w produkcji płytek PCB dla wiodących marek technologicznych w różnych branżach na całym świecie, nasza firma rozwinęła znaczną biegłość w produkcji i montażu płytek PCB, z wykorzystaniem szerokiej gamy technik uszlachetniania powierzchni.