Leiterplatte Blog - Eigenschaften und Anwendungen der Oberflächenbehandlung von Leiterplatten

I. Introduction
With the continuous improvement of human's requirements for the living environment, die Umweltprobleme, die mit dem gegenwärtigen PCB-Board Produktionsverfahren sind besonders hervorzuheben. Das Diema Blei und Brom ist derzeit heiß; bleifrei und halogenfrei wirken sich auf die Entwicklung von PCB-Boards in vielerlei Hinsicht. Obwohl die Veränderungen im Oberflächenbehandlungsprozess PCB-Boards sind im Moment nicht sehr groß, Es scheint eine relativ ferne Sache zu sein, Aber es sollte beachtet werden, dass langfristige langsame Veränderungen zu großen Veränderungen führen werden. Unter dem Umstand, dass die Stimme des Umweltschutzes immer höher wird, der Oberflächenbehandlungsprozess von PCB-Boards wird definitiv große Veränderungen in der Zukunft erfahren.

2. The purpose of surface treatment
The basic purpose of surface treatment is to ensure good solderability or electrical properties. Da Kupfer in der Natur dazu neigt, in Form von Oxiden in der Luft zu existieren und es unwahrscheinlich ist, dass es lange Zeit als Rohkupfer bleibt, zusätzliche Kupferbehandlungen sind erforderlich. Obwohl in der anschließenden Montage, Starkes Flussmittel kann verwendet werden, um die meisten Kupferoxide zu entfernen, aber starker Fluss selbst ist nicht leicht zu entfernen, so verwendet die Industrie im Allgemeinen keinen starken Fluss.

3. Five common surface treatment processes
There are many surface treatment processes for Leiterplatte. Die üblichen sind Heißluftnivellierung, organische Beschichtung, galvanische Vernickelung/Tauchgold, Tauchsilber und Tauchzinn, die nachfolgend einzeln vorgestellt werden.
1) Hot air leveling
Hot air leveling, auch bekannt als Heißluftlotnivellierung, ist ein Verfahren zum Beschichten von geschmolzenem Zinn-Blei-Lot auf der Oberfläche der PCB and flattening (blowing) it with heated compressed air to form a Ebene that resists copper oxidation and provides good reliability. Schweißbare Beschichtung. Löt und Kupfer bilden eine Kupfer-Zinn-intermetallische Verbindung an der Kreuzung während der Heißluftnivellierung. Die Dicke des Lots zum Schutz der Kupferoberfläche beträgt etwa 1-2 mils. The PCB-Board wird in geschmolzenes Lot eingetaucht, wenn es heiße Luft nivelliert wird; Das Luftmesser bläst das flüssige Lot, bevor das Lot erstarrt; Das Luftmesser kann das Lot auf der Kupferoberfläche meniskusieren und verhindern, dass das Lot überbrückt. Heißluftnivellierung wird in zwei Arten unterteilt: vertikale Art und horizontale Art. Es wird allgemein angenommen, dass der horizontale Typ besser ist, hauptsächlich, weil die horizontale Heißluftnivellierungsschicht gleichmäßiger ist und automatische Produktion realisieren kann. Der allgemeine Prozess des Heißluftnivellierungsprozesses ist: Mikroätzen â­Vorwärmen â­Flussbeschichtung â­Zinnsprühen â­Reinigung.

2) Organic coating
The organic coating process is different from other surface treatment processes, es wirkt als Barriereschicht zwischen Kupfer und Luft; Der organische Beschichtungsprozess ist einfach und kostengünstig, was es weit verbreitet in der Industrie macht. Die Moleküle der frühen organischen Beschichtung sind Imidazol und Benzotriazol, die eine Rolle bei der Rostvorbeugung spielen, und das Molekül ist hauptsächlich Benzimidazol, Eine chemisch gebundene Stickstofffunktionsgruppe mit dem Kupfer auf der PCB-Board. Im anschließenden Lötprozess, wenn nur eine organische Beschichtungsschicht auf der Kupferoberfläche nicht akzeptabel ist, es müssen viele Schichten sein. Aus diesem Grund werden in der Regel Kupferflüssigkeiten in Chemikalientanks zugesetzt. Nach der Beschichtungsschicht, die Beschichtungsschicht adsorbiert Kupfer; Dann verbinden sich die organischen Beschichtungsmoleküle der zweiten Schicht mit Kupfer, bis zwanzig oder sogar Hunderte organischer Beschichtungsmoleküle auf der Kupferoberfläche montiert sind, das mehrfache Reflow-Löten gewährleisten kann . Tests zeigen: Das organische Beschichtungsverfahren kann bei mehreren bleifreien Lötprozessen gute Leistung beibehalten. Der allgemeine Prozess des organischen Beschichtungsverfahrens ist: Entfetten, Mikroätzen, Beizen, Reinigen von reinem Wasser, und die Prozesssteuerung ist einfacher als andere Oberflächenbehandlungsprozesse.

