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PCBボード表面処理技術の特徴と用途について
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PCBボード表面処理技術の特徴と用途について

PCBボード表面処理技術の特徴と用途について

2022-03-29
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Author:ipcb

1.紹介
生活環境に対する人間の要求の継続的改善、現在の環境問題 PCBボード 製造工程は特に顕著である. 鉛と臭素のトピックは、現在熱いです鉛フリーとハロゲンフリーは PCBボード多くの点で. の表面処理プロセスの変化 PCBボードsは現在ではあまり大きくない, 比較的遠いものらしい, しかし、長期的な緩やかな変化が大きな変化につながることに留意すべきである. 環境保護の声が高くなっている状況の下で, の表面処理プロセス PCBボードsは確かに将来的に大きな変化を受けるでしょう.

PCBボード

2. 表面処理の目的
表面処理の基本的な目的は、良好なはんだ付け性または電気的性質を確保することである。天然の銅は空気中の酸化物の形で存在する傾向があり、長期間にわたって生銅として残ることはない, 追加の銅処理が必要です. 以降のアセンブリ, ほとんどの酸化銅を除去するために強いフラックスを使用することができる, しかし、強力なフラックス自体は除去するのは容易ではない, 工業は一般的に強いフラックスを使用しない.

3.五つの共通表面処理プロセス
PCBの表面処理プロセスは多い.一般的なものは熱い空気平準化です, 有機被覆, 無電解ニッケルめっき/ゴールドイマージョン, 浸漬銀と浸漬錫, どれが下に1つずつ導入されますか.
1)熱風平準化
熱風平準化、ホットエア半田付け, の表面に溶融スズ鉛半田をコーティングする工程である 加熱された圧縮空気でPCBを平らにする(吹く)ことレイヤー これは、銅の酸化に耐え、良好な信頼性を提供する。溶接性被覆. はんだ及び銅は熱風平準化中の接合部で銅‐すず金属間化合物を形成する. 銅の表面を保護するためのはんだの厚さは、PCBボード 溶融したハンダに熱風が流されたときに浸すエアナイフは、ハンダが固まる前に、液体のハンダを吹きます;エアナイフは、銅表面上のはんだをメニスカスにし、はんだが架橋するのを防ぐことができる. 熱風平準化は垂直型と水平型の2種類に分けられる. 一般的に水平型が良い, 主に水平熱風平準層はより均一であり、自動生産を実現できる. 熱風平準化プロセスの一般的なプロセスは、以下の通りである.

2)有機被覆
有機コーティングプロセスは他の表面処理プロセスとは異なる。それは銅と空気の間の障壁層として機能する;有機被覆プロセスは簡単で低コストである, 業界で広く使われている. 初期の有機被覆の分子は防錆に役割を果たすイミダゾールとベンゾトリアゾールである, 分子は主にベンゾイミダゾールである, これは、化学結合された窒素官能基である PCBボード. その後のはんだ付け工程, 銅表面上の1つの有機コーティング層だけが受け入れられない場合, 多くの層がなければならない. 銅の液体が通常化学タンクに加えられる理由です. 塗装後, 被覆層は銅を吸着するそれから、20または何百もの有機コーティング分子が銅表層にアセンブルされるまで、第2のレイヤーの有機コーティング分子は銅と結合する, 複数のリフローはんだ付けを確実にすることができる . テストは:有機コーティングプロセスは、複数の鉛フリーはんだプロセスで優れた性能を維持することができます. 有機コーティングプロセスの一般的なプロセスは、次のようになります。, プロセス制御は他の表面処理プロセスよりも容易である.

3)無電解ニッケル/浸漬金
無電解ニッケルめっき/浸入金プロセスは有機コーティングほど単純ではない. 無電解ニッケルめっき/浸す金は、厚い鎧を置くようです PCB加えて, 無電解ニッケルめっき/浸漬金プロセスは錆障壁としての有機被覆のようではない. レイヤー, これは、長期的に使用することができます PCBボード 良好な電気性能を達成する. したがって, 無電解ニッケルメッキ/浸漬金は、銅の表面に良い電気的性質を持つ厚い金合金の厚い層を包むことです, これは PCBボード 長い間;加えて, また、他の表面処理プロセスにはない環境保護があります. ニッケルめっきの理由は、金と銅が相互拡散することである, そして、ニッケルレイヤーは、金と銅の間の拡散を予防する;ニッケル層なしで, 金は数時間以内に銅に拡散する. 無電解ニッケルの別の利点/浸漬金はニッケルの強さである, ニッケルの5ミクロンのみが高温でZ方向の膨張を制限できる. 加えて,無電解ニッケル/浸漬金も銅の溶解を防ぐ, これは鉛フリーの組立に役立つ. 無電解ニッケルめっきの一般工程 / 浸漬金のプロセスは:酸洗浄のアパートメントは、マイクロエッチングエッチング, 主に6つの化学タンクがあります, 約100種類の化学物質を含む, プロセス制御の比較が困難.

