W procesie produkcyjnym płytek PCB technologia obróbki powierzchni wpływa nie tylko na lutowność i odporność na korozję płytki PCB, ale ma także ogromny wpływ na jej parametry elektryczne i-długoterminową niezawodność. Wraz z szybkim rozwojem technologii elektronicznej,procesy obróbki powierzchni PCBstale się rozwijają, aby sprostać wyższym wymaganiom wydajnościowym i standardom środowiskowym.
Poziomowanie gorącym powietrzem
Poziomowanie gorącym powietrzem, znane również jako poziomowanie lutem gorącym powietrzem, powszechnie znane jako natryskiwanie cyny. Proces ten polega na pokryciu powierzchni płytki PCB roztopionym lutem ołowiowo-cynowym. - Obecnie, ze względu na wymagania środowiskowe, częściej stosuje się lut bezołowiowy-. Następnie za pomocą podgrzanego sprężonego powietrza wyrównuje się lut, tworząc warstwę powłoki, która skutecznie przeciwdziała utlenianiu miedzi i zapewnia doskonałą lutowność. Podczas gorącej klimatyzacji lut wchodzi w interakcję z miedzią, tworząc na złączu związek miedziowo-cynowy o grubości około 1-2 milimetrów.
Proces ten dzieli się na typy pionowe i poziome. Powszechnie uważa się, że powlekanie poziome ma zalety ze względu na bardziej równomierne powlekanie i możliwość zautomatyzowania produkcji. Ogólny proces obejmuje takie etapy, jak mikrotrawienie, podgrzewanie, powlekanie topnikiem, natryskiwanie cyną i czyszczenie. Proces wyrównywania gorącym powietrzem jest zaawansowany, zapewnia wystarczającą podaż, stosunkowo niski koszt i dobrą spawalność, nadaje się do lutowania-bezołowiowego i jest jedną z powszechnie stosowanych metod obróbki powierzchni w przemyśle. Jednak jego powierzchnia nie jest wystarczająco gładka, co utrudnia spawanie elementów o drobnej podziałce, a ołów zawierający HASL stwarza również problemy środowiskowe.
Powłoka organiczna
Powłoka organiczna to proces chemicznego wzrostu warstwy organicznej na czystej, gołej powierzchni miedzi. Ta warstwa folii jest jak wierny strażnik, odporny na utlenianie, szok cieplny i wilgoć, co może skutecznie chronić powierzchnię miedzi przed korozją, taką jak utlenianie lub wulkanizacja w normalnych warunkach. Jednocześnie w środowisku spawania o wysokiej-temperaturze może on zostać szybko usunięty przez topnik, ustępując miejsca pracom spawalniczym.
Proces powlekania organicznego jest szeroko stosowany w przemyśle ze względu na istotne zalety prostego procesu i niskiego kosztu. Wczesne cząsteczki powłok organicznych składały się głównie z imidazolu i benzotriazolu, które miały działanie przeciwrdzewne. Obecnie nowymi cząsteczkami są głównie benzimidazol. Aby zapewnić odporność na wielokrotne lutowanie rozpływowe, na powierzchni miedzi należy utworzyć wiele warstw powłoki organicznej, co wymaga dodania cieczy miedzianej do kąpieli chemicznej. Najpierw nałóż pierwszą warstwę, która adsorbuje miedź. Następnie druga warstwa cząsteczek powłoki organicznej łączy się z miedzią i jest układana warstwa po warstwie, aż utworzy się struktura złożona z dwudziestu, a nawet setek organicznych zespołów cząsteczek powłoki. Jednakże odporność korozyjna powłoki OSP jest stosunkowo słaba, dlatego należy zwrócić szczególną uwagę na warunki podczas przechowywania i użytkowania.
Chemiczne niklowanie/złoto zanurzeniowe
Proces bezprądowego niklowania/złocia zanurzeniowego polega na starannie owiniętym warstwie grubego i doskonałego pod względem elektrycznym stopu niklowo-złotowego na powierzchni miedzi, co przypomina nałożenie mocnej „pancerza” na płytkę drukowaną, co może zapewnić niezawodną ochronę płytki drukowanej przez długi czas. W przeciwieństwie do OSP, która służy jedynie jako zwykła warstwa bariery antykorozyjnej, niklowanie bezprądowe/złoto zanurzeniowe pozwala zachować dobre parametry elektryczne podczas długotrwałego-użytkowania płytek drukowanych i charakteryzuje się większą odpornością na zmiany środowiskowe.
Powodem niklowania jest wzajemna dyfuzja złota i miedzi, a warstwa niklu może działać jako silna bariera skutecznie zapobiegająca tej dyfuzji. Bez bariery w postaci warstwy niklu złoto może przeniknąć do miedzi w ciągu zaledwie kilku godzin. Ponadto niklowanie bezprądowe/złoto zanurzeniowe ma wiele zalet, takich jak wysoka wytrzymałość niklu. Tylko nikiel o grubości 5um może skutecznie kontrolować rozszerzanie się w kierunku Z w wysokich temperaturach, zapobiegając jednocześnie rozpuszczaniu miedzi, co jest szczególnie korzystne w przypadku lutowania-bezołowiowego. Ogólny proces tej technologii obejmuje takie etapy, jak trawienie i czyszczenie kwasem, mikrotrawienie, zanurzenie wstępne, aktywacja, chemiczne niklowanie i chemiczne zanurzanie w złocie. W procesie bierze udział sześć zbiorników na chemikalia i prawie sto chemikaliów, co czyni go stosunkowo skomplikowanym.
