PCB-oppervlakteafwerkingen:HASL, OSP en ENIG

Bij het maken van oppervlakteafwerkingen voor printplaten (PCB's), kunt u kiezen uit organische of metalen materialen. Weten welke soorten oppervlakteafwerkingen er zijn, is eenvoudig genoeg, maar hoe bepaal je welke het beste voor uw printplaat? Ze hebben overeenkomsten, maar elk heeft zijn eigen voordelen, nadelen en technische overwegingen.

Als u zich afvraagt ​​hoe u de juiste afwerkingstechniek kiest, kan dit artikel u helpen meer te weten te komen over drie veelvoorkomende typen:Hot Air Solder Leveling (HASL), Organic Solderability Preservative (OSP) en Chemisch nikkel immersie goud (ENIG).

Het belang van uw PCB-oppervlakteafwerking

De oppervlakteafwerking die u voor uw PCB kiest, heeft een aanzienlijke invloed op de kwaliteit en bruikbaarheid binnen het moedergedeelte. De afwerking voorkomt dat de koperlaag van de PCB oxideert, wat anders de soldeerbaarheid zou verminderen. Door een afwerking aan te brengen, wordt het bord beschermd tegen oxideren voordat de componenten worden toegevoegd, zodat u de extra elementen naar behoefte kunt solderen.Omdat de elektrische verbindingen van de printplaat afhankelijk zijn van voldoende kopergeleiding, is het essentieel om oxidatie te voorkomen en de componenten indien nodig te hechten.

De keuze voor de juiste afwerking hangt af van verschillende factoren, zoals het afwerkingsproces, het ontwerp van de printplaat en de kwaliteit van het eindresultaat. Niet alle afwerkingstypes zijn geschikt voor elke printplaat. Hieronder vindt u een enkele kenmerken om in gedachten te houden bij het overwegen van de verschillende:

1. Soldeerbaarheid

Het vermijden van soldeerproblemen is essentieel voor het creëren van een PCB die zal werken zoals bedoeld. Gladde oppervlakken zijn nodig om een ​​verbinding te verzekeren die adequaat functioneert binnen de gegeven omgeving. Overweeg of de oppervlakteafwerking rechtstreeks kan worden gesoldeerd op het koper, zoals in het geval van dompeltin, of als het een gelaagde techniek is, zoals ENIG.

Een goede draadverbinding is ook cruciaal, aangezien verschillende metalen unieke fabricagetechnieken vereisen en zich zelfs in dezelfde omgevingen anders gedragen. Draden kunnen bestaan ​​uit materialen zoals aluminium, goud en koper, waarbij elke oppervlakteafwerking type dat wel of niet compatibel is met deze elementen.

2. Verwerkingstijd

Het verwerkingsvenster voor een specifieke afwerking kan groot of klein zijn - afwerkingen zoals HASL hebben grotere verwerkingsvensters.

Hoelang het proces duurt, hangt af van hoe complex de montage is. Sommige oppervlakteafwerkingen, zoals OSP, hebben beperkte thermische cycli en zijn niet bestand tegen talloze soldeerprocessen. Na een paar cycli is het verdwijnt en de printplaat verliest zijn bescherming tegen oxidatie. Een OSP-oppervlakteafwerking voor een printplaat kan echter tijdens de fabricage worden herwerkt. Hetzelfde geldt voor immersiezilver.

ENIG is een complexer afwerkingsproces en duurt langer om te voltooien, waardoor het wellicht beter kan worden gebruikt voor PCB-productielijnen die niet in korte tijd een groot aantal PCB's hoeven te produceren .

3. Betrouwbaarheid

Hoe goed is de gekozen oppervlakteafwerking bestand tegen de omgeving? Als uw printplaat aan specifieke betrouwbaarheidseisen moet voldoen, wilt u een afwerking die hieraan voldoet. de vele andere elementen die hier worden genoemd, moet u overwegen hoe hoog de faalkosten zullen zijn als de afwerking van de printplaat niet werkt zoals bedoeld en het oppervlak niet beschermt.

De IPC biedt een reeks normen in het kader van de TM-650 Test Methods Manual die verschillende manieren beschrijft om PCB's op betrouwbaarheid en kwaliteit te testen. Deze omvatten technieken zoals dimensionale verificatie, chemische weerstand, koperductiliteit en hoeveelheid signaalverlies. Bij één test worden chemicaliën zoals zwavelzuur en isopropanol gebruikt om de effecten te bepalen die deze stoffen hebben op diëlektrische PCB-materialen.