3) Electroless Nickel/Immersion Gold
The galvanische Vernickelung/Immersion Gold Prozess ist nicht so einfach wie organische Beschichtung. Elektrolose Vernickelung/Tauchgold scheint eine dicke Rüstung auf die PZentralbank; zusätzlich, die elektrolose Vernickelung/Immersionsgoldprozess ist nicht wie organische Beschichtung als Rostbarriere. layer, Es kann bei der langfristigen Nutzung der PCB-Board und eine gute elektrische Leistung erreichen. Daher, Elektroloses Nickel plating/Tauchgold ist, eine dicke Schicht Nickel-Gold-Legierung mit guten elektrischen Eigenschaften auf der Kupferoberfläche zu wickeln, die die PCB-Board für eine lange Zeit; zusätzlich, es hat auch Umweltschutz, den andere Oberflächenbehandlungsverfahren nicht haben. Pdie. Der Grund für die Vernickelung ist, dass Gold und Kupfer sich gegenseitig unterscheiden, und die Nickelschicht verhindert die Diffusion zwischen Gold und Kupfer; ohne Nickelschicht, Das Gold würde innerhalb von Stunden in das Kupfer diffundieren. Ein weiterer Vorteil von elektrolosem Nickel/Tauchgold ist die Stärke von Nickel, da nur fünf Mikrometer Nickel die Ausdehnung in Z-Richtung bei hohen Temperaturen begrenzen können. Darüber hinaus, electroless nickel/Tauchgold verhindert auch die Auflösung von Kupfer, was der bleifreien Montage zugute kommt. Der allgemeine Prozess der galvanischen Vernickelung / Eintauchgoldprozess ist: Säurereinigung â­Mikroätzen â­vortauchen â­Aktivierung â­elektroloses Vernickeln â­chemisches Eintauchgold, es gibt hauptsächlich sechs Chemikalientanks, mit fast 100 Arten von Chemikalien, so die Prozesskontrolle Vergleich Schwierigkeit.

4) Immersion silver
The immersion silver process is between organic coating and electroless nickel/Tauchgold. Der Prozess ist relativ einfach und schnell; es ist nicht so kompliziert wie elektroloses Nickel/Tauchgold, noch legt es eine dicke Schicht Rüstung auf die PCB, aber es bietet immer noch gute elektrische Leistung. Silber ist Golds kleiner Bruder und behält auch bei Hitze gute Lötbarkeit, Feuchtigkeit und Verschmutzung, aber trübt an. Immersionssilber hat nicht die gute physikalische Festigkeit von elektrolosem Nickel/Tauchgold, weil es kein Nickel unter der Silberschicht gibt. Darüber hinaus, Immersionssilber hat gute Lagereigenschaften, und es wird keine größeren Probleme in der Montage nach ein paar Jahren Immersion Silber geben. Immersionssilber ist eine Verdrängungsreaktion, Es ist fast eine Sub-Mikron Beschichtung aus reinem Silber. Manchmal enthält der Immersionssilber-Prozess auch etwas organisches Material, hauptsächlich, um Silberkorrosion zu verhindern und das Problem der Silbermigration zu beseitigen; Es ist im Allgemeinen schwierig, diese dünne Schicht organischer Materie zu messen, und die Analyse zeigt, dass das Gewicht der organischen Substanz kleiner als 1%ist.

5) Immersion Tin
Since all current solders are based on tin, Die Zinnschicht kann auf jede Art von Lot abgestimmt werden. Aus diesem Blickwinkel, Der Tauchzinnprozess hat große Entwicklungsperspektiven. Allerdings, Zinnhaare erschienen auf der vorherigen PCB-Boards nach dem Zinneintauchen, und die Migration von Zinnhaaren und Zinn während des Lötprozesses würde Zuverlässigkeitsprobleme verursachen, So war die Einführung des Zinn-Eintauchverfahrens begrenzt. Später, der Zinn-Tauchlösung wurden organische Additive zugesetzt, die Zinnschicht-Struktur eine körnige Struktur haben kann, das die bisherigen Probleme überwindet, und hat auch gute thermische Stabilität und Lötbarkeit. Das Tauchzinnverfahren kann eine flache intermetallische Kupfer-Zinn-Verbindung bilden, wodurch Tauchzinn die gleiche gute Lötbarkeit hat wie Heißluftnivellierung ohne die Kopfschmerzen der Heißluftnivellierung; Tauchzinn hat auch keine elektrolose Vernickelung / Diffusionsproblem zwischen Immersionsgoldmetallen und Kupfer-Zinn intermetallischen Verbindungen können fest miteinander verbunden werden. Das Zinn-Tauchbrett kann nicht zu lange gelagert werden, und die Montage muss gemäß der Reihenfolge des Zinneintauchens durchgeführt werden.

