PCB-ytbehandling avser det exponerade kopparfolieområdet på kretskortet (t.ex. dynor, ledande banor) täckt med ett lager metall- eller legeringsbeläggning, som kopparytan på "skyddsbarriären" och "svetsmediet".
PCB ytbehandling Kärnfunktioner
Fysiskt skydd: Isolerar koppar från kontakt med luft och fukt, vilket förhindrar oxidation, sulfidation och andra korrosiva reaktioner;
Optimering av lödbarhet:Ge ett plant och stabilt lödningsgränssnitt för att säkerställa en tillförlitlig anslutning mellan lodet (t.ex. lödpasta) och kopparskiktet;
Garanti för elektrisk prestanda: för att upprätthålla kretsledningens stabilitet, för att undvika impedansavvikelser eller kortslutningsrisk på grund av försämring av kopparytan.
Betydelsen av ytbehandling av mönsterkort
Huvudsyfte: att lösa "oxidationsproblemet" på kopparytan
Koppar vid rumstemperatur med syre i luften, vattenångkontakt kommer att generera kopparoxid (CuO) eller alkaliskt kopparkarbonat (koppargrön), dessa oxiderade lager kommer avsevärt att minska lödningens vätbarhet — specifikt manifesterad som lödning "vägrar att lödas", lödfogar falska eller spruckna. Ytbehandling säkerställer att kopparytan är aktiv under lödningen genom att täcka den med en beläggning som radikalt blockerar kopparens kontaktväg med oxidationsmedlet.
Branschens betydelse: en kritisk process under hela mönsterkortets livscykel
1.Tillverkning
Säkerställ SMT-utbytet (Surface Mount Technology) och minska kostnaderna för omarbetning på grund av dålig lödbarhet;
Beläggningens jämnhet påverkar direkt komponenternas mekaniska hållfasthet efter lödning (t.ex. lödfogens spänning och skjuvkraft).
2. lagring och transport
Vid långvarig lagring kan beläggningen motstå fukt, saltspray och andra miljöfaktorer erosion (till exempel kustområden med utrustning, PCB måste ägna särskild uppmärksamhet åt förmågan att förhindra rost);
Undvik skador på kopparytan som orsakas av friktion och kollisioner under transport.
3. Anpassning till användning av scener
Miljöer med höga temperaturer (t.ex. fordonselektronik, industriell styrning) kräver att beläggningen har åldringsbeständighet för att förhindra nedbrytning eller oxidation av beläggningen vid höga temperaturer;
I högfrekventa kretsar påverkar beläggningens planhet signalöverföringsförlusten (t.ex. används guldprocessen för nedsänkning ofta i RF-kretskort på grund av beläggningens goda enhetlighet).
Djupgående jämförelse av 7 ytbehandlingar för mönsterkort
1. Utjämning med varmluftslödning (HASL)
Processprincip:
PCB nedsänkning i 260 ° C smält lod (Sn63Pb37 eller SAC305), följt av högtrycks varmluft (400 ° C) borttagning av överflödigt lod, skapar ojämna “ kuperade” ytor.
Idealisk för:
- Konsumentelektronik (laddare, LED-drivdon)
- Kostnadskänsliga beställningar av stora volymer
En svår läxa:
En routertillverkare upplevde omfattande BGA-hålrum vid användning av blyfri HASL och lade till slut till ett steg med "pad pre-tinning" som ökade kostnaden med 0,17 USD/kort.
Kritiska kontroller:
| Parameter | Mål | Avvikelserisk |
|---|
| Lödning Cu-halt | 0,7 % <0,7 | Sköra lödfogar |
| Luftknivens vinkel | 75°±2° | Ojämn tjocklek |
| Kylningshastighet | >4°C/s | Överdriven grovhet |
2.Elektrolös nickel-immersionsguld (ENIG)
Lagerstruktur:
“Sandwich” deposition: Elektrolös Ni (3-5 μm) → förskjutning Au (0,05-0,1 μm). Ni fungerar som koppar “brandvägg,” Au som ett “lödningsgränssnitt.”
