PCB Surface Finish Ultimate Guide- Hoe de meest geschikte te kiezen

PCB-oppervlakteafwerking - Een van de meest kritische aspecten van de printplaat (PCB) is de oppervlakteafwerking. De toegepaste afwerking in PCB bepaalt zowel de werkzaamheid als de levensduur. Maar met heel wat opties beschikbaar, hoe kies je de ideale? Lees verder om erachter te komen.

1. PCB-oppervlakteafwerking —Wat is PCB-oppervlakteafwerking?

Een PCB-oppervlakteafwerking is de coating tussen de kale printplaat en een component. PCB's hebben koperen afwerkingen die gevoelig zijn voor oxidatie en verslechtering als ze niet worden beschermd. Hiertoe wordt het noodzakelijk om afwerking toe te passen voor twee cruciale doeleinden:

• Om het koperen oppervlak en de circuits te beschermen

• Om het oppervlak klaar te maken voor het solderen van bijbehorende componenten tijdens de montage

Laten we nu eens kijken naar de specifieke oppervlaktebehandelingen en de verschillen daartussen.

2. PCB-oppervlakteafwerking —7 soorten PCB-oppervlakteafwerking en vergelijking

Er zijn zeven soorten PCB-oppervlakteafwerkingen, en elk heeft zijn voordelen en tekortkomingen:

• Heteluchtsolderen nivelleren (HASL)

HASL is de meest voorkomende oppervlakteafwerking. Het is ook het voordeligst. Het applicatieproces omvat het dompelen van de printplaat in een oplossing van gesmolten soldeer en het afblazen van het residu met een heteluchtmes. De resolutie van gesmolten soldeer is gemaakt van lood- en tinlegeringen.

Voordelen

Het belangrijkste voordeel van HASL-oppervlakteafwerking is dat het economisch is. Andere voordelen zijn:

• Het zorgt voor een groter verwerkingsvenster
• Het is van toepassing op een breed scala aan PCB's
• Het zorgt voor een uitstekende soldeerbaarheid

Nadelen

Zoals vermeld, houdt deze oppervlakteafwerking in dat de plaat wordt ondergedompeld in een oplossing van gesmolten soldeer bestaande uit lood en tin. Het maakt het ongeschikt voor panelen die RoHS-conformiteit vereisen. Deze tekortkoming houdt verband met andere nadelen, waaronder:

• Er is een verschil in dikte tussen grote en kleine pads
• Is niet geschikt voor HDI-producten
• Het veroorzaakt overbrugging op fijne toonhoogte
• Het is niet geschikt voor BGA's en SMD's met een diameter van minder dan 20 mil
• Loodvrije HASL

Loodvrij HASL is de meest populaire oppervlakteafwerking die tegenwoordig op PCB's wordt gebruikt. Het wordt aangebracht door de printplaat onder te dompelen in een gesmolten legeringslood, of tinlegeringslood of tinlegeringslood of tinlegering, die ervoor zorgt dat het volledige oppervlak wordt bedekt. Luchtmessen worden vervolgens gebruikt om het residu af te blazen voor een gelijkmatige coating.

Voordelen

Een van de belangrijkste voordelen van loodvrije HASL is dat het potentiële delaminatieproblemen blootstelt door de PCB bloot te stellen aan temperaturen van ongeveer 2650C. Andere voordelen zijn:

• Is overal verkrijgbaar
• Het is milieuvriendelijk
• Zorgt voor duurzaamheid
• Het is herbruikbaar
• Het is betaalbaar

Nadelen

• Kan een thermische schok veroorzaken
• Dit kan resulteren in oneffen oppervlakken
• Is niet ideaal voor fijne pitching
• Het kan soldeer overbruggen
• Het vermindert PTH (doorgeplugde gaten)
• Onderdompelingsblik (ISN)

Immersion Tin is de ideale oppervlakteafwerking voor producten met een fijne pitch, planar, backplanes en press fit. ISN wordt toegepast door een chemische verplaatsingsreactie op gang te brengen met het koperen oppervlak van de printplaat.