4. Corrosie

Sommige soorten oppervlakteafwerking, zoals zilver, kunnen kwetsbaarder zijn voor kruipcorrosie dan andere. Dit soort corrosie kan optreden bij vrijwel elk type afwerking dat u gebruikt, maar komt het meest voor bij immersiezilver Aangezien de corrosie van metalen elementen zich over het oppervlak van de printplaat verspreidt, kan dit kortsluiting veroorzaken als gevolg van interactie met aangrenzende elementen op het bord. Dit probleem komt vaker voor omdat loodvrije afwerkingen steeds vaker worden gebruikt, omdat lood bijzonder effectief was bij het bieden van weerstand tegen corrosie.

Kruipcorrosie komt ook vaker voor in vochtige, zwavelrijke omgevingen. Overweeg aan wat voor soort instellingen uw PCB's worden blootgesteld voordat ze zich op een bepaalde oppervlakteafwerking vestigen. De omgeving kan een grote rol spelen bij het bepalen van de levenscycli van uw producten.

Andere afwerkingen zoals onderdompelingstin zijn gevoelig voor het ontwikkelen van snorharen, hoewel anti-migratiemiddelen dit probleem kunnen verminderen.

Factoren die van invloed zijn op de afwerking van het PCB-oppervlak die u gebruikt

Een reeks factoren is van invloed op welk type PCB-afwerking u besluit te gebruiken. Het is essentieel om al deze factoren als een geïntegreerd geheel te beschouwen. PCB zal misschien niet uitkomen zoals bedoeld als u een kenmerk sterk prefereert boven de andere. U kunt bijvoorbeeld loodvrije HASL kiezen vanwege de kosteneffectiviteit, maar later beseffen dat de co-planariteit ervan ontbreekt in vergelijking met andere afwerkingsprocessen.

Hieronder staan ​​enkele cruciale componenten waarmee u rekening moet houden bij het onderzoeken van de verschillende oppervlakteafwerkingen van PCB's.

1. Kosten

Hoeveel u aan oppervlakteafwerking uitgeeft, wordt bepaald door het type dat u kiest. De kwaliteit van de afwerking is ook van invloed op de kosten. HASL-afwerkingen zijn goedkoper dan ENIG-types, maar ze voldoen misschien niet aan de precieze kwaliteit normen die u verwacht.

De prijs van het fabriceren van het bord zelf is ook van belang. Is er na de eerste fabricage ruimte in uw budget om geavanceerdere afwerkingsmethoden zoals ENIG te kiezen? PCB's voor industrieën zoals consumentenelektronica zijn beslist minder duur om te produceren, waardoor u duurdere afwerkingen kunt gebruiken voor resultaten van hogere kwaliteit.

2. Volume

Het productievolume kan een aanzienlijke invloed hebben op het type oppervlakteafwerking dat u gebruikt. Een oppervlakteafwerking die bestaat uit onderdompelingstin zal bijvoorbeeld snel dof worden nadat het op de koperen printplaat is aangebracht. Het aantal PCB's kan aantasting helpen voorkomen. Als je een kleine batch hebt, is het misschien beter om te kiezen voor een afwerking zoals immersiezilver.

3. Cosmetica

Processen zoals HASL en OSP bieden doorgaans een betere esthetische waarde dan ENIG, een ander onderdeel dat van invloed kan zijn op de soort die u kiest. Heeft u een glanzend oppervlak nodig dat minder vatbaar is voor kruipcorrosie, snorharen en soortgelijke problemen? Misschien wilt u het gebruik van materialen zoals zilver en tin vermijden en andere opties kiezen die minder snel significante corrosie veroorzaken.

Soorten PCB-oppervlakteafwerkingen

Hoewel er veel soorten PCB-oppervlakteafwerkingen bestaan, bespreken we hier drie bekende:HASL, OSP en ENIG.

