Leiterplatte Blog - Eigenschaften und Anwendungen der Oberflächenbehandlung von Leiterplatten

I. EinführungMit der kontinuierlichen Verbesserung der Anforderungen des Menschen an die Lebensumgebung sind die Umweltprobleme, die mit dem aktuellen Leiterplattenprozess verbunden sind, besonders prominent. Das Thema Blei und Brom ist derzeit heiß; Blei- und halogenfrei beeinflussen die Entwicklung von Leiterplatten in vielerlei Hinsicht. Obwohl die Änderungen im Oberflächenbehandlungsprozess von Leiterplatten derzeit nicht sehr groß sind, scheint es eine relativ entfernte Sache zu sein, aber es sollte angemerkt werden, dass langfristige langsame Veränderungen zu riesigen Veränderungen führen werden. Unter dem Umstand, dass die Stimme des Umweltschutzes immer höher wird, wird der Oberflächenbehandlungsprozess von Leiterplatten in der Zukunft definitiv großen Veränderungen unterliegen.

2. Der Zweck der OberflächenbehandlungDer grundlegende Zweck der Oberflächenbehandlung ist es, gute Lötbarkeit oder elektrische Eigenschaften zu gewährleisten. Da Kupfer in der Natur tendenziell in Form von Oxiden in der Luft existiert und nicht lange als Rohkupfer verbleibt, sind zusätzliche Kupferbehandlungen erforderlich. Obwohl in der nachfolgenden Montage starkes Flussmittel verwendet werden kann, um die meisten Kupferoxide zu entfernen, ist starkes Flussmittel selbst nicht einfach zu entfernen, so dass die Industrie im Allgemeinen keinen starken Flussmittel verwendet.3. Fünf gemeinsame Oberflächenbehandlungsverfahren Es gibt viele Oberflächenbehandlungsverfahren für Leiterplatten. Die üblichen sind Heißluftnivellierung, organische Beschichtung, elektroloses Vernickeln/Eintauchgold, Immersionssilber und Immersionszinn, die nacheinander unten eingeführt werden.1) Heißluftnivellierung, auch bekannt als Heißluft-Lotnivellierung, ist ein Prozess der Beschichtung von geschmolzenem Zinn-Blei-Lot auf der Oberfläche der Leiterplatte und Abflachung (Blasen) mit erhitzter Druckluft, um eine Schicht zu bilden, die Kupferoxidation widersteht und gute Zuverlässigkeit bietet. 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. Die Leiterplatte wird in geschmolzenes Lot eingetaucht, wenn sie 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) Organische Beschichtung Der organische Beschichtungsprozess unterscheidet sich von anderen Oberflächenbehandlungsverfahren, es wirkt als Barriereschicht zwischen Kupfer und Luft; Der organische Beschichtungsprozess ist einfach und kostengünstig, was es in der Industrie weit verbreitet macht. Die Moleküle der frühen organischen Beschichtung sind Imidazol und Benzotriazol, die eine Rolle bei der Rostvorbeugung spielen, und das Molekül ist hauptsächlich Benzimidazol, das eine chemisch gebundene Stickstofffunktionsgruppe mit dem Kupfer auf der Leiterplatte ist. Wenn im anschließenden Lötverfahren nur eine organische Beschichtungsschicht auf der Kupferoberfläche nicht akzeptabel ist, müssen viele Schichten vorhanden sein. Aus diesem Grund werden in der Regel Kupferflüssigkeiten in Chemikalientanks zugesetzt. Nach der Beschichtungsschicht adsorbiert die Beschichtungsschicht Kupfer; Dann verbinden sich die organischen Beschichtungsmoleküle der zweiten Schicht mit Kupfer, bis zwanzig oder sogar Hunderte organischer Beschichtungsmoleküle auf der Kupferoberfläche montiert sind, die mehrfaches Reflow-Löten gewährleisten können. Tests zeigen: Das organische Beschichtungsverfahren kann bei mehreren bleifreien Lötprozessen eine gute Leistung beibehalten. Der allgemeine Prozess des organischen Beschichtungsverfahrens ist: Entfetten, Mikroätzen, Beizen, Reinigen von reinem Wasser, Organisches Beschichten, Reinigen, und die Prozesskontrolle ist einfacher als andere Oberflächenbehandlungsverfahren.3) Elektroloses Nickel/Eintauchen GoldDas galvanische Vernickeln/Eintauchen Gold Verfahren ist nicht so einfach wie organische Beschichtung. Elektroloses Vernickeln/Eintauchgold scheint eine dicke Panzerung auf die Leiterplatte zu setzen; Darüber hinaus ist das elektrolose