Zanurzenie w srebrze
Proces zanurzania srebra odbywa się pomiędzy OSP a bezprądowym niklowaniem/złoceniem, a jego proces jest stosunkowo prosty i szybki. Zanurzenie w srebrze osiąga się w rzeczywistości poprzez reakcje wypierania, tworząc warstwę powłoki z czystego srebra na poziomie niemal submikronowym na powierzchni płytki drukowanej. Czasami podczas procesu zanurzania srebra dodaje się pewne związki organiczne, głównie w celu zapobiegania korozji srebra i eliminowania problemów z migracją srebra. Jednak ta cienka warstwa związków organicznych jest zwykle trudna do dokładnego zmierzenia, a analiza pokazuje, że jej udział wagowy jest mniejszy niż 1%.
Nawet poddana działaniu złożonych środowisk, takich jak ciepło, wilgoć i zanieczyszczenia, warstwa srebra utworzona w procesie zanurzenia może nadal wykazywać dobre właściwości elektryczne i spawalność, ale jej połysk może się zmniejszyć. Ze względu na brak warstwy niklu pod warstwą srebra, srebro zanurzeniowe nie jest tak wytrzymałe fizycznie jak niklowanie bezprądowe/złoto zanurzeniowe.
zanurzanie w cynie
Biorąc pod uwagę, że wszystkie materiały lutownicze opierają się obecnie na cynie, a warstwa cyny może doskonale pasować do każdego rodzaju lutowia, z tego punktu widzenia proces cyny zanurzeniowej ma szerokie perspektywy rozwoju. Jednak w przeszłości płytki PCB poddane obróbce metodą zanurzania w cynie były podatne na problemy z wąsami cynowymi. Podczas procesu lutowania zjawiska wąsów cyny i migracji cyny stwarzały poważne wyzwania dla niezawodności, co znacznie ograniczało zastosowanie technologii zanurzania w cynie. Później, dodając dodatki organiczne do roztworu zanurzeniowego cyny, strukturę warstwy cyny udało się przekształcić w cząstki, skutecznie przezwyciężając-wymienione powyżej trudności, a także nadając procesowi zanurzania w cynie dobrą stabilność termiczną i lutowność.
W procesie zanurzania cyny można uzyskać płaskie związki międzymetaliczne miedzi i cyny, co sprawia, że cyna zanurzeniowa jest porównywalna z wyrównywaniem gorącym powietrzem pod względem spawalności, bez problemów z płaskością, które są kłopotliwe w przypadku wyrównywania gorącym powietrzem, i bez ukrytych niebezpieczeństw związanych z dyfuzją metalu podczas chemicznego niklowania/złota zanurzeniowego. Jednak czas przechowywania blaszek cynowych jest ograniczony i pozostawiony zbyt długo na ich powierzchni utworzy się tlenek cyny, co będzie miało wpływ na efekt spawania. Dlatego podczas montażu należy ściśle przestrzegać kolejności wkładania puszki.
Inne procesy obróbki powierzchni
Galwanizowane złoto niklowe
Galwanizację złotem niklowym można uznać za „starszego brata” technologii obróbki powierzchni PCB, która istnieje od narodzin PCB i stopniowo wyprowadza inne procesy. Proces ten polega na galwanizacji warstwy niklu na powierzchni przewodnika PCB, a następnie galwanizacji warstwy złota. Główną funkcją niklowania jest zapobieganie dyfuzji złota i miedzi. Obecnie galwanizowane złoto niklowe dzieli się głównie na dwie kategorie: jedna to złocenie miękkie, stosowane głównie do powlekania złotem drutu podczas pakowania chipów; Drugi typ to twarde złocenie, stosowane głównie do połączeń elektrycznych na złączach nielutowanych, takich jak złote palce. Należy zauważyć, że w normalnych okolicznościach operacje spawania mogą spowodować kruchość galwanicznego złota, skracając w ten sposób jego żywotność. Dlatego należy w miarę możliwości unikać spawania złota galwanicznego; Jednakże prawdopodobieństwo kruchości w przypadku niklowania bezprądowego/złota zanurzeniowego jest stosunkowo niskie ze względu na cienką i jednolitą warstwę złota.
Chemiczne platerowanie palladem
Proces bezprądowego powlekania palladem jest dość podobny do procesu bezprądowego niklowania. Główną zasadą jest użycie środka redukującego, takiego jak diwodorofosforan sodu, w celu redukcji jonów palladu do palladu na katalitycznie aktywnej powierzchni. Nowo wytworzony pallad może również służyć jako katalizator sprzyjający ciągłej reakcji, uzyskując w ten sposób warstwy platerowane palladem o dowolnej grubości. Chemiczne powlekanie palladem ma zalety wysokiej niezawodności spawania, dobrej stabilności termicznej i doskonałej płaskości powierzchni. Pallad jest jednak stosunkowo rzadkim metalem szlachetnym, co powoduje stosunkowo wysoki koszt tego procesu.