Fallstudie med högfrekventa frekvenser:
Ett mm-vågsradarkort valde ENIG framför OSP eftersom Au’s hudeffektförlust var 23% lägre (@77GHz).
Black Pad-analys:
När Ni-badet överstiger 91°C bildar fosforsegregeringen spröda Ni3P-faser (SEM visar “cracked” morfologi). Förebyggande åtgärder:
- Tillsätt citronsyrebuffert
- Implementera pulsplätering
- Inkludera mikroetsning före Au-deponering
3.Organiskt konserveringsmedel för lödbarhet (OSP)
Molekylärt skydd:
Bensimidazol-kopparkelater bildar 0,2-0,5 μm stora filmer som motstår 6 månaders naturlig oxidation.
5G föredraget val:
Ett AAU-kort för en basstation som använde OSP+LDI sparade 4,2 USD/m² jämfört med ENIG med 0,3 dB/cm lägre insättningsförlust (@28 GHz).
Lagring är inte tillåtet:
- RH>60% orsakar hydrolys av filmen
- Svavelhaltiga förpackningar skapar svarta fläckar av Cu2S
- Måste SMT inom 24 timmar efter uppackning
4.Fördjupning av tenn (ImSn)
Mikrostruktur:
Cu6Sn5 intermetalliska tjocklek (ideal: 1,2-1,8 μm via EDX) avgör tillförlitligheten.
Framgång inom fordonsindustrin:
En ECU-modul klarade 3000x -40°C~125°C cykler med ImSn jämfört med ENIG’s 2400x.
Risker i processen:
- Tillväxt av tennhår (undertrycks genom föråldring vid omsmältning)
- Korskontaminering i dubbelsidiga tavlor
- Inkompatibel med bondning av Al-tråd
5.Nedsänkt silver (ImAg)
Signalintegritet Kant:
Insättningsförlusten vid 10 GHz är 15% lägre än ENIG (enligt IPC-6012B).
Motåtgärder för migration:
“Nanopartikeldopning” höjer migrationströskeln från 3,1V till 5,6V för 48V kraftmoduler.
Tjocklekskontroll FördelarKärnbaserad HDI:
- Natriumtiosulfat som hämmare
- Pläteringstank av spraytyp
- Efterbehandling med kromatpassivering
6.Elektrolös nickel Elektrolös palladium Fördjupningsguld (ENEPIG)
Layer Innovation:
0,1-0,2 μm Pd mellan Ni (3-4 μm) och Au (0,03-0,05 μm) förhindrar diffusion av Au.
SiP-applikation:
Ett 3D-paket med blandad Au-tråd/SnAgCu-lödning med hjälp av ENEPIG.
Kostnadsoptimering:
- Gradient Pd-tjocklek (0,15 μm kant/0,08 μm centrum)
- Pd-Co-legering istället för ren Pd
7.Elektrolytiskt hårt guld
Militärklassat skydd:
Co-dopad Au (1-3μm) med 180HV hårdhet tål 50 gånger mer slitage än ENIG.
Specifikationer för kontaktdon:
- Avfasning av guldfinger: 30°±1°
- Ni-tjocklek ≥5μm
- 3 mm övergångszoner krävs
Kostnadsfälla:
En felaktig pläteringsyta på ett bakplan ökade ytbehandlingskostnaden från 8% till 34% av totalkostnaden.
Urval Beslutsträd
5 vanliga felkliniker
F1: Svarta rester på ENIG-pads efter omsmältning?
→ “Försprödning av guld”! Kontrollera omedelbart:
- Ni-P-innehåll (7-9% optimalt)
- Au tjocklek >0.08μm?
- Lödpasta Bi innehåll
Q2: Tennvispar på ImSn efter 3 månaders förvaring?