Vernickeln/Eintauchgoldverfahren nicht wie eine organische Beschichtung als Rostbarriere. Schicht, kann es bei der langfristigen Verwendung der Leiterplatte nützlich sein und eine gute elektrische Leistung erzielen. Daher ist das elektrolose Vernickeln/Eintauchgold, eine dicke Schicht der Nickel-Gold-Legierung mit guten elektrischen Eigenschaften auf der Kupferoberfläche zu wickeln, die die Leiterplatte für eine lange Zeit schützen kann; Darüber hinaus verfügt es auch über Umweltschutz, den andere Oberflächenbehandlungsverfahren nicht haben. Geduld. Der Grund für die Vernickelung ist, dass Gold und Kupfer interdiffundieren, und die Nickelschicht verhindert die Diffusion zwischen Gold und Kupfer; Ohne die Nickelschicht würde das Gold innerhalb weniger Stunden in das Kupfer diffundieren. Ein weiterer Vorteil von elektrolosem Nickel/Immersionsgold ist die Festigkeit von Nickel, da nur 5 Mikrometer Nickel die Ausdehnung in Z-Richtung bei hohen Temperaturen begrenzen kann. Darüber hinaus verhindert elektroloses Nickel/Immersionsgold auch die Auflösung von Kupfer, was der bleifreien Montage zugute kommt. Der allgemeine Prozess der galvanischen Vernickelung mit Eintauchgoldprozess ist: Säurereinigung â­Mikroätzen â­Voreintauchen â­Aktivierung â­Elektroloses Vernickeln â­chemisches Eintauchgold, es gibt hauptsächlich sechs chemische Tanks, die fast 100 Arten von Chemikalien einbeziehen, also die Prozesskontrollvergleichsschwierigkeit.4) ImmersionssilberDer Immersionssilberprozess ist zwischen organischer Beschichtung und elektrolosem Nickel/Eintauchgold. Der Prozess ist relativ einfach und schnell; Es ist nicht so kompliziert wie elektroloses Nickel/Immersionsgold, noch legt es eine dicke Schicht Panzerung auf die Leiterplatte, aber es bietet immer noch gute elektrische Leistung. Silber ist Golds kleiner Bruder und behält auch bei Hitze, Feuchtigkeit und Verschmutzung gute Lötbarkeit, aber Anlaufen. Immersionssilber hat nicht die gute physikalische Festigkeit von elektrolosem Nickel/Immersionsgold, da sich unter der Silberschicht kein Nickel befindet. Darüber hinaus hat Immersionssilber gute Lagereigenschaften, und es wird nach einigen Jahren Immersionssilber keine größeren Probleme bei der Montage geben. Immersionssilber ist eine Verdrängungsreaktion, es ist fast eine Submikronbeschichtung aus reinem Silber. Manchmal enthält der Tauchsilberprozess 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 Materie kleiner als 1%.5) Immersion TinDa alle aktuellen Lote auf Zinn basieren, kann die Zinnschicht auf jede Art von Lot abgestimmt werden. Unter diesem Gesichtspunkt hat das Tauchzinnverfahren große Entwicklungsperspektiven. Zinnhaare erschienen jedoch auf den vorherigen Leiterplatten nach dem Zinneintauchen, und die Migration von Zinnhaaren und Zinn während des Lötprozesses würde Zuverlässigkeitsprobleme bringen, so dass die Annahme des Zinneintauchen-Prozesses begrenzt war. Später wurden der Zinn-Eintauchlösung organische Additive hinzugefügt, die die Zinnschicht-Struktur eine körnige Struktur verleihen kann, die die vorherigen Probleme überwindet und auch eine gute thermische Stabilität und Lötbarkeit aufweist. Der Tauchzinnprozess kann eine flache intermetallische Kupfer-Zinn-Verbindung bilden, die Tauchzinn die gleiche gute Lötbarkeit wie Heißluftnivellierung ohne die Kopfschmerzen der Heißluftnivellierung aufweist; Immersionszinn hat auch keine elektrolose Vernickelung. Diffusionsproblem zwischen Immersionsgoldmetallen, da Kupfer-Zinn intermetallische Verbindungen fest miteinander verbunden werden können. Die Zinn-Tauchplatte kann nicht zu lange gelagert werden, und die Montage muss gemäß der Reihenfolge des Zinn-Tauchens durchgeführt werden.6) Andere Oberflächenbehandlungsverfahren Es gibt nur wenige Anwendungen anderer Oberflächenbehandlungsverfahren. Werfen wir einen Blick auf die relativ mehr Nickel-Gold-Galvanik und die elektrolose Palladiumplattierung. Die Galvanisierung von Nickel-Gold ist der Urheber des Oberflächenbehandlungsprozesses von Leiterplatten. Es ist seit dem Auftreten von Leiterplatten aufgetreten und hat sich allmählich zu anderen Methoden entwickelt. Es ist, zuerst eine Schicht Nickel auf dem Leiter auf der Oberfläche der Leiterplatte zu beschichten und dann mit einer Schicht Gold zu beschichten. Vernickeln dient hauptsächlich dazu, die Diffusion zwischen Gold und Kupfer zu verhindern. Jetzt gibt es zwei Arten von galvanischem Nickelgold: weiche Vergoldung (reines Gold, die Goldoberfläche sieht nicht hell aus) und harte Vergoldung (die Oberfläche ist glatt und hart, verschleißfest, enthält andere Elemente wie Kobalt, und die Goldoberfläche sieht heller aus). Weiches Gold wird hauptsächlich für Golddraht in der Chipverpackung verwendet; Hartgold wird hauptsächlich für elektrische Verbindungen an nicht lötenden Stellen verwendet. Angesichts der Kosten verwendet die Industrie oft Bildübertragung, um den Einsatz von Gold durch selektive Galvanik zu reduzieren. Derzeit nimmt der Einsatz von selektiver Vergoldung in der Industrie weiter zu, hauptsächlich aufgrund der Schwierigkeiten, den galvanischen Vernickelungs-/Tauchgoldprozess zu steuern. Unter normalen Umständen führt das Schweißen dazu, dass galvanisches Gold spröde wird, was die Lebensdauer verkürzt, also vermeiden Sie Schweißen auf galvanischem Gold; Das galvanische Vernickeln/Eintauchgold ist jedoch sehr dünn und konsistent, und Versprödung tritt selten auf. Der Prozess der elektrolosen Palladiumplattierung ist dem der elektrolosen Vernickelung ähnlich. Das Hauptprozess besteht darin, Palladiumionen auf der katalytischen Oberfläche durch ein Reduktionsmittel (wie Natriumdihydrogenhypophosphit) zu Palladium zu reduzieren, und das neue Palladium kann ein Katalysator werden, um die Reaktion zu fördern, so dass eine Palladiumbeschichtung jeder Dicke erhalten werden kann. Die Vorteile der elektrolosen Palladiumplattierung sind gute Lötversicherheit, thermische Stabilität und Oberflächenebenheit.4. Die Wahl der OberflächenbehandlungstechnologieDie Wahl des Oberflächenbehandlungsverfahrens hängt hauptsächlich von der Art der Endmontageteile ab; Der Oberflächenbehandlungsprozess beeinflusst die Produktion, Montage und Endverwendung der Leiterplatte. Im Folgenden wird speziell die Verwendung von fünf gängigen Oberflächenbehandlungsverfahren eingeführt.1) HeißluftnivellierHeißluftnivellierung dominierte einst den Oberflächenbehandlungsprozess der Leiterplatte. In den 1980er Jahren verwendeten mehr als drei Viertel der Leiterplatten das Heißluftnivellierungsverfahren, aber die Industrie hat den Einsatz des Heißluftnivellierungsverfahrens in den letzten zehn Jahren reduziert. Es wird geschätzt, dass es derzeit etwa 25%-40% der Leiterplatten gibt. Verwenden Sie einen Heißluftnivellierungsprozess. Der schmutzige, stinkende und gefährliche Prozess der Heißluftnivellierung war nie ein beliebter Prozess, aber es ist ein ausgezeichneter Prozess für größere Komponenten und größere Pitch Drähte. In der Leiterplatte mit höherer Dichte beeinflusst die Ebenheit der Heißluftnivellierung die nachfolgende Montage; Daher verwendet die HDI-Platine in der Regel nicht das Heißluftnivellierungsverfahren. Mit dem Fortschritt der Technologie hat die Industrie nun ein Heißluftnivellierungsverfahren entwickelt, das für QFP und BGA mit kleinerem Montageabstand geeignet ist, aber es gibt nur wenige praktische Anwendungen. Gegenwärtig verwenden einige Fabriken organische Beschichtung und elektroloses Vernickeln/Eintauchgoldverfahren, 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 wird der Einsatz von Heißluftnivellierung weiter eingeschränkt. Obwohl eine so genannte bleifreie Heißluftnivellierung aufgetreten ist, kann dies Probleme mit der Gerätekompatibilität mit sich bringen.2) Organische Beschichtung Es wird geschätzt, dass etwa 25%-30% der Leiterplatten derzeit ein organisches Beschichtungsverfahren verwenden, und dieser Anteil ist gestiegen (es ist wahrscheinlich, dass organische Beschichtung jetzt über Heißluftnivellierung vorhanden ist). Das organische Beschichtungsverfahren kann sowohl auf