Wraz z ciągłym doskonaleniem wymagań człowieka dotyczących środowiska życia, problemy środowiskowe związane z procesem produkcji PCB są szczególnie widoczne.Obecnie ołów i brom to najgorętsze tematy;Bezołowiowe i bezhalogenowe wpłynie na rozwój PCB w wielu aspektach.Chociaż obecnie zmiany w procesie obróbki powierzchni PCB nie są duże i wydaje się, że jest to jeszcze odległa sprawa, należy zauważyć, że długofalowe powolne zmiany doprowadzą do wielkich zmian.Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na ochronę środowiska, proces obróbki powierzchni PCB z pewnością ulegnie w przyszłości dużym zmianom.
Cel obróbki powierzchni
Podstawowym celem obróbki powierzchni jest zapewnienie dobrej lutowalności lub wydajności elektrycznej.Ponieważ miedź w naturze występuje zwykle w postaci tlenku w powietrzu, jest mało prawdopodobne, aby pozostała pierwotną miedzią przez długi czas, dlatego w przypadku miedzi wymagana jest inna obróbka.Chociaż w kolejnym montażu można użyć silnego topnika do usunięcia większości tlenku miedzi, usunięcie samego silnego topnika nie jest łatwe, więc przemysł na ogół nie używa silnego topnika.
Wspólny proces obróbki powierzchni
Obecnie istnieje wiele procesów obróbki powierzchni PCB, w tym wyrównywanie gorącym powietrzem, powlekanie organiczne, bezprądowe niklowanie / zanurzanie w złocie, zanurzanie w srebrze i zanurzanie w cynie, które będą wprowadzane jeden po drugim.
1. Poziomowanie gorącym powietrzem
Wyrównywanie gorącym powietrzem, znane również jako wyrównywanie gorącym powietrzem, to proces powlekania stopionym lutowiem cynowo-ołowiowym na powierzchni PCB i wyrównywania (przedmuchiwania) podgrzanym sprężonym powietrzem w celu utworzenia warstwy powłoki, która jest odporna na utlenianie miedzi i zapewnia dobrą lutowność .Związek międzymetaliczny miedzi i cyny powstaje na styku lutowia i miedzi przez wyrównanie gorącym powietrzem.Grubość lutowia chroniącego powierzchnię miedzi wynosi około 1-2 mil.PCB należy zanurzyć w stopionym lutowiu podczas wyrównywania gorącym powietrzem;Nóż powietrzny wydmuchuje płynny lut, zanim lut zestali się;Ostrze wiatrowe może zminimalizować menisk lutowia na powierzchni miedzi i zapobiec mostkowaniu lutowia.Poziomowanie gorącym powietrzem dzieli się na typ pionowy i typ poziomy.Ogólnie uważa się, że typ poziomy jest lepszy, głównie dlatego, że pozioma powłoka wyrównująca gorącym powietrzem jest bardziej jednolita i może realizować produkcję automatyczną.Ogólny proces wyrównywania gorącym powietrzem to: Mikrotrawienie → podgrzewanie → topnik do powlekania → natryskiwanie cyny → czyszczenie.
2. Powłoka organiczna
Proces powlekania organicznego różni się od innych procesów obróbki powierzchni tym, że działa jako warstwa barierowa między miedzią a powietrzem;Technologia powlekania organicznego jest prosta i tania, co sprawia, że jest szeroko stosowana w przemyśle.Wczesne organiczne cząsteczki powłoki to imidazol i benzotriazol, które pełnią rolę zapobiegania rdzy.Najnowszą cząsteczką jest głównie benzimidazol, czyli miedź, która chemicznie wiąże azotową grupę funkcyjną z PCB.W kolejnym procesie zgrzewania, jeśli na powierzchni miedzi znajduje się tylko jedna warstwa powłoki organicznej, nie jest to możliwe.Musi być wiele warstw.Dlatego do zbiornika chemikaliów zwykle dodaje się płynną miedź.Po pokryciu pierwszej warstwy warstwa powlekająca adsorbuje miedź;Następnie cząsteczki powłoki organicznej drugiej warstwy są łączone z miedzią, aż 20 lub nawet 100-krotność cząsteczek powłoki organicznej zgromadzi się na powierzchni miedzi, co może zapewnić wielokrotne lutowanie rozpływowe.Eksperyment pokazuje, że najnowsza technologia powlekania organicznego może utrzymać dobrą wydajność w wielu procesach spawania bezołowiowego.Ogólny proces procesu powlekania organicznego to: odtłuszczanie → mikrotrawienie → wytrawianie → czyszczenie czystą wodą → powlekanie organiczne → czyszczenie.Kontrola procesu jest łatwiejsza niż inne procesy obróbki powierzchni.
3. Bezprądowe niklowanie / zanurzenie w złocie bezprądowe niklowanie / proces zanurzenia w złocie
W przeciwieństwie do powłoki organicznej, bezprądowe niklowanie / impregnacja złotem wydaje się nakładać gruby pancerz na PCB;Ponadto proces bezprądowego niklowania / zanurzania w złocie nie przypomina powłoki organicznej jako warstwy barierowej antykorozyjnej.Może być przydatny w długotrwałym użytkowaniu PCB i osiągać dobre parametry elektryczne.Dlatego bezprądowe niklowanie / zanurzenie w złocie polega na owinięciu grubej warstwy stopu niklu i złota o dobrych właściwościach elektrycznych na powierzchni miedzi, co może chronić płytkę drukowaną przez długi czas;Ponadto ma również tolerancję środowiskową, której nie mają inne procesy obróbki powierzchni.Powodem niklowania jest to, że złoto i miedź będą się wzajemnie dyfundować, a warstwa niklu może zapobiegać dyfuzji między złotem i miedzią;Bez warstwy niklu złoto dyfunduje do miedzi w ciągu kilku godzin.Kolejną zaletą bezprądowego niklowania / impregnacji złotem jest wytrzymałość niklu.Tylko 5 mikronów niklu może ograniczyć rozszerzanie się w kierunku Z w wysokiej temperaturze.Ponadto bezprądowe niklowanie / zanurzenie w złocie może również zapobiec rozpuszczaniu miedzi, co będzie korzystne w przypadku montażu bezołowiowego.Ogólny proces bezprądowego niklowania / ługowania złota to: czyszczenie kwasem → mikrotrawienie → prepreg → aktywacja → bezprądowe niklowanie → bezprądowe ługowanie złota.Jest tam głównie 6 zbiorników chemicznych, w których znajduje się blisko 100 chemikaliów, więc sterowanie procesem jest trudne.
4. Proces ługowania srebra
Pomiędzy powłoką organiczną a bezprądowym niklowaniem / ługowaniem złota proces jest stosunkowo prosty i szybki;Nie jest to tak skomplikowane, jak niklowanie bezprądowe / zanurzanie w złocie, ani nie nakłada grubej warstwy pancerza na płytkę drukowaną, ale nadal może zapewnić dobrą wydajność elektryczną.Srebro jest młodszym bratem złota.Nawet pod wpływem ciepła, wilgoci i zanieczyszczeń srebro może nadal zachowywać dobrą lutowność, ale traci połysk.Zanurzenie w srebrze nie ma dobrej wytrzymałości fizycznej niż niklowanie bezprądowe / zanurzenie w złocie, ponieważ pod warstwą srebra nie ma niklu.Ponadto impregnacja srebrem ma dobre właściwości magazynowe i nie będzie większego problemu, gdy zostanie umieszczona w montażu przez kilka lat po impregnacji srebrem.Impregnacja srebrem jest reakcją przemieszczenia, która jest niemal submikronową powłoką z czystego srebra.Czasami w procesie ługowania srebra włączane są niektóre substancje organiczne, głównie w celu zapobieżenia korozji srebra i wyeliminowania migracji srebra;Generalnie trudno jest zmierzyć tę cienką warstwę materii organicznej, a analiza pokazuje, że waga organizmu wynosi mniej niż 1%.
5. Zanurzenie w cynie
Ponieważ wszystkie luty są oparte na cynie, warstwa cyny może pasować do każdego rodzaju lutu.Z tego punktu widzenia proces zanurzania w cynie ma duże perspektywy rozwoju.Jednak cynowe wąsy pojawiają się po zanurzeniu poprzedniej płytki w cynie.Podczas procesu spawania migracja wiskerów cyny i cyny spowoduje problemy z niezawodnością.Dlatego też zastosowanie procesu zanurzania w cynie jest ograniczone.Później do roztworu zanurzeniowego w cynie dodano dodatki organiczne, które mogą sprawić, że struktura warstwy cyny będzie wyglądać jak struktura ziarnista, przezwyciężyć poprzednie problemy i mieć dobrą stabilność termiczną i lutowność.Proces zanurzania cyny może tworzyć płaski związek międzymetaliczny miedzi i cyny, co sprawia, że zanurzanie cyny ma taką samą dobrą lutowność, jak wyrównywanie gorącym powietrzem, bez bólu głowy związanego z płaskością wywołaną wyrównywaniem gorącym powietrzem;Nie ma problemu dyfuzji między metalami bezprądowymi niklowanymi / zanurzanymi w złocie w zanurzaniu cyny - związki międzymetaliczne miedzi i cyny mogą być ze sobą mocno związane.Blaszanej płytki zanurzeniowej nie należy przechowywać zbyt długo, a montaż należy przeprowadzić zgodnie z kolejnością zanurzania w cynie.
6. Inne procesy obróbki powierzchni
Inne procesy obróbki powierzchni są mniej stosowane.Stosunkowo częściej stosowane procesy platerowania niklem i bezprądowym palladem są następujące.Niklowanie jest inicjatorem procesu obróbki powierzchni PCB.Pojawił się od pojawienia się PCB i stopniowo przekształcił się w inne metody.Polega na pokryciu przewodnika na powierzchni PCB warstwą niklu, a następnie warstwą złota.Niklowanie ma przede wszystkim zapobiegać dyfuzji złota i miedzi.Obecnie istnieją dwa rodzaje złocenia niklowanego: złocenie miękkie (czyste złoto, powierzchnia złota nie wygląda jasno) i złocenie twarde (powierzchnia jest gładka i twarda, odporna na zużycie, zawiera kobalt i inne pierwiastki, a złota powierzchnia wygląda na jasną).Miękkie złoto jest używane głównie do złotego drutu podczas pakowania chipów;Twarde złoto jest używane głównie do połączeń elektrycznych w miejscach niespawanych.Biorąc pod uwagę koszty, przemysł często stosuje metodę transferu obrazu do selektywnego powlekania, aby zmniejszyć zużycie złota.
Obecnie w przemyśle stale rośnie zastosowanie selektywnego złocenia, co wynika głównie z trudności w kontrolowaniu procesu bezprądowego niklowania / ługowania złota.W normalnych warunkach spawanie prowadzi do kruchości pozłacanego złota, co skraca żywotność.Dlatego należy unikać spawania na złocie platerowanym;Jednak ze względu na cienkie i jednolite złoto niklowania bezprądowego / zanurzenie w złocie rzadko występuje kruchość.Proces bezprądowego powlekania palladem jest podobny do bezprądowego powlekania niklem.Głównym procesem jest redukcja jonów palladu do palladu na powierzchni katalitycznej za pomocą środka redukującego (takiego jak diwodorofosforyn sodu).Nowo utworzony pallad może stać się katalizatorem promującym reakcję, dzięki czemu można uzyskać dowolną grubość powłoki palladowej.Zaletami bezprądowego powlekania palladem są dobra niezawodność spawania, stabilność termiczna i płaskość powierzchni.
Wybór procesu obróbki powierzchni
Wybór procesu obróbki powierzchni zależy głównie od rodzaju finalnie zmontowanych elementów;Proces obróbki powierzchni wpłynie na produkcję, montaż i ostateczne wykorzystanie PCB.Poniżej szczegółowo przedstawimy możliwości zastosowania pięciu powszechnych procesów obróbki powierzchni.
1. Poziomowanie gorącym powietrzem
Wyrównywanie gorącym powietrzem kiedyś odgrywało wiodącą rolę w procesie obróbki powierzchni PCB.W latach 80. ponad trzy czwarte płytek PCB wykorzystywało technologię poziomowania gorącym powietrzem.Jednak w ciągu ostatniej dekady branża ograniczała stosowanie technologii poziomowania gorącym powietrzem.Szacuje się, że około 25% - 40% PCB wykorzystuje obecnie technologię poziomowania gorącym powietrzem.Proces wyrównywania gorącym powietrzem jest brudny, śmierdzący i niebezpieczny, więc nigdy nie był ulubionym procesem.Jednak poziomowanie gorącym powietrzem jest doskonałym procesem w przypadku większych elementów i przewodów o większych odstępach.W PCB o dużej gęstości, płaskość poziomowania gorącym powietrzem wpłynie na późniejszy montaż;Dlatego też proces wyrównywania gorącym powietrzem nie jest generalnie stosowany w przypadku płyt HDI.Wraz z postępem technologii w branży pojawił się proces poziomowania gorącym powietrzem odpowiedni do montażu QFP i BGA o mniejszych odstępach, ale rzeczywiste zastosowanie jest mniejsze.Obecnie niektóre fabryki stosują powłokę organiczną i bezprądowy proces niklowania / zanurzania w złocie, aby zastąpić proces poziomowania gorącym powietrzem;Rozwój technologiczny skłonił również niektóre fabryki do przyjęcia procesów impregnacji cyną i srebrem.W związku z trendem bezołowiowym w ostatnich latach stosowanie wyrównywania gorącym powietrzem jest jeszcze bardziej ograniczone.Chociaż pojawiło się tak zwane bezołowiowe wyrównywanie gorącym powietrzem, może ono wiązać się z kompatybilnością urządzeń.
2. Powłoka organiczna
Szacuje się, że obecnie około 25% - 30% PCB wykorzystuje technologię powlekania organicznego, a odsetek ten wzrasta (prawdopodobnie obecnie powłoka organiczna przewyższyła w pierwszej kolejności poziomowanie gorącym powietrzem).Proces powlekania organicznego może być stosowany do płytek PCB o niskiej technologii lub zaawansowanych technologicznie, takich jak jednostronna płytka PCB TV i płytka do pakowania chipów o wysokiej gęstości.W przypadku BGA szeroko stosowana jest również powłoka organiczna.Jeśli PCB nie ma wymagań funkcjonalnych dotyczących połączenia powierzchni lub okresu przechowywania, powłoka organiczna będzie najbardziej idealnym procesem obróbki powierzchni.
3. Bezprądowe niklowanie / zanurzenie w złocie bezprądowe niklowanie / proces zanurzenia w złocie
W odróżnieniu od powłoki organicznej, jest stosowany głównie na płytach o wymaganiach funkcjonalnych dotyczących połączenia i długiego okresu przechowywania na powierzchni, takich jak obszar klawiszy telefonu komórkowego, obszar połączenia krawędzi powłoki routera i obszar styku elektrycznego elastycznego połączenia procesora chipowego.Ze względu na płaskość wyrównywania gorącym powietrzem i usunięcie organicznego topnika powłokowego, w latach 90. szeroko stosowano bezprądowe niklowanie / impregnację złotem;Później, ze względu na pojawienie się czarnego dysku i kruchego stopu niklowo-fosforowego, ograniczono stosowanie bezprądowego procesu niklowania / zanurzania w złocie.Jednak obecnie prawie każda zaawansowana technologicznie fabryka PCB ma linię do bezprądowego niklowania / zanurzania złota.Biorąc pod uwagę, że złącze lutowane stanie się kruche po usunięciu związku międzymetalicznego miedzi i cyny, wiele problemów pojawi się przy stosunkowo kruchym związku międzymetalicznym niklu i cyny.Dlatego prawie wszystkie przenośne produkty elektroniczne (takie jak telefony komórkowe) wykorzystują połączenia lutowane międzymetaliczne miedzi i cyny utworzone przez powłokę organiczną, zanurzenie w srebrze lub zanurzenie w cynie, podczas gdy bezprądowe niklowanie / zanurzenie w złocie służy do tworzenia kluczowych obszarów, obszarów styku i ekranowania EMI obszary.Szacuje się, że obecnie około 10% - 20% PCB stosuje bezprądowy proces niklowania / impregnacji złotem.
4. Zanurzenie w srebrze
Jest tańszy niż bezprądowe niklowanie / zanurzanie w złocie.Jeśli PCB ma wymagania funkcjonalne i musi obniżyć koszty, srebrna immersja jest dobrym wyborem;Oprócz dobrej płaskości i kontaktu impregnacji srebrem należy wybrać proces impregnacji srebrem.Zanurzenie w kolorze srebrnym jest szeroko stosowane w produktach komunikacyjnych, samochodach i komputerowych urządzeniach peryferyjnych, a także w projektowaniu szybkich sygnałów.Impregnacja srebrem może być również stosowana w sygnałach o wysokiej częstotliwości ze względu na doskonałe właściwości elektryczne, którym nie można dorównać innymi metodami obróbki powierzchni.EMS zaleca proces impregnacji srebrem, ponieważ jest łatwy w montażu i zapewnia dobrą kontrolę.Jednak ze względu na wady takie jak nalot i dziura lutownicza w impregnacji srebrem jego wzrost jest powolny (ale nie zmniejszony).Szacuje się, że około 10% - 15% PCB stosuje obecnie proces impregnacji srebrem.
5. Zanurzenie w cynie
Od wprowadzenia cyny do procesu obróbki powierzchni minęło prawie dziesięć lat.Pojawienie się tego procesu jest wynikiem wymagań automatyzacji produkcji.Impregnacja cyną nie wprowadza żadnych nowych elementów do miejsca spawania i jest szczególnie odpowiednia na płytę komunikacyjną.Cyna traci lutowność po okresie przechowywania płytki, dlatego do zanurzenia w cynie wymagane są lepsze warunki przechowywania.Ponadto stosowanie procesu impregnacji cyną jest ograniczone ze względu na substancje rakotwórcze.Szacuje się, że około 5% - 10% PCB stosuje obecnie proces zanurzania w cynie.V Wniosek: przy coraz wyższych wymaganiach klientów, coraz ostrzejszych wymaganiach środowiskowych i coraz większej liczbie procesów obróbki powierzchni, wydaje się nieco mylące i mylące wybór procesu obróbki powierzchni z lepszymi perspektywami rozwoju i większą uniwersalnością.Nie można teraz dokładnie przewidzieć, w jakim kierunku pójdzie proces obróbki powierzchni PCB w przyszłości.W każdym razie w pierwszej kolejności należy spełnić wymagania klienta i chronić środowisko!