→ Verkställ “räddningstrion”:
- 150°C bakning i 2 timmar
- Applicera diffusionshämmande nano-beläggning
- Byt till den matta tennprocessen
F3: OSP-kort visar dålig vätbarhet efter flera återflöden?
→ Den organiska filmen bryts ned! Följ dessa steg:
- Kontrollera att topptemperaturen för återflödet inte översteg 245°C
- Kontrollera lagringstid – OSP försämras efter 6 månader
- Överväg att lägga till en kväveatmosfär under omsmältningen
Q4: ENEPIG-kort klarar inte dragprov med trådbondning?
→ Vanligtvis ett problem med palladiumskiktet:
- Mät Pd-tjockleken (0,15-0,25 μm idealisk)
- Kontrollera för Pd-oxidation (XPS-analys rekommenderas)
- Justera PD-badets pH-värde till intervallet 8,2-8,6
Q5: Har du HASL-kort med ojämn lödtjocklek?
→ Kalibrering av luftkniv behövs:
- Verifiera luftknivens tryck (25-35 psi typiskt)
- Kontrollera utjämningstiden (3-5 sekunder optimalt)
- Inspektera kortens stödfixturer för skevhet
- HASL – För dubbelsidiga kort, begär “ dual dip” bearbetning för att förhindra skuggeffekten
- ENIG – Ange alltid “mellanfosfor” nickel (6-9% P) för bästa tillförlitlighet
- OSP – För applikationer med hög tillförlitlighet, välj “Typ 3” OSP-formuleringar
- ImSn – Förvaring i kväveskåp förlänger hållbarheten från 6 till 12 månader
- ImAg – Lägg till anti-tarnish-behandling om skivorna kommer att genomgå flera termiska cykler
- ENEPIG – Specificera “nickel med låg belastning” för flexibla mönsterkortsapplikationer
- Hårt guld – Kobolthalten bör vara 0,1-0,3% för optimal slitstyrka
Analys av avvägningen mellan kostnad och prestanda
| Avsluta | Relativ kostnad | Lödbarhet | Hållbarhet | Signalförlust |
|---|
| HASL | $ | ★★★★☆ | 12 månader | Hög |
| ENIG | $$$$ | ★★★☆☆ | 12 månader | Medium |
| OSP | $ | ★★★★☆ | 6 månader | Lägst antal trådar/in²)4. Hög ledningsdensitet (>117 trådar/in²) |
| ImSn | $$ | ★★★★★ | 6 månader | Medium |
| ImAg | $$$ | ★★★★☆ | 9 månader | Låg |
| ENEPIG | $$$$$ | ★★★☆☆ | 12 månader | Medium |
| Hårt guld | $$$$$$ | ★★☆☆☆ | 24 månader | Hög |
Framtida trender inom ytbehandlingar
- Nanokomposit OSP – Grafenförstärkta formuleringar visar 2x längre hållbarhet i försök
- ENIG för låg temperatur – Nya kemiprodukter möjliggör bearbetning vid 65°C jämfört med traditionella 85°C
- Selektiva ytbehandlingar – Kombination av olika ytbehandlingar på en och samma skiva (t.ex. ENIG + OSP)
- Självläkande filmer – Experimentell OSP som reparerar mindre repor under omsmältning
- Halogenfria processer – Uppfyller EU:s kommande miljöbestämmelser
När du utvärderar ytbehandlingar ska du komma ihåg att det inte finns något universellt "bästa" alternativ, utan bara den lösning som är bäst lämpad för dina specifika designkrav, budgetbegränsningar och tillverkningsmöjligheter. Den dyraste finishen är inte nödvändigtvis det rätta valet, precis som det mest ekonomiska alternativet kan leda till fel på fältet. Utför alltid tester i verkligheten med din faktiska mönsterkortsdesign och komponenter innan du slutför ditt val.