PCB Yüzey İşlemleri Nedir?

PCB yüzey işlemi, "koruyucu bariyer" ve "kaynak ortamının" bakır yüzeyi olarak bir metal veya alaşım kaplama tabakası ile kaplanmış baskılı devre kartının (pedler, iletken yollar gibi) açıkta kalan bakır folyo alanını ifade eder.

PCB Yüzey İşlemenin Temel İşlevleri

Fiziksel Koruma:Bakırın hava ve nem ile temasını yalıtarak oksidasyon, sülfidasyon ve diğer aşındırıcı reaksiyonları önler;
Lehimlenebilirlik optimizasyonu: Lehim (örn. lehim pastası) ve bakır katman arasında güvenilir bir bağlantı sağlamak için düz ve kararlı bir lehimleme arayüzü sağlayın;
Elektriksel performans garantisi: devre iletiminin kararlılığını korumak, bakır yüzeyin bozulması nedeniyle empedans anormalliklerini veya kısa devre riskini önlemek için.

PCB yüzey işleminin önemi

Temel amaç: bakır yüzeyin "oksidasyon sorununu" çözmek

Havadaki oksijen ile oda sıcaklığında bakır, su buharı teması bakır oksit (CuO) veya alkali bakır karbonat (bakır yeşili) üretecektir, bu oksitlenmiş katmanlar lehimin ıslanabilirliğini önemli ölçüde azaltacaktır — özellikle lehim "lehimlemeyi reddediyor", lehim bağlantıları yanlış veya çatlak olarak kendini gösterir. Yüzey hazırlığı, bakırın oksitleyici ile temas yolunu radikal bir şekilde engelleyen bir kaplama ile kaplayarak bakır yüzeyin lehimleme sırasında aktif olmasını sağlar.

Endüstrideki Önemi: PCB yaşam döngüsü boyunca kritik bir süreç

1.İmalat
SMT (Yüzey Montaj Teknolojisi) verimini sağlayın ve zayıf lehimlenebilirlik nedeniyle yeniden işleme maliyetlerini azaltın;
Kaplama homojenliği, lehimleme sonrası bileşenlerin mekanik dayanımını doğrudan etkiler (örn. lehim bağlantı gerilimi, kesme kuvveti).

2. Depolama ve nakliye
Uzun süreli depolamada, kaplama neme, tuz spreyine ve diğer çevresel faktörlerin erozyonuna karşı koyabilir (ekipmanlı kıyı bölgeleri gibi, PCB'lerin paslanmayı önleme yeteneğine özel dikkat göstermesi gerekir);
Taşıma sırasında sürtünme ve çarpışmadan kaynaklanan bakır yüzey hasarını önleyin.

3. Sahne kullanımına adaptasyon
Yüksek sıcaklık ortamları (otomotiv elektroniği, endüstriyel kontrol gibi), kaplamanın yüksek sıcaklıklarda ayrışmasını veya oksidasyonunu önlemek için yaşlanma direncine sahip olmasını gerektirir;
Yüksek frekanslı devrelerde, kaplamanın düzlüğü sinyal iletim kaybını etkiler (örneğin, daldırma altın işlemi, kaplamanın iyi homojenliği nedeniyle RF PCB'lerde yaygın olarak kullanılır).

Yedi PCB Yüzey Kaplamasının Derinlemesine Karşılaştırılması

1.Sıcak Hava Lehim Tesviyesi (HASL)

Süreç Prensibi:
PCB'nin 260°C erimiş lehime (Sn63Pb37 veya SAC305) daldırılması ve ardından fazla lehimin yüksek basınçlı sıcak hava (400°C) ile uzaklaştırılması, düzensiz “tepelik” yüzeyler oluşturur.

İçin İdeal:

• Tüketici elektroniği (şarj cihazları, LED sürücüler)
• Maliyete duyarlı yüksek hacimli siparişler

Zor Ders:
Bir yönlendirici üreticisi, kurşunsuz HASL kullanarak yaygın BGA boşlukları yaşadı ve sonuçta maliyeti 0,17 $ / kart artıran bir “ped ön kalaylama” adımı ekledi.

Kritik Kontroller:

2.Akımsız Nikel Daldırma Altın (ENIG)

Katman Yapısı:
“Sandwich” deposition: Akımsız Ni (3-5μm) → Yer değiştirme Au (0,05-0,1μm). Ni, bakır “güvenlik duvarı,” Au ise “lehimleme arