8 распространенных покрытий поверхности печатных плат: как выбрать правильное?

Поверхностная отделка печатной платы — это покрытие или обработка, применяемая к открытым медным дорожкам и площадкам печатной платы. Она играет важную роль в функциональности и сроке службы печатной платы. В этом руководстве будет представлен обзор 8 основных видов поверхностной отделки печатных плат, включая их преимущества, ограничения и области применения. Кроме того, мы перечислим основные соображения по выбору правильной поверхностной обработки печатной платы для ваших плат. Давайте читать дальше.

Почему необходима финишная обработка поверхности печатной платы?

Нанесение финишных покрытий на поверхность печатных плат Изготовление печатных плат имеет решающее значение для защиты медных дорожек от окисления и загрязняющих веществ окружающей среды, которые ухудшают производительность. Эти покрытия для поверхности печатных плат защищают от влаги, пыли, химикатов и экстремальных температур, предотвращая проникновение и коррозию Материал печатной платы. Они также способствуют эффективной пайке и адгезии во время сборки, улучшая тепло- и электропроводность для лучшей эффективности схемы. Правильная отделка продлевает срок службы печатной платы, уменьшая истирание, предотвращая образование тусклости и противодействуя образованию дендритов, которые могут вызывать короткие замыкания. В целом, отделка поверхности имеет важное значение как для производства, так и для функциональности, сохраняя паяемость, ограничивая ущерб окружающей среде и обеспечивая бесперебойное производство для определенных применений.

8 типов отделки поверхности печатных плат

1. HASL

Выравнивание пайкой горячим воздухом (HASL) является одним из наиболее распространенных методов финишной обработки поверхности печатных плат из-за его низкой стоимости и возможности пайки. Процесс HASL включает погружение печатной платы в жидкий припой, а затем использование ножей с горячим воздухом для выравнивания поверхности. Несмотря на свою дешевизну и доступность, HASL имеет некоторые ограничения. Неровный рельеф может вызвать проблемы с небольшими компоненты для поверхностного монтажа Корпуса размером менее 0805 или BGA с мелким шагом (матрицы шариковых выводов). Образование мостиков между контактными площадками также является риском на платах с высокой плотностью соединений. Кроме того, стандартный оловянно-свинцовый HASL содержит свинец, поэтому не соответствует нормам RoHS. Бессвинцовый HASL является вариантом, но он стоит дороже.

Для плат с в основном сквозными отверстиями или крупными поверхностными монтажами HASL остается хорошим экономичным выбором. Однако для плат с компонентами с ультратонким шагом, плотной трассировкой и требованиями к отсутствию свинца другие покрытия могут быть предпочтительнее.

2. Безсвинцовый HASL

При выравнивании пайки горячим воздухом без свинца (HASL) используются сплавы олова и меди, олова и никеля или олова и меди и никеля вместо стандартного припоя олова и свинца. Это делает его экономичным вариантом, соответствующим требованиям RoHS. Однако, как и традиционный HASL, он по-прежнему страдает от неровной топографии, что может вызывать проблемы с небольшими поверхностными монтажами.

Для плат с компонентами с высокой плотностью и малым шагом иммерсионные покрытия могут быть лучшим выбором, несмотря на их немного более высокую стоимость. Равномерное нанесение иммерсионных покрытий помогает предотвратить образование мостиков и других дефектов на платах с компонентами с малым шагом или массивами шариковых выводов.

В целом, бессвинцовый HASL обеспечивает экономичную паяемость в сочетании с соблюдением нормативных требований. Тем не менее, некоторые приложения с небольшими размерами корпусов или мелкими размерами элементов могут выиграть от улучшенной ровности поверхности иммерсионных покрытий.

3. ENIG

Химическое золото поверх никеля (ENIG) — это обработка поверхности печатной платы, которая состоит из слоя никелевого покрытия, покрытого тонким слоем золота. Эта комбинация обеспечивает прочное, устойчивое к коррозии покрытие с увеличенным сроком хранения, охватывающим годы.

Процесс осаждения методом погружения создает однородную ровную поверхность, хорошо подходящую для плат с мелкая подача компоненты, BGA и небольшие корпуса чипов. ENIG также позволяет выполнять проволочную спайку. Однако это стоит дороже других покрытий.

Потенциальные проблемы, о которых следует знать при использовании ENIG, — это образование черных площадок под корпусами BGA и агрессивное травление паяльной маски, что может потребовать более крупных зазоров. Также следует избегать BGA с полностью определенной паяльной маской при использовании этого покрытия.

4. ENEPIG

Химическое никелирование, химическое палладиевое иммерсионное золото (ENEPIG) — это многослойное покрытие поверхности печатной платы, впервые представленное в 1990-х годах. Оно состоит из последовательных покрытий никелем, палладием и золотом. Хотя изначально ENEPIG не получил широкого распространения из-за высокой стоимости палладия, в последние годы к нему вновь возник интерес.

Это покрытие обеспечивает паяемость, сравнимую с покрытиями типа ENIG и иммерсионным серебром, а также отличную коррозионную стойкость и длительный срок хранения, превышающий 12 месяцев. Равномерное нанесение металла обеспечивает ровную поверхность, идеально подходящую для плат с компонентами высокой плотности и мелкими размерами элементов. ENEPIG также можно соединять проволокой.

Потенциальные недостатки — более высокая стоимость по сравнению с другими распространенными покрытиями и некоторые ограничения по возможности повторной обработки. Совместимость с производственными процессами также требует рассмотрения. Однако для плат, требующих срока годности, склеиваемости и паяемости, ENEPIG может заслуживать рассмотрения, несмотря на его надбавку к стоимости.

5. Твердое золото

Твердое золотое покрытие является одним из самых прочных покрытий печатных плат, с типичной толщиной 30-50 микродюймов золота, нанесенного на 100 микродюймов никеля. Оно обеспечивает превосходную износостойкость для компонентов с частыми циклами сопряжения, таких как разъемы. Однако твердое золото также является одним из самых дорогих покрытий.

Из-за своей ограниченной способности к пайке твердое золото редко применяется в паяных соединениях. Типичные области применения включают краевые разъемы, контакты аккумуляторов и контрольные точки на прототипных платах. Твердость и долговечность делают его хорошо подходящим для этих случаев использования, несмотря на высокую стоимость.

Преимущества твердого золотого покрытия — долгий срок службы, совместимость с безсвинцовыми материалами и коррозионная стойкость. К недостаткам можно отнести высокую цену и необходимость дополнительных этапов обработки, например, шинного покрытия.

6. Иммерсионное Серебро

Иммерсионное серебро — это бессвинцовое покрытие печатных плат, которое не окисляет медь, как покрытия на основе олова. Однако воздействие воздуха часто приводит к его потускнению. Для сохранения паяемости иммерсионные серебряные печатные платы требуют защитной упаковки и имеют короткий срок хранения 6–12 месяцев. После извлечения из упаковки платы должны быть подвергнуты пайке в течение дня, прежде чем покрытие деградирует.

Процесс иммерсионного осаждения создает превосходную плоскостность поверхности для плат с компонентами малого шага или массивами шариковых сеток. Иммерсионное серебро также экономически эффективно по сравнению с отделками на основе золота. Однако риски, связанные с обработкой и воздействием, означают, что сборщики должны работать быстро после распаковки плат. Следует избегать отслаивающихся масок, чтобы предотвратить повреждение отделки.