4)銀メッキ
浸漬銀プロセスは、有機コーティングと無電解ニッケル、ゴールドイマージョン. プロセスは比較的簡単で高速ですそれは無電解ニッケルほど複雑ではない/ゴールドイマージョン, また、それは厚い層の鎧を PCB, しかし、それはまだ良い電気パフォーマンスを提供します. 銀は金の弟であり、熱にさらされても良いはんだ付け性を保持する, 湿度と汚染, だけど. 浸漬銀は無電解ニッケルの良い物理的強度を持っていない/銀の層の下にニッケルがないので、浸入金. 加えて, 浸漬銀は貯蔵特性が良い, そして、数年の浸漬銀の後のアセンブリの大きな問題はありません. 浸漬銀は、置換反応です, それは、ほとんど純粋な銀のサブミクロンコーティングです. 場合によっては、浸漬銀プロセスもいくつかの有機物を含む, 主に銀の腐食を防止し、銀の移動の問題を排除する;一般に、この薄い有機層を測定することは困難である, そして、分析は、有機物質の重量が1%未満であることを示します.

5) 錫メッキ
すべての現在のはんだは錫に基づいているので、TiN層は、任意の種類のはんだと整合され得る. この観点から, 浸漬TiNプロセスは開発に大きな見通しを持つ. しかし,錫ホイスカが前に現れた PCBボード錫浸漬後のS, はんだ付け工程中の錫ホイスカ及びスズの移動は信頼性問題をもたらす, したがって、錫浸漬プロセスの採用は限定された. 後, 錫浸漬液に有機添加剤を添加した, 錫層構造は粒状構造を持つことができる, これは前の問題を克服します, また、良好な熱安定性とはんだ付け性. 浸漬すず工程は平坦な銅‐すず金属間化合物を形成する, これは、浸漬スズは熱い空気平準化の頭痛なしに熱い空気平準化と同じ良好なはんだ付け性を持っています浸漬錫は無電解ニッケルめっきも有しない / 浸入金金属‐銅‐すず金属間化合物間の拡散問題は強固に結合することができる. 錫浸漬ボードはあまりにも長い間保管できません, そして、アセンブリは錫浸漬の順序に従って実行されなければならない.

6)その他の表面処理プロセス
他の表面処理プロセスの応用は少ない。比較的多くのニッケル金電気めっきと無電解パラジウムめっきプロセスを見てみよう. ニッケルめっきは、表面処理プロセスの創始者である PCBボードs. 外観から登場 PCBボードs, そして次第に他の方法に進化した. それは、最初にニッケルの層を導体の表面にコーティングすることです PCBとして金の層でコーティング. ニッケルめっきは主に金と銅の拡散を防ぐ. 現在、電気メッキのニッケル金の2つのタイプがあります:柔らかい金メッキ(純粋な金、金の表面は明るく見えません)と固い金メッキ(表面は滑らかで、固い)です。耐摩耗性, コバルトのような他の要素を含む, 金の表面は明るく見える). ソフトゴールドは主にチップ実装の金線に使用される硬質金は主として非はんだ付け部の電気配線に使用される. 費用を考える, 産業はしばしば選択的電気メッキによる金の使用を減らすために画像転送を使用する. 現在, 工業における選択的金めっきの使用は増加を続けている, 主に無電解ニッケルめっきの制御の難しさにより/浸漬金プロセス. 平常に, 溶接により金メッキが脆くなる, サービスの寿命を短くする, だから電気めっき金の溶接を避ける;無電解ニッケルめっき/浸入金は非常に薄く、一貫している, そして、脆化はめったに起こりません. . 無電解パラジウムめっきのプロセスは無電解ニッケルめっきと同様である. 主なプロセスは、還元剤(例えば、二水素ナトリウム二リン酸ナトリウム)によって、触媒表面上のパラジウムにパラジウムイオンを還元することである。そして、新しいパラジウムは、反応を促進する触媒になることができます, 従って、任意の厚さのパラジウムコーティングを得ることができる. 無電解パラジウムめっきの利点は良好なはんだ付け信頼性である, 熱安定性, 表面平坦度.