6) Other surface treatment processes
There are few applications of other surface treatment processes. Werfen wir einen Blick auf die verhältnismäßig mehr Nickel-Gold-Galvanik und die elektrolose Palladiumbeschichtung Verfahren. Galvanisieren Nickel-Gold ist der Urheber des Oberflächenbehandlungsprozesses von PCB-Boards. Es ist seit dem Erscheinen von PCB-Boards, und sich allmählich zu anderen Methoden entwickelt hat. Es ist, zuerst eine Schicht Nickel auf dem Leiter auf der Oberfläche des PCB und dann mit einer Schicht Gold überziehen. Vernickeln dient hauptsächlich dazu, die Diffusion zwischen Gold und Kupfer zu verhindern. Now there are two types of electroplated nickel gold: soft gold plating (pure gold, the gold surface does not look bright) and hard gold plating (the surface is smooth and hard, verschleißfest, enthält andere Elemente wie Kobalt, and the gold surface looks brighter). Weiches Gold wird hauptsächlich für Golddraht in der Chipverpackung verwendet; Hartgold wird hauptsächlich für elektrische Verbindungen an nicht lötenden Stellen verwendet. Unter Berücksichtigung der Kosten, Die Industrie verwendet oft Bildübertragung, um den Einsatz von Gold durch selektive Galvanik zu reduzieren. Zur Zeit, Der Einsatz von selektiver Vergoldung in der Industrie nimmt weiter zu, hauptsächlich wegen der Schwierigkeit bei der Steuerung der elektrolosen Vernickelung/Tauchgoldprozess. Unter normalen Umständen, Schweißen führt dazu, dass galvanisches Gold spröde wird, was die Lebensdauer verkürzt, Vermeiden Sie also Schweißen auf galvanischem Gold; aber elektrolose Vernickelung/Tauchgold ist sehr dünn und konsistent, und Versprödung tritt selten auf. . Der Prozess der elektrolosen Palladiumplattierung ist dem der elektrolosen Vernickelung ähnlich. The main process is to reduce palladium ions to palladium on the catalytic surface by a reducing agent (such as sodium dihydrogen hypophosphite), und das neue Palladium kann ein Katalysator werden, um die Reaktion zu fördern, so dass eine Palladiumbeschichtung beliebiger Dicke erhalten werden kann. Die Vorteile der elektrolosen Palladiumplattierung sind gute Lötsicherheit, thermische Stabilität, und Oberflächenebene.

4. The choice of surface treatment technology
The choice of surface treatment process mainly depends on the type of final assembly components; the surface treatment process will affect the production, Montage und Endverwendung der PCB-Board. Im Folgenden wird der Einsatz von fünf gängigen Oberflächenbehandlungsverfahren konkret vorgestellt.
1) Hot air leveling
Hot air leveling once dominated the PCB Oberflächenbehandlungsverfahren. In den 1980er Jahren, mehr als drei Viertel der PCB-Boards verwendet das Heißluftnivellierungsverfahren, Aber die Industrie hat die Verwendung des Heißluftnivellierungsverfahrens in den letzten zehn Jahren reduziert. Schätzungen zufolge liegen derzeit etwa 25%-40% der PCB-Boards. Verwendung eines Heißluftnivellierungsverfahrens. Die schmutzigen, stinkt, und gefährlicher Prozess der Heißluftnivellierung war nie ein bevorzugter Prozess, aber es ist ein ausgezeichneter Prozess für größere Komponenten und größere Pitch Drähte. In der PCB-Board mit höherer Dichte, Die Ebenheit der Heißluftnivellierung wirkt sich auf die nachfolgende Montage aus; deshalb, Die HDI-Platine verwendet im Allgemeinen nicht das Heißluftnivellierungsverfahren. Mit dem Fortschritt der Technologie, Die Industrie hat nun ein Heißluftnivellierungsverfahren entwickelt, das für QF geeignet istP und BGA mit kleinerem Montageabstand, aber es gibt nur wenige praktische Anwendungen. Zur Zeit, Einige Fabriken verwenden organische Beschichtung und elektrolose Vernickelung/Tauchgoldprozess, um den Heißluftnivellierungsprozess zu ersetzen; Die technologische Entwicklung lässt auch einige Fabriken Immersionszinn- und Immersionssilberprozess annehmen. Gepaart mit dem Trend bleifrei in den letzten Jahren, Der Einsatz von Heißluftnivellierung wird weiter eingeschränkt. Obwohl eine sogenannte bleifreie Heißluftnivellierung aufgetreten ist, Dies kann Probleme mit der Gerätekompatibilität mit sich bringen.