1. HASL en loodvrije HASL

Een HASL-oppervlakteafwerking biedt een hoogwaardige soldeerbaarheid en is geschikt voor meerdere thermische cycli, terwijl het ook een van de meer betaalbare opties is. Het diende ooit als de industriestandaard, hoewel normen onder de beperking van gevaarlijke stoffen (RoHS) hebben ertoe geleid dat HASL niet meer voldoet aan de eisen. Op zijn beurt is loodvrij HASL de meer acceptabele optie geworden in termen van de gevolgen voor het milieu en de gezondheid. Hoewel HASL een lange geschiedenis heeft in de industrie en bekend is onder ingenieurs, is lood -gratis HASL is veiliger in gebruik en past beter bij de behoeften van richtlijnen zoals RoHS.

HASL-afwerkingen worden gemaakt door het bord in een tin en lood of tin en nikkelsoldeer te dompelen en het daar een tijdje vast te houden. Zodra de PCB is verwijderd, worden hete luchtstoten, luchtmessen genoemd, verwijderd de overtollige afwerking HASL-afwerking zorgt voor een groot verwerkingsvenster, maar verschillende factoren kunnen de gelijkmatigheid en dus de soldeerbaarheid beïnvloeden. De hoek van de luchtmessen, de luchtdruk en de snelheid van het in- en verwijderen van de printplaat uit het soldeer hebben allemaal invloed de kwaliteit van de afwerking.

U vindt HAL- en loodvrije HASL-oppervlakken die worden gebruikt voor toepassingen zoals:

• Elektrische testen: HASL-afwerkingen bieden automatische bescherming voor de testpads en via's tijdens het elektrisch testen van de printplaten.
• Handsolderen: HASL-afwerkingen zijn een geschikte optie voor handmatige soldeerprocessen, omdat de verbindingen gemakkelijk te vormen zijn.
• Hoogwaardige elektronica: HASL is vaak een uitstekende keuze voor hoogwaardige en zeer betrouwbare toepassingen, zoals ruimtevaart en militaire apparaten, vanwege het vermogen om sterke verbindingen te vormen.

2. OSP

Een OSP-oppervlakteafwerking is een voorbeeld van een organische PCB-afwerking. Er zijn geen gifstoffen in het proces betrokken, waardoor het milieuvriendelijk is en toch zijn beschermende en corrosiewerende eigenschappen behoudt. afwezigheid van schadelijke chemicaliën, zijn OSP-platen ook RoHS-compatibel. Deze afwerking op waterbasis biedt een vlak oppervlak voor het bevestigen van extra PCB-componenten, en net als het HASL-proces is het kosteneffectief.

OSP kan worden gebruikt als een effectieve vervanging voor loodvrij HASL vanwege zijn co-planariteit. Als u een PCB-oppervlakteafwerking nodig heeft die voldoende vlakheid biedt en tegelijkertijd een eenvoudig fabricageproces biedt, biedt OSP is misschien wel de beste keuze.

Het aanbrengen van een OSP-oppervlakteafwerking op een PCB omvat meestal een chemische methode op transportband of een verticale dompeltank. Het proces ziet er over het algemeen als volgt uit, met spoelingen tussen elke stap:

1. Schoonmaken: Het koperen oppervlak van de printplaat is ontdaan van olie, vingerafdrukken en andere verontreinigingen die de vlakheid van de aangebrachte afwerking kunnen aantasten.
2. Topografieverbetering: Het blootgestelde koperen oppervlak ondergaat micro-etsing om de binding tussen het bord en de OSP te vergroten. Dit proces vermindert ook de oxidatie. Om voldoende laagdikte te bereiken, moet de micro-etsing op een constante snelheid worden gehouden.
3. Zuurspoeling: De PCB ondergaat een zure spoeling in een zwavelzuuroplossing.
4. OSP-toepassing: Op dit punt in het proces wordt de OSP-oplossing op de PCB aangebracht.
5. Deïonisatiespoeling: De OSP-oplossing is doordrenkt met ionen om gemakkelijke verwijdering tijdens het solderen mogelijk te maken. Deze spoeling moet worden gebruikt voordat conserveermiddelen worden opgebouwd om aanslag door de aanwezigheid van andere ionen in de OSP-oplossing te voorkomen.
6. Droog: Nadat de OSP-afwerking is aangebracht, moet de PCB worden gedroogd.

OSP biedt een eenvoudig en betaalbaar proces, maar het is ook belangrijk om in gedachten te houden dat het extreem gevoelig is voor gebruik en gemakkelijk krassen kan vasthouden, wat de soldeerbaarheid kan verminderen. Bovendien is de houdbaarheid korter dan die van ENIG of HASL.

Veelgebruikte toepassingen voor OSP zijn onder meer:

• Fijne pitch-apparaten: Deze afwerking kan het beste worden toegepast op apparaten met een fijne toonhoogte vanwege het ontbreken van co-planaire kussens of oneffen oppervlakken.
• Serverborden: Het gebruik van OSP varieert van low-end applicaties tot hoogfrequente serverkaarten. Deze grote variatie in bruikbaarheid maakt hem geschikt voor tal van toepassingen. Het wordt ook vaak gebruikt voor selectieve afwerking.
• Surface Mount-technologie (SMT): OSP werkt goed voor SMT-assemblage, voor wanneer u een component rechtstreeks op het oppervlak van een PCB moet bevestigen.

3. ENIG

Ondanks de hogere prijs van ENIG-oppervlakteafwerking, heeft het een hoog slagingspercentage voor het produceren van producten van hoge kwaliteit. Het is bestand tegen meerdere thermische cycli, vertoont een uitstekende soldeerbaarheid en is een geschikte optie voor draad Zoals de naam al doet vermoeden, bestaat het uit twee coatinglagen:nikkel en goud. Het nikkel beschermt de koperen basislaag en maakt een veilige bevestiging van elektrische componenten mogelijk, terwijl het goud dient als anticorrosiemaatregel voor het nikkel.

ENIG kan worden gebruikt in situaties waar krappe toleranties vereist zijn voor PCB-elementen zoals geplateerde gaten, omdat HASL hiervoor niet zo effectief is. Net als OSP biedt het uitstekende vlakheid en is het ideaal voor fijne steek apparaten.

Voor het aanbrengen van de ENIG-coating moet nikkel worden afgezet op een koperoppervlak dat is gekatalyseerd met palladium. De fase van onderdompeling in goud zorgt ervoor dat het goud door middel van een moleculaire uitwisseling aan het nikkel hecht. ENIG is vergelijkbaar met OSP in de opname van micro-etsen en spoelen tussen elke fase - het proces omvat deze stappen:

1. Schoonmaken.
2. Micro-etsen.
3. Pre-dippen.
4. De activator toepassen.
5. Na het dippen.
6. Het stroomloze nikkel aanbrengen.
7. Het onderdompelingsgoud aanbrengen.

Standaardtoepassingen voor een ENIG-oppervlakteafwerking zijn onder meer:

• Complexe oppervlaktecomponenten: Vanwege het vlakke oppervlak is dit type afwerking de beste keuze voor complexe PCB-componenten die gladde oppervlakken vereisen, zoals ball grid arrays (BGA's) of quad flat packages (QFP's).
• Draadverbinding: ENIG-afwerkingen zorgen voor minimale draadbinding voor aluminiumdraden, hoewel ze niet compatibel zijn met goud.
• Toepassingen met hoge betrouwbaarheid: U zult ENIG-oppervlakteafwerkingen vaak vinden die worden gebruikt voor PCB's in industrieën zoals ruimtevaart, militaire, medische en high-end consumenten. Door zijn kwaliteit is het geschikt voor toepassingen waar precisie en duurzaamheid essentieel zijn.

Neem contact op met Millennium Circuits Limited voor meer informatie over PCB-oppervlakteafwerkingen

Met zoveel oppervlakteafwerkingen om uit te kiezen, kan het overweldigend zijn om erachter te komen welke het beste is voor uw gewenste toepassing. Gelukkig kan Millennium Circuits Unlimited u gedurende het hele proces bijstaan.

MCL is een leverancier van printplaten die zowel kleine als grote hoeveelheden PCB's levert aan consumenten over de hele wereld. Als ISO-9001-gecertificeerd PCB-bedrijf hebben we jarenlange expertise op het gebied van printplaten. printplaten en al hun fijne kneepjes. Omdat PCB's en PCB-accessoires alles zijn wat we doen, hebben we de kennis om u te helpen met alle vragen of zorgen die u heeft met betrekking tot deze vorm van technologie.

Als u meer informatie wilt over de oppervlakteafwerkingen van PCB's en uw beschikbare keuzes wilt ontdekken, neem dan vandaag nog contact met ons op door ons formulier in te vullen of ons te bellen op 717-558-5975.