4.表面処理技術の選択
表面処理プロセスの選択は主として最終組立部品の種類に依存する表面処理プロセスは生産に影響する。アセンブリと最終使用 PCBボード. 以下は、5つの共通表面処理プロセスの使用を具体的に紹介する.
1) 熱風平準化
一度熱い空気平準化は、Pを支配しました表面処理. 1980年代に, 4分の3以上 PCBボードSは、熱い空気平準化プロセスを使いました, しかし、業界は過去10年間の熱気平準化プロセスの使用を減らしていました. それは、現在およそ25 %- 40 %があると推定されます PCBボードs. 熱い空気平準化プロセスを使用する. 汚い, 臭い, そして、熱い空気平準化の危険なプロセスは、決して好まれなかった過程でありませんでした, しかし、それはより大きな構成要素とより大きなピッチワイヤーのための優れたプロセスです. に PCBボード より高い密度で, 熱い空気平準化の平坦度は、次のアセンブリに影響するしたがって, HDIボードは、一般的に、熱風平準化プロセスを使用しない. 技術の進歩で, 業界は、現在、QFP 小組立ピッチBGA, しかし、実用的なアプリケーションはほとんどありません. 現在, 有機被覆と無電解ニッケルめっきを用いる工場/高温空気平準化プロセスに代わる浸漬金プロセス技術開発はまた、いくつかの工場は、浸漬錫と浸漬銀プロセスを採用. 近年の鉛フリー化の動向, 高温空気平準化の使用はさらに制限される. いわゆる鉛フリーホットエアレベリングが登場, これは機器の互換性の問題を含むかもしれません.

2)有機被覆
25%-30% of PCBボード現在、有機塗装プロセスを使用している, そして、この比率は上昇しています(有機コーティングが現在熱気平準化の上に位置している可能性があります)。有機コーティングプロセスは、低技術で使用することができます PCBボードsだけでなく、ハイテク PCBボードs, 片面テレビなど PCBボードSおよび高密度チップ実装ボード. BGA用, また、有機コーティングの多くのアプリケーションがあります. If the PCBボード 表面接続機能要件またはシェルフライフ制限を持たない, 有機コーティングは理想的な表面処理プロセスである.

3) 無電解ニッケル/浸漬金
無電解ニッケル/浸入金プロセスは有機コーティングと異なる. これは、主に表面接続機能要件と長いシェルフライフボードで使用されて, 携帯電話キーエリアなど, ルータケーシングのエッジ接続領域, チッププロセッサ. 接続の電気的接触面積. 無電解ニッケル/浸漬金は、熱い空気平準化の平坦性問題と有機的に被覆されたフラックスの除去のため、1990年代に広く使われました;浸漬金の応用/浸漬金プロセスが減少, しかし、ほとんどあらゆるハイテク PCBボード 工場は無電解ニッケル/ゴールドワイヤー. 銅‐すず金属間化合物除去時のはんだ接合部の脆性の考察, 比較的脆いニッケルスズ金属間化合物には多くの問題がある. したがって,携帯電話などのほとんどすべての携帯電子製品は、有機コーティングによって形成された銅-錫金属間化合物半田接合を使用する。浸漬銀または浸漬錫, 無電解ニッケルめっき/キー領域を形成するための金の浸漬, 接触域とEMI遮蔽域 . 約10 %- 20 %が推定される PCBボード現在は無電解ニッケルを使用している/浸漬金プロセス.

4)銀メッキ
浸漬銀は無電解ニッケルめっきより安い/ゴールドイマージョン. PCBボード 接続機能要件とコスト削減の必要性, 浸漬銀は良い選択ですプラス良い平坦度と浸漬銀の接触, その後、浸漬銀は、銀の工芸品を選択する必要があります. 通信製品に没入型銀の多くの応用がある, 自動車, コンピュータ周辺機器, そして、イマージョン銀は、高速信号設計でも使われます. 浸漬銀は他の表面処理によって比類のない電気的性質を持っているので, また、高周波信号で使用することができます. EMSは組立の容易性とより良い検査性のため,浸漬銀プロセスを推奨する. しかし, 浸漬銀の成長は鈍化およびはんだ接合空隙のような欠陥により遅く(しかし減少しない)。約10 %- 15 %が推定されている PCBボードsは、現在、浸漬銀プロセスを使います.

5) 錫メッキ
表面処理プロセスへのスズの導入は約10年の問題である。そしてこのプロセスの出現は生産自動化の要求の結果である. 浸漬錫は、溶接場所に任意の要素をもたらすことはありません。特に通信バックプレーンに適している.錫はボードのシェルフライフを超えてはんだ付け性を失う, したがって、浸漬錫はより良い貯蔵条件を必要とする. 加えて, スズ浸漬プロセスの使用は発癌物質の存在により制限される. それは約5 %- 10 %の PCBボードSは現在、浸漬錫法を使用している.

5. 結論

顧客の要件が高くなってきている。環境条件が厳しくなっている, そして、表面処理プロセスはますます多くなっている, これは、表面的な処理プロセスは、開発の見通しとより汎用性を選択して少しまぶしいと混乱しているようだ. . ここで PCBボード 今後は表面処理プロセスが正確に予測できない.