2) Organic coating
It is estimated that about 25%-30% of PCB-Boards verwenden derzeit ein organisches Beschichtungsverfahren, and this proportion has been rising (it is likely that organic coating is now in place over hot air leveling). Das organische Beschichtungsverfahren kann auf Low-Tech angewendet werden PCB-Boardsowie High-Tech PCB-Boards, wie einseitiger Fernseher PCB-Boards und High-Density Chip Packaging Boards. Für BGA, Es gibt auch viele Anwendungen der organischen Beschichtung. Wenn die PCB-Board hat keine funktionalen Anforderungen an die Oberflächenanbindung oder Haltbarkeitsbeschränkungen, Organische Beschichtung wird ein idealer Oberflächenbehandlungsprozess sein.

3) Electroless Nickel/Immersion Gold
The electroless nickel/Das Eintauchgoldverfahren unterscheidet sich von der organischen Beschichtung. Es wird hauptsächlich auf Platten mit Oberflächenanschlussfunktionsanforderungen und langer Haltbarkeit verwendet, wie Schlüsselbereiche für Mobiltelefone, Randanschlußbereiche von Routergehäusen, und Chipprozessor Elastizität. Der elektrische Kontaktbereich des Anschlusses. Elektroloses Nickel/Tauchgold wurde in den 1990er Jahren aufgrund des Flachheitsproblems der Heißluftnivellierung und der Entfernung von organisch beschichtetem Flussmittel weit verbreitet. Die Anwendung von Immersionsgold/Immersionsgoldprozess hat sich verringert, aber fast alle High-Tech PCB-Board Fabrik hat elektroloses Nickel/Tauchgolddraht. Berücksichtigung der Sprödigkeit der Lötstellen beim Entfernen der Kupfer-Zinn-Intermetalle, Es gibt viele Probleme mit den relativ spröden Nickel-Zinn-Intermetallen. Daher, almost all portable electronic products (such as mobile phones) use copper-tin intermetallic compound solder joints formed by organic coating, Tauchsilber oder Tauchzinn, und verwenden Sie elektrolose Vernickelung/Tauchgold, um Schlüsselbereiche zu bilden, Kontaktbereiche und EMI-Abschirmbereiche . Es wird geschätzt, dass etwa 10%-20% von PCB-Boards verwenden derzeit elektroloses Nickel/Tauchgoldprozess.

4) Immersion silver
Immersion silver is cheaper than electroless nickel plating/Tauchgold. Wenn die PCB-Board hat Verbindungsfunktionsanforderungen und muss Kosten senken, Tauchsilber ist eine gute Wahl; plus die gute Ebenheit und Kontakt von Immersionssilber, Dann sollte Immersionssilber mehr gewählt werden Silber Handwerk. Es gibt viele Anwendungen von Immersionssilber in Kommunikationsprodukten, Automobile, und Computerperipherie, und Immersionssilber wird auch im Hochgeschwindigkeitssignaldesign verwendet. Weil Immersionssilber gute elektrische Eigenschaften hat, die mit anderen Oberflächenbehandlungen nicht vergleichbar sind, Es kann auch in Hochfrequenzsignalen verwendet werden. EMS empfiehlt den Tauchsilberprozess wegen seiner einfachen Montage und besseren Inspektionsfähigkeit. Allerdings, the growth of immersion silver is slow (but not decreased) due to defects such as tarnishing and solder joint voids. Es wird geschätzt, dass etwa 10%-15% von PCB-Boards verwenden derzeit das Immersionssilberverfahren.

5) Immersion Tin
The introduction of tin into the surface treatment process is a matter of nearly ten years, und die Entstehung dieses Prozesses ist das Ergebnis der Anforderung der Produktionsautomatisierung. Immersion tin does not bring any * elements into the welding place, besonders geeignet für Kommunikationsrückwände. Zinn verliert die Lötbarkeit über die Haltbarkeit der Platine hinaus, So erfordert Tauchzinn bessere Lagerbedingungen. Darüber hinaus, Der Einsatz von Zinn-Eintauchverfahren ist aufgrund des Vorhandenseins von Karzinogenen eingeschränkt. Es wird geschätzt, dass etwa 5%-10% von PCB-Boards verwenden derzeit das Tauchzinnverfahren.

5. Conclusion
As customer requirements are getting higher and higher, Umweltanforderungen werden immer strenger, und Oberflächenbehandlungsverfahren werden immer zahlreicher, Es scheint ein wenig blendend und verwirrend, welches Oberflächenbehandlungsverfahren ausgewählt werden soll, welches Entwicklungsperspektiven und mehr Vielseitigkeit hat. . Wo die Leiterplatte Oberflächenbehandlungsprozess in Zukunft kann jetzt nicht genau vorhergesagt werden.