Low-Tech-Leiterplatten als auch auf High-Tech-Leiterplatten, wie einseitigen TV-Leiterplatten und hochdichten Chipverpackungsplatten verwendet werden. Für BGA gibt es auch viele Anwendungen der organischen Beschichtung. Wenn die Leiterplatte keine funktionalen Anforderungen an die Oberflächenverbindung oder Haltbarkeitsbeschränkungen hat, ist die organische Beschichtung ein idealer Oberflächenbehandlungsprozess.3) Elektroloses Nickel/Immersion GoldDas elektrolose Nickel/Immersion Gold-Verfahren unterscheidet sich von der organischen Beschichtung. Es wird hauptsächlich auf Leiterplatten mit funktionalen Anforderungen an die Oberflächenverbindung und langer Haltbarkeit, wie Mobiltelefonschlüsselbereichen, Kantenverbindungsbereichen von Routergehäusen und Chipprozessorelastizität verwendet. Der elektrische Kontaktbereich des Anschlusses. Elektroloses Nickel/Immersionsgold wurde in den 1990er Jahren aufgrund des Flachheitsproblems der Heißluftnivellierung und der Entfernung von organisch beschichtetem Flussmittel weit verbreitet. Die Anwendung des Immersionsgold-/Immersionsgold-Prozesses hat abgenommen, aber fast jede High-Tech-Leiterplattenfabrik hat elektrolosen Nickel-/Immersionsgold-Draht. Angesichts der Sprödigkeit der Lötstellen beim Entfernen der Kupfer-Zinn-Intermetalle gibt es viele Probleme mit den relativ spröden Nickel-Zinn-Intermetallen. Daher verwenden fast alle tragbaren elektronischen Produkte (wie Mobiltelefone) Kupfer-Zinn intermetallische Verbindungslötstellen, die durch organische Beschichtung, Immersionssilber oder Immersionszinn gebildet werden, und verwenden elektrolose Vernickelung/Immersionsgold, um Schlüsselbereiche, Kontaktbereiche und EMI-Abschirmbereiche zu bilden. Es wird geschätzt, dass etwa 10%-20% der Leiterplatten derzeit das elektrolose Nickel-/Immersionsgold-Verfahren verwenden.4) ImmersionssilberImmersionssilber ist billiger als das elektrolose Vernickeln/Immersionsgold. Wenn die Leiterplatte funktionelle Anforderungen an die Verbindung hat und Kosten reduzieren muss, ist Immersionssilber eine gute Wahl; plus die gute Ebenheit und Kontakt von Immersionssilber, dann Immersionssilber sollte mehr Silber Handwerk gewählt werden. Es gibt viele Anwendungen von Immersionssilber in Kommunikationsprodukten, Automobilen und Computerperipheriegeräten, und Immersionssilber wird auch im Hochgeschwindigkeitssignaldesign verwendet. Da Immersionssilber gute elektrische Eigenschaften aufweist, die mit anderen Oberflächenbehandlungen nicht vergleichbar sind, kann es auch in Hochfrequenzsignalen verwendet werden. EMS empfiehlt den Tauchsilberprozess wegen seiner einfachen Montage und besseren Inspektionsfähigkeit. Allerdings ist das Wachstum von Immersionssilber aufgrund von Defekten wie Anlaufen und Lötstellen langsam (aber nicht vermindert). Es wird geschätzt, dass etwa 10%-15% der Leiterplatten derzeit das Immersionssilberprozess verwenden.5) ImmersionszinDie Einführung von Zinn in den Oberflächenbehandlungsprozess ist eine Frage von fast zehn Jahren, und die Entstehung dieses Prozesses ist das Ergebnis der Anforderung der Produktionsautomatisierung. Tauchzinn bringt keine E-Elemente in den Schweißplatz, besonders geeignet für Kommunikationsrückwände. Zinn verliert die Lötbarkeit über die Haltbarkeit der Platine hinaus, so dass Tauchzinn bessere Lagerbedingungen erfordert. Darüber hinaus ist der Einsatz von Zinn-Eintauchverfahren aufgrund des Vorhandenseins von Karzinogenen eingeschränkt. Es wird geschätzt, dass etwa 5%-10% der Leiterplatten derzeit das Immersionszinnverfahren verwenden.5 Schlussfolgerung Da die Kundenanforderungen immer höher werden, die Umweltanforderungen immer strenger werden und die Oberflächenbehandlungsprozesse immer zahlreicher werden, erscheint es ein wenig blendend und verwirrend, welches Oberflächenbehandlungsverfahren ausgewählt werden soll, welches Entwicklungsperspektiven und mehr Vielseitigkeit hat. Wohin der Oberflächenbehandlungsprozess der Leiterplatte in Zukunft gehen wird, kann jetzt nicht genau vorhergesagt werden.