7. Олово погружения

Иммерсионное олово, бессвинцовое покрытие поверхности для печатных плат, реализуется с использованием метода химического осаждения. Оно обеспечивает тонкое равномерное покрытие олова на медных дорожках. Плоская топография иммерсионного олова делает его хорошо подходящим для плат с мелкошаговыми компонентами, решетчатыми шариковыми выводами и другими небольшими поверхностными монтажами. Как экономичное иммерсионное покрытие, олово имеет недостатки. Оно может окисляться со временем, снижая паяемость. Чтобы обеспечить качественные паяные соединения, сборка должна выполняться в течение 30 дней после нанесения покрытия. Производство в больших объемах может смягчить это, но меньшие объемы могут потребовать более стабильного при хранении покрытия, такого как иммерсионное серебро.

Требуется осторожное обращение, поскольку иммерсионное олово чувствительно к загрязнению и риску роста усов. Оно также травит паяльную маску и ограничивает использование отслаивающихся масок. Однако для чувствительных к стоимости свинцовых или бессвинцовых плат с быстрой сборкой иммерсионное олово может обеспечить надежную паяемость.

8. OSP

Органические консерванты паяемости (OSP) защищают медные поверхности на печатных платах, нанося тонкое органическое покрытие. Этот слой OSP наносится с помощью автоматизированного процесса, например, погружения или распыления. Он предотвращает окисление меди перед пайкой.

Пленки OSP очень тонкие, в диапазоне от 0.05 до 0.2 микрон, поэтому толщину невозможно измерить напрямую. Они обеспечивают временную защиту с типичным сроком хранения 3-6 месяцев. По сравнению с металлическими покрытиями, OSP оказывают минимальное воздействие на окружающую среду. Однако они требуют осторожного обращения, чтобы избежать повреждения покрытия.

Преимущества OSP включают низкую стоимость, простоту добавления процесса, возможность повторной обработки и совместимость с бессвинцовыми материалами. Недостатки — короткий срок хранения, невозможность защитить металлизированные сквозные отверстия и потенциальные проблемы с автоматизированным оптическим контролем.

Сравнительная таблица покрытий поверхности печатных плат

После изучения деталей каждого вида отделки поверхности в следующей таблице представлено сравнение их основных характеристик:

Как выбрать правильное покрытие поверхности для печатной платы?

Ниже мы перечислим несколько ключевых соображений при выборе отделки поверхности печатной платы для вашего проекта печатной платы:

Паяемость – способность покрытия смачиваться припоем во время сборки важна для обеспечения надежности паяного соединения.

Срок годности — это показатель того, как долго покрытие может сохранять паяемость до того, как произойдет окисление, что имеет решающее значение для сохранения печатных плат в течение длительного времени.

Характеристики термоциклирования - Поверхностная отделка должна выдерживать повторяющиеся циклы нагрева и охлаждения во время эксплуатации без растрескивания или ухудшения. Это важно для изделий, которые будут подвергаться колебаниям температуры и термическим напряжениям в предполагаемой среде.

Износостойкость – идеальная отделка поверхности должна противостоять износу или ухудшению качества во время обработки, сборки, соединения разъемов или других механических процессов.

Стоимость. Стоимость материалов и обработки может существенно различаться для разных видов отделки поверхности, поэтому бюджет необходимо соотносить с требованиями к производительности.

Совместимость с бессвинцовыми припоями. Если будут использоваться бессвинцовые припои, то отделка поверхности должна быть совместима с бессвинцовыми припоями и смачиваться ими.

Экологические нормы. Отделка поверхности должна соответствовать всем законодательным ограничениям по использованию опасных веществ, например, директиве RoHS в Европе.

Выводы

Выбор лучшего покрытия поверхности печатной платы для вашего продукта включает оценку множества факторов. Если вы все еще размышляете над идеальным покрытием поверхности печатной платы для вашего следующего проекта, протягивать к нам. Мы поможем вам сделать правильный выбор. Имея почти двадцатилетний опыт производства печатных плат для ведущих технологических брендов в различных отраслях промышленности по всему миру, наша компания накопила значительный опыт в изготовлении и сборке печатных плат, используя широкий спектр методов обработки поверхности.