PCB-oppervlakteafwerking – voordelen

Dompelblik heeft een breed scala aan voordelen die veel groter zijn dan de tekortkomingen. Ze omvatten:

• creëert een egaal oppervlak, in tegenstelling tot loodvrije HASL
• Het kan worden herwerkt
• Het kan worden vervangen door opnieuw gevloeid soldeer
• Is zeer betrouwbaar
• Het is ideaal voor een breed scala aan PCB's

Nadelen

Tin en koper hebben een sterke affiniteit met elkaar. Het betekent dat de diffusie van een van deze metalen in de andere onvermijdelijk is. Het resultaat is een kortere houdbaarheid in vergelijking met de meeste andere PCB-oppervlakken. Het kan ook de prestaties van de PCB beperken. Het is zijn belangrijkste tekortkoming. Andere tekortkomingen zijn onder meer:

• niet ideaal voor PTH
• Kan worden herwerkt, maar in beperkte mate vanwege de korte houdbaarheid
• Het resulteert in tinwhiskers
• Kan het soldeermasker beschadigen
• Het is moeilijk te hanteren en kan leiden tot een breed scala aan schade
• Het kan ongezond zijn voor handlers omdat het een kankerverwekkende stof bevat die bekend staat als Thoreau

Kosten van onderdompelingsblik

• Immersion Zilver (IAG)

Immersion Silver is enorm populair sinds de WEEE- en RoHS-richtlijn werd aangenomen. Het wordt om verschillende redenen als een uitstekend alternatief voor ENIG beschouwd, waarvan de belangrijkste is dat het ideaal is voor fijne pek. Immersiezilver wordt voornamelijk gebruikt voor aluminiumdraadverbindingen, membraanschakelaars en EMI-afscherming.

Voordelen

Een van de belangrijkste voordelen van immersiezilver is dat het OSP bevat, wat aanslag voorkomt. Dit maakt het echter ook noodzakelijk dat de PCB onmiddellijk na het aanbrengen wordt verpakt, aangezien OSP gevoelig is voor verontreinigingen op de printplaat. Voordelen van immersiezilver zijn onder meer:
Het voldoet aan de RoHS-richtlijnen en -vereisten

• Geschikt voor fijne toonhoogte
• De matige houdbaarheid van ongeveer 12 maanden
• Zeer stabiel in vergelijking met andere oppervlakteafwerkingen
• Ideaal voor planair
• Het is betaalbaar en kosteneffectief

PCB-oppervlakteafwerking - nadelen

Zoals eerder vermeld, maakt de aanwezigheid van OSP immersiezilver vatbaar voor aanslag, wat de belangrijkste tekortkoming is. Andere tekortkomingen zijn onder meer:

• Het kan resulteren in zilveren snorharen
• Het is niet geschikt voor compliant-pin-interactie omdat het een hoge fractiecoëfficiënt heeft
• Sommige van zijn systemen kunnen niet in beeldverhoudingen van 1:1 micro-vias gooien
• Electroless nikkel immersie goud (ENIG)
  

Chemische onderdompeling in nikkel wordt snel populair in de PCB-industrie omdat het veel van de belangrijke tekortkomingen overwint die verband houden met andere oppervlakteafwerkingen. ENIG heeft een aanvraagproces in twee delen. Eerst wordt een nikkellaag aangebracht om zowel als barrière tegen het koper te dienen als als een geschikt oppervlak waarop componenten kunnen worden gesoldeerd. Een andere laag goud wordt vervolgens gebruikt om de nikkellaag te beschermen gedurende de tijd dat het bord in opslag is.

PCB-oppervlakteafwerking – voordelen

Het belangrijkste voordeel van ENIG is dat het ideaal is voor de nieuwe en opkomende generatie van complexe oppervlaktecomponenten, waaronder flip-chips en BGA's; andere oppervlakteafwerkingen hebben tekortkomingen die hun toepassing in deze nieuwe platen beperken. Andere voordelen zijn:

• Is ideaal voor vlakke oppervlakken omdat de lagen nikkel en goud zo dun en gelijkmatig zijn
• Het bevat geen lood
• Ideaal voor PTH's
• Het is lang houdbaar

Nadelen

houghAlhoewelHoewel ENIG een lange houdbaarheid heeft, is het ook in verband gebracht met het 'black pad-syndroom', een veelvoorkomend probleem dat leidt tot de ophoping van fosfor tussen de lagen nikkel en goud, wat resulteert in breuken en defecte bordverbindingen. Het enige andere grote nadeel is dat het niet ideaal is om te herwerken.

• Nikkel Palladium (ENEPIG)

Nikkel Palladium (ENEPIG) PCB-oppervlakteafwerking is een upgrade van ENIG. In ENIG is aangetoond dat immersiegoud de nikkellaag vernietigt. ENEPIG introduceert een laag plating palladium tussen de lagen goud en nikkel.

Voordelen

ENEPIG wordt de 'universele afwerking' genoemd omdat het van toepassing is op veel moderne, zeer geavanceerde platen met meerdere oppervlaktepakketten. Het wordt geleverd met een reeks voordelen, waaronder:

• Het zorgt voor een plat oppervlak.
• Eenvoudig te verwerken
• Het heeft geen toxisch effect op de huid.
• Het bevat geen lood.
• Ideaal voor meerdere reflow-cycli
• Het is zeer compatibel met Sn-Ag-Cu-soldeersels.
• Het is lang houdbaar.

Nadelen

• Het resulteert vaak in het optreden van een zwarte pad
• Het vermindert de betrouwbaarheid van de soldeerverbinding
• De palladiumlaag is te dik om de soldeerbaarheid te ondersteunen
• Duurt langer om nat te worden in vergelijking met andere oppervlakteafwerkingen
• Het wordt beïnvloed door plateringsomstandigheden
• Het is duur in vergelijking met de meeste andere oppervlakteafwerkingen
  OSP (Organic Soldeerbaarheid Conserveermiddel)

OSP is een organische oppervlakteafwerking op waterbasis. Het is selectief in zijn binding met koper en maakt de print ook soldeerbaar.

PCB-oppervlakteafwerking – voordelen

OSP-oppervlakteafwerking valt op door zijn milieuvriendelijkheid, omdat het organisch en op waterbasis is. Het maakt het ook gemakkelijk aan te brengen en het proces is relatief kort en eenvoudig in vergelijking met andere oppervlakteafwerkingen. De voordelen zijn onder meer:

• Biedt een gelijkmatig, co-planair oppervlak
• Vereist weinig onderhoud aan apparatuur
• Het bevat geen lood
• Het is te repareren

Nadelen

OSP is biologisch en op waterbasis, waardoor het vrij gevoelig is voor beschadigingen bij het hanteren. Het is gekoppeld aan verschillende andere tekortkomingen:

• Het heeft een korte houdbaarheid

• Het is verschrikkelijk voor PTH

PCB-oppervlakteafwerking - Hoe u PCB-oppervlakteafwerkingen kiest

De verschillen in dit soort PCB-oppervlakteafwerkingen maken ze geschikt en ongeschikt voor specifieke toepassingen. Hiertoe moet iedereen die de ideale oppervlakteafwerking wil toepassen, rekening houden met verschillende factoren:

• PCB-oppervlakte-afwerking - vlakheid van kussen

Zoals meermaals vermeld, resulteren sommige oppervlakteafwerkingen in ongelijke oppervlakken die de prestaties, soldeerbaarheid en andere factoren kunnen belemmeren. Als vlakheid een belangrijke factor is, overweeg dan oppervlakteafwerkingen met dunne, gelijkmatige lagen. Geschikte opties zijn in dit geval ENIG, ENEPIG en OSP.

• Soldeerbaarheid en bevochtigbaarheid

Soldeerbaarheid is altijd een cruciale factor bij het werken met PCB's. Het is aangetoond dat specifieke oppervlakteafwerkingen zoals OSP en ENEPIG de soldeerbaarheid belemmeren, terwijl andere, zoals HASL, hier ideaal voor zijn.

• Gouden of aluminium draadverlijming

Als uw PCB goud- of aluminiumdraadverlijming vereist, zijn uw opties mogelijk beperkt tot ENIG en ENEPIG.

• Opslagvoorwaarden

Zoals vermeld, maken sommige oppervlakteafwerkingen zoals OSP PCB's kwetsbaar bij het hanteren, terwijl andere de duurzaamheid verbeteren. Het moet van tevoren worden overwogen bij het in overweging nemen van opslag- en hanteringsvereisten. Alleen wanneer aan risicovrije opslag- en behandelingsvereisten kan worden voldaan, mogen oppervlakteafwerkingen worden toegepast die PCB's kwetsbaar maken.

• Soldeercycli

Hoe vaak wordt de PCB gesoldeerd en opnieuw bewerkt? Zoals getoond, zijn veel oppervlakteafwerkingen ideaal voor nabewerking. Andere, zoals dompelblikjes, zijn echter niet ideaal voor nabewerking.

• PCB-oppervlakteafwerking – RoHS-conformiteit

RoHS-conformiteit is cruciaal bij het bepalen van de bijbehorende oppervlakteafwerking. Gewoonlijk zijn alle oppervlakteafwerkingen die gebruik maken van lood niet geschikt voor RoHS-conformiteit en moeten ze worden vermeden.

Conclusie

Zoals geschetst, heeft elk type oppervlakteafwerking unieke elementen die het onderscheiden van de rest. Deze elementen maken deze afwerkingen zowel geschikt als ongeschikt voor specifieke toepassingen, en de ideale optie hangt uiteindelijk af van de samenstelling van de printplaat.

Bij WellPCB hebben we ruime ervaring met printplaten en oppervlakteafwerkingen. Neem contact op voor meer informatie over de verschillende soorten PCB-oppervlakken en meer! We helpen je graag met het bedenken van de ideale oppervlakteafwerking voor je printplaat.