8 つの一般的な PCB 表面仕上げ: 適切なものを選択するには?

PCB表面処理とは、回路基板の露出した銅配線やパッドに施されるコーティングまたは処理のことです。PCBの機能と寿命に非常に重要な役割を果たします。このガイドでは、8種類の主要なPCB表面処理について、それぞれのメリット、制限、用途などの概要を説明します。さらに、基板に最適なPCB表面処理を選択するための重要な考慮事項も示します。それでは、読み進めてください。

PCB 表面仕上げはなぜ必要なのでしょうか?

PCB表面仕上げの適用 PCB製造 銅配線を酸化や環境汚染物質から保護することは、性能を低下させる要因です。これらのPCB表面処理は、湿気、埃、化学物質、極端な温度から保護し、銅配線への浸透や腐食を防ぎます。 PCB材料また、組み立て時のはんだ付けと接着を効果的にし、熱伝導性と電気伝導性を高めて回路効率を向上させます。適切な表面仕上げは、摩耗を軽減し、変色を防ぎ、ショートの原因となるデンドライトの発生を防ぐことで、PCBの寿命を延ばします。総じて、表面仕上げは製造と機能の両面において不可欠であり、はんだ付け性を維持し、環境による損傷を最小限に抑え、特定の用途におけるスムーズな製造を保証します。

8種類のPCB表面仕上げ

1. HASL

熱風はんだレベリング（HASL）は、低コストとはんだ付けが容易なため、最も一般的なPCB表面処理の一つです。HASLプロセスでは、PCBを液体はんだに浸し、熱風ナイフで表面を平坦化します。安価で入手しやすい一方で、HASLにはいくつかの制限があります。凹凸のある地形は、小さな部品の実装に問題を引き起こす可能性があります。 表面実装部品 0805パッケージサイズ未満、またはファインピッチBGA（ボールグリッドアレイ）では、パッド間のブリッジもリスクとなります。また、高密度相互接続基板では、パッド間のブリッジもリスクとなります。さらに、標準的な錫鉛HASLは鉛を含むため、RoHS指令に準拠していません。鉛フリーHASLも選択肢の一つですが、コストが高くなります。

スルーホール部品や大型表面実装部品を主に搭載した基板の場合、HASLは依然として経済的な選択肢です。しかし、超狭ピッチ部品、高密度配線、鉛フリー要件のある基板の場合は、他の仕上げが適している場合があります。

2. 鉛フリーHASL

鉛フリー熱風はんだレベリング（HASL）では、標準的な錫鉛はんだではなく、錫銅、錫ニッケル、または錫銅ニッケル合金を使用します。これにより、経済的なRoHS準拠の選択肢となります。しかし、従来のHASLと同様に、表面実装の凹凸が小さく、小型実装で問題を引き起こす可能性があります。

高密度でファインピッチの部品を搭載した基板の場合、多少コストは高くなりますが、浸漬コーティングはより良い選択肢となる可能性があります。浸漬コーティングによる均一な成膜は、微細なチップ部品やボールグリッドアレイを搭載した基板におけるブリッジングなどの欠陥の防止に役立ちます。

一般的に、鉛フリーHASLは、規制への適合性とコスト効率に優れたはんだ付け性を兼ね備えています。しかし、パッケージサイズが小さい、または微細な形状を必要とする特定の用途では、浸漬仕上げによる表面平坦性の向上がメリットとなる場合があります。

3. ENIG

無電解金めっき（ENIG）は、ニッケルめっき層の上に薄い金めっき層を重ねたPCB表面処理です。この組み合わせにより、耐久性と耐腐食性に優れ、長期にわたる保存寿命を実現します。

浸漬蒸着プロセスは、均一で平坦な表面を作り出し、 ファインピッチ コンポーネント、BGA、小型チップパッケージなど。ENIGはワイヤーボンディングも可能にしますが、他の仕上げに比べてコストが高くなります。

ENIG処理で注意すべき潜在的な問題は、BGAパッケージ下面のブラックパッド形成と、ソルダーマスクのエッチングが著しく進行することであり、その結果、より大きなマスクダムが必要になる場合があります。また、この仕上げでは、ソルダーマスクで完全に定義されたBGAは避けるべきです。

4. ENEPIG

無電解ニッケル・無電解パラジウム・金めっき（ENEPIG）は、1990年代に初めて導入された多層PCB表面処理です。ニッケル、パラジウム、金の連続めっきで構成されています。パラジウムの高コストのため、当初は広く採用されませんでしたが、近年再び注目を集めています。

この仕上げは、ENIGや浸漬銀などの仕上げに匹敵するはんだ付け性に加え、優れた耐腐食性と12ヶ月を超える長期保存性を備えています。均一な金属堆積により、高密度部品や微細な形状の基板に最適な平坦な表面仕上げを実現します。ENEPIGはワイヤーボンディングも可能です。

潜在的な欠点としては、他の一般的な仕上げに比べて依然としてコストが高く、再加工性にも若干の制限があることが挙げられます。製造プロセスとの適合性も考慮する必要があります。しかし、保管寿命、接合性、はんだ付け性が求められる基板の場合、ENEPIGはコストが高くても検討する価値があるかもしれません。

5. ハードゴールド

硬質金めっきは、最も耐久性の高いPCB仕上げの一つで、通常、30マイクロインチのニッケルの上に50～100マイクロインチの厚さの金が堆積されます。コネクタのように頻繁に嵌合する部品に優れた耐摩耗性を提供します。しかし、硬質金めっきは最も高価な仕上げの一つでもあります。

はんだ付け性が限られているため、硬質金ははんだ接合部への使用は稀です。代表的な用途としては、エッジコネクタ、バッテリー接点、試作基板のテストポイントなどが挙げられます。硬質金は高コストではあるものの、その硬さと長寿命性から、これらの用途に適しています。

硬質金めっきの利点は、機能寿命の長さ、鉛フリーへの適合性、耐腐食性です。欠点としては、価格が高く、バスめっきなどの追加処理が必要になることが挙げられます。

6. 液浸銀

浸漬銀めっきは鉛フリーのPCB仕上げで、錫ベースの仕上げのように銅を酸化しません。しかし、空気に触れると変色することがあります。はんだ付け性を維持するため、浸漬銀めっきPCBは保護包装が必要であり、保管期間は6～12ヶ月と短くなっています。包装から取り出した後は、仕上げが劣化する前にXNUMX日以内にはんだ付けを行う必要があります。

液浸蒸着プロセスは、ファインピッチ部品やボールグリッドアレイを搭載した基板において、優れた表面平坦性を実現します。液浸銀は、金ベースの仕上げに比べてコスト効率に優れています。しかし、取り扱いや露出のリスクがあるため、組立作業者は基板を開梱後、迅速に作業を行う必要があります。仕上げの損傷を防ぐため、剥離可能なマスクの使用は避けてください。

7. 浸漬錫

プリント基板（PCB）用の鉛フリー表面処理である浸漬錫は、化学蒸着法を用いて施されます。銅配線上に均一な薄い錫のコーティング層を形成します。浸漬錫は平坦な形状のため、ファインピッチ部品、ボールグリッドアレイ（BGA）、その他の小型表面実装部品を搭載した基板に適しています。経済的な浸漬コーティングである錫には欠点もあります。時間の経過とともに酸化し、はんだ付け性が低下する可能性があります。高品質なはんだ接合部を確保するには、めっき後30日以内に組み立てを行う必要があります。大量生産であればこの問題は軽減できますが、少量生産の場合は、浸漬銀などのより長期保存性に優れた仕上げが適している場合があります。

浸漬錫は汚染やウィスカ発生のリスクに敏感であるため、慎重な取り扱いが必要です。また、ソルダーレジストをエッチングするため、剥離可能なレジストの使用が制限されます。しかしながら、コスト重視の鉛入りまたは鉛フリー基板で迅速な組み立てが必要な場合、浸漬錫は信頼性の高いはんだ付け性を提供します。

8. OSP

有機はんだ付け性保護剤（OSP）は、薄い有機コーティングを塗布することでプリント基板の銅表面を保護します。このOSP層は、ディッピングやスプレーなどの自動化プロセスによって塗布され、はんだ付け前の銅の酸化を防ぎます。

OSPフィルムは0.05～0.2ミクロンと非常に薄いため、厚さを直接測定することはできません。一時的な保護効果があり、保存期間は通常3～6ヶ月です。メタリック仕上げに比べて、OSPは環境への影響が最小限です。ただし、コーティングの損傷を防ぐため、取り扱いには注意が必要です。

OSPの利点は、低コスト、工程追加が容易、リワークが容易、鉛フリー対応などです。欠点は、保管寿命が短いこと、めっきスルーホールを保護できないこと、自動光学検査で問題が発生する可能性があることです。

PCB表面仕上げの比較表

各表面仕上げの詳細を理解した後、次の表に主要な属性の比較を示します。

PCB に適した表面仕上げを選択するにはどうすればよいでしょうか?

以下に、PCB プロジェクトでプリント回路基板の表面仕上げを選択する際に考慮すべき重要な事項をいくつか示します。

はんだ付け性 – 組み立て中に仕上げがはんだに濡れる能力は、はんだ接合部の信頼性を確保する上で重要です。

保存期間 – 酸化が起こる前に仕上げがはんだ付け性を維持できる期間を指します。これは、PCB を長期間保存するために重要です。

熱サイクル性能 - 表面仕上げは、動作中に繰り返される加熱・冷却サイクルに対して、ひび割れや劣化を生じることなく耐えられる必要があります。これは、想定される環境において温度変動や熱応力を受ける製品にとって重要です。

耐摩耗性 - 理想的な表面仕上げは、取り扱い、組み立て、コネクタの嵌合、またはその他の機械プロセス中に摩耗したり劣化したりすることを防ぎます。

コスト – 表面仕上げによって材料費と加工費が大幅に異なる可能性があるため、予算とパフォーマンス要件のバランスを取る必要があります。

鉛フリー適合性 – 鉛フリーはんだ合金を使用する場合、表面仕上げは鉛フリーはんだと適合し、濡れ性がある必要があります。

環境規制 - 表面仕上げは、欧州の RoHS 指令など、有害物質の使用に関する法的規制に準拠する必要があります。

最後の言葉

製品に最適なPCB表面仕上げを選択するには、複数の要素を評価する必要があります。次のプロジェクトに最適なPCB表面仕上げをまだ検討中であれば、 私たちに手を差し伸べる最適な選択をお手伝いいたします。当社は、世界中の様々な業界の大手テクノロジーブランド向けに20年近くPCBを製造してきた実績があり、幅広い表面仕上げ技術を駆使したPCBの製造・組立において高い技術力を有しています。