Ultieme Gids Voor PCB-Oppervlakteafwerkingen: Hoe De Beste Optie Te Kiezen

PCB-Oppervlakteafwerking—Eén van de meest kritieke aspecten van de Printplaat (PCB) is de oppervlakteafwerking. De afwerking die op de PCB wordt aangebracht, bepaalt de effectiviteit en levensduur. Maar met een aantal opties beschikbaar, hoe kiest u de ideale? Lees verder om te ontdekken.

1. PCB-Oppervlakteafwerking—Wat Is PCB-Oppervlakteafwerking?

Een PCB-oppervlakteafwerking is de coating tussen de kaale printplaat en een component. PCB's hebben koperafwerkingen die gevoelig zijn voor oxidatie en achteruitgang als ze onbeschermd blijven. Daartoe wordt het noodzakelijk om afwerking toe te passen voor twee cruciale doeleinden:

• De koperoppervlakte en banen te beschermen

• Het oppervlak klaar te maken voor het solderen van geassocieerde componenten tijdens assemblage

Nu laten we eens kijken naar de specifieke oppervlaktebehandelingen en de verschillen ertussen.

2. PCB-Oppervlakteafwerking—7 Typen PCB-Oppervlakteafwerking & Vergelijking

Er zijn zeven typen PCB-oppervlakteafwerkingen, en elk komt met zijn voordelen en tekortkomingen:

• Hot Air Solder Leveling (HASL)

HASL is de meest voorkomende oppervlakteafwerking. Het is ook het meest betaalbaar. Het toepassingsproces omvat het dompelen van de PCB in een oplossing van gesmolten soldeer en vervolgens het afblazen van het residu met een hete-luchtmes. De oplossing van gesmolten soldeer bestaat uit lood- en tinlegeringen.

Voordelen

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

• Het stelt een groter verwerkingsvenster in
• Het is toepasbaar op een breed scala aan PCB's
• Het biedt uitstekende soldeerbaarheid

Nadelen

Zoals vermeld, omvat deze oppervlakteafwerking het dompelen van de print in een oplossing van gesmolten soldeer bestehend uit lood en tin. Dit maakt het ongeschikt voor printen die RoHS-compliance vereisen. Dit tekortkoming is verbonden met andere nadelen, waaronder:

• Er is een dikteverschil tussen grote en kleine pads
• Niet geschikt voor HDI-producten
• Het veroorzaakt brugvorming op fijn pitch
• Niet geschikt voor BGA's en SMD's met een diameter kleiner dan 20mil
• Loodvrije HASL

Loodvrije HASL is de meest populaire oppervlakteafwerking die vandaag op PCB's gebruikt wordt. Het wordt toegepast door de PCB te dompelen in een gesmolten legering lood, of tinlegering lood of tinlegering lood of tinlegering, wat zorgt dat het hele oppervlak bedekt is. Luchtmessens worden vervolgens gebruikt om het residu af te blazen voor een gelijkmatige coating.

Voordelen

Een van de grootste voordelen van loodvrije HASL is dat het potentiële delaminatieproblemen blootlegt door de PCB bloot te stellen aan temperaturen van ongeveer 265°C. Andere voordelen zijn:

• Breed beschikbaar
• Milieuvriendelijk
• Zorgt voor duurzaamheid
• Herwerkbaar
• Betaalbaar

Nadelen

• Kan thermische schok creëren
• Kan resulteren in oneffen oppervlakken
• Niet ideaal voor fijn pitch
• Kan soldeer bruggen
• Vermindert PTH (gepropte doorboorgaten)
• Immersion Tin (ISN)

Immersion Tin is de ideale oppervlakteafwerking voor fijn pitch producten, vlakke printen, backplanes, en press fit. ISN wordt toegepast door een chemische verplaatsingsreactie te initiëren met de koperoppervlakte van de PCB.

PCB-Oppervlakteafwerking—Voordelen

Immersion tin komt met een breed scala aan voordelen die de tekortkomingen ver ruimen. Zij omvatten:

• Creëert een gelijkmatig oppervlak, in tegenstelling tot loodvrije HASL
• Het kan herwerkt worden
• Het kan vervangen worden door reflow soldeer
• Is hoog betrouwbaar
• Ideaal voor een breed scala aan PCB's

Nadelen

Tin en koper hebben een sterke affiniteit tegenover elkaar. Dit betekent dat de diffusie van een van deze metalen in de ander onvermijdelijk is. Het resultaat is een kortere houdbaarheid vergeleken met de meeste andere PCB-oppervlakteafwerkingen. Het kan ook de PCB-prestaties beperken. Dit is de meest significante tekortkoming. Andere tekortkomingen zijn:

• Niet ideaal voor PTH
• Kan herwerkt worden, maar tot beperkte mate vanwege de korte houdbaarheid
• Resulteert in tin-whiskering
• Kan het soldeermasker beschadigen
• Moelijk te handhaben en kan resulteren in een breed scala aan schade
• Kan ongezond zijn voor handlers, omdat het een kankerverwekkende stof bevat bekend als Thoreau

Kosten van Immersion Tin

• Immersion Silver (IAG)

Immersion Silver is breed populair geworden sinds de WEEE- en RoHS-richtlijn werd aangenomen. Het wordt beschouwd als een uitstekende alternatief voor ENIG om verschillende redenen, onder andere omdat het ideaal is voor fijn pitch. Immersion silver wordt voornamelijk gebruikt voor aluminium-draadbonding, membraanschakelaars, en EMI-afscherming.

Voordelen

Een van de belangrijkste voordelen van immersion silver is dat het OSP bevat, wat bevlekken voorkomt. Echter, dit maakt het ook noodzakelijk dat de PCB onmiddellijk na toepassing verpakt wordt, omdat OSP gevoelig is voor verontreinigingen op de print. Voordelen van immersion silver zijn:

• Het voldoet aan RoHS-richtlijnen en -vereisten
• Geschikt voor fijn pitch
• Matige houdbaarheid van ongeveer 12 maanden
• Hoogst stabiel vergeleken met andere oppervlakteafwerkingen
• Ideaal voor vlakke printen
• Betaalbaar en kosteneffectief

PCB-Oppervlakteafwerking—Nadelen

Zoals eerder vermeld, maakt de aanwezigheid van OSP immersion silver vatbaar voor bevlekken, wat de meest significante tekortkoming is. Andere tekortkomingen zijn:

• Kan resulteren in zilver-whiskering
• Niet geschikt voor compliant-pin interactie, omdat het een hoge breukcoëfficiënt heeft
• Sommige van zijn systemen kunnen niet in micro-via aspectratio's van 1:1 werpen
• Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG)

Electroless Nickel Immersion wordt snel populair in de PCB-industrie, omdat het veel van de significante tekortkomingen die met andere oppervlakteafwerkingen geassocieerd zijn, overwint. ENIG heeft een tweedelig toepassingsproces. Eerst wordt een nikkellaag aangebracht om zowel als barrière voor het koper te dienen als een geschikt oppervlak waarop componenten gesoldeerd kunnen worden. Vervolgens wordt een laag goud toegepast om de nikkellaag te beschermen gedurende de tijd dat de print in opslag is.

PCB-Oppervlakteafwerking—Voordelen

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

• Ideaal voor vlakke oppervlakken, omdat de lagen nikkel en goud dun en gelijkmatig zijn
• Bevat geen lood
• Ideaal voor PTH's
• Heeft een lange houdbaarheid

Nadelen

Hoewel ENIG een lange houdbaarheid heeft, is het ook geassocieerd met het "black pad syndrome", een veelvoorkomend probleem dat leidt tot de opbouw van fosfor tussen de lagen nikkel en goud, wat resulteert in breuken en foutieve printverbindingen. Het enige andere grote nadeel is dat het niet ideaal is voor herwerken.

• Nickel Palladium (ENEPIG)

Nickel Palladium (ENEPIG) PCB-oppervlakteafwerking is een upgrade van ENIG. In ENIG is immersion gold aangetoond om de laag nikkel te vernietigen. ENEPIG introduceert een laag palladium platering tussen de lagen goud en nikkel.

Voordelen

ENEPIG is gedubd de 'universal finish' omdat het van toepassing is op veel moderne, hooggeavanceerde printen met meerdere oppervlaktepakketten. Het komt met een reeks voordelen, waaronder:

• Het zorgt voor een vlak oppervlak
• Makkelijk te verwerken
• Het heeft geen giftig effect op de huid
• Het bevat geen lood
• Ideaal voor meervoudige reflow-cycli
• Hoogst compatibel met Sn-Ag-Cu soldeers
• Het heeft een lange houdbaarheid

Nadelen

• Het resulteert vaak in het optreden van black pad
• Vermindert soldeerverbinding betrouwbaarheid
• De laag palladium is te dik om soldeerbaarheidsprestaties te ondersteunen
• Neemt langer om te bevochtigen vergeleken met andere oppervlakteafwerkingen
• Wordt beïnvloed door plateringsomstandigheden
• Duurder dan de meeste andere oppervlakteafwerkingen
• OSP (Organic Solderability Preservative)

OSP is een organische, watergebaseerde oppervlakteafwerking. Het is selectief in zijn binding met koper, en het maakt de PCB ook soldeerbaar.

PCB-Oppervlakteafwerking—Voordelen

OSP-oppervlakteafwerking is opvallend vanwege de milieuvriendelijkheid, aangezien het organisch en watergebaseerd is. Het maakt het ook makkelijk toe te passen, en het proces is relatief kort en rechttoe rechtaan vergeleken met andere oppervlakteafwerkingen. De voordelen zijn:

• Biedt een gelijkmatig, co-planaire oppervlak
• Vereist lage apparatuuronderhoud
• Bevat geen lood
• Herstelbaar

Nadelen

OSP is organisch en watergebaseerd, wat het redelijk gevoelig maakt voor schade bij hantering. Dit is verbonden met diverse andere tekortkomingen:

• Het heeft een korte houdbaarheid

• Het is slecht voor PTH

PCB-Oppervlakteafwerking—Hoe PCB-Oppervlakteafwerkingen Te Kiezen

De verschillen in deze typen PCB-oppervlakteafwerkingen maken ze geschikt en ongeschikt voor specifieke toepassingen. Daartoe moet iedereen die de ideale oppervlakteafwerking wil toepassen, verschillende factoren overwegen:

• PCB-Oppervlakteafwerking—Pad Gladheid

Zoals meerdere keren vermeld, resulteren sommige oppervlakteafwerkingen in oneffen oppervlakken die prestaties, soldeerbaarheid en andere factoren kunnen belemmeren. Als gladheid een belangrijke factor is, overweeg dan oppervlakteafwerkingen die dunne, gelijkmatige lagen hebben. Geschikte opties in dit geval zijn ENIG, ENEPIG, en OSP.

• Soldeerbaarheid En Benetting

Soldeerbaarheid is altijd een cruciale factor bij het werken met PCB's. Specifieke oppervlakteafwerkingen zoals OSP en ENEPIG zijn getoond om soldeerbaarheid te belemmeren, terwijl anderen zoals HASL ideaal zijn voor het.

• Goud Of Aluminium Draadbonding

Als uw PCB goud- of aluminium-draadbonding vereist, kunnen uw opties beperkt zijn tot ENIG en ENEPIG.

• Opslagomstandigheden

Zoals vermeld, maken sommige oppervlakteafwerkingen zoals OSP PCB's kwetsbaar bij hantering, terwijl anderen de duurzaamheid verbeteren. Dit moet vooraf overwogen worden bij het in overweging nemen van opslag- en hanteringsvereisten. Alleen wanneer risicoloze opslag- en hanteringsvereisten kunnen worden voldaan, moeten oppervlakteafwerkingen die PCB's kwetsbaar maken, toegepast worden.

• Soldeercycli

Hoeveel keer zal de PCB gesoldeerd en herwerkt worden? Zoals getoond, zijn veel oppervlakteafwerkingen ideaal voor herwerken. Anderen zoals immersion tin zijn echter niet ideaal voor herwerken.

• PCB-Oppervlakteafwerking—RoHS-Compliance

RoHS-compliance is cruciaal bij het bepalen van de oppervlakteafwerking om mee te gaan. Meestal zijn alle oppervlakteafwerkingen die lood gebruiken niet geschikt voor RoHS-compliance en moeten vermeden worden.

Conclusie

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

Bij WellPCB hebben we veel ervaring met PCB-printen en oppervlakteafwerkingen. Neem contact op om meer te leren over de verschillende typen PCB-oppervlakken en meer! We helpen u graag om de ideale oppervlakteafwerking voor uw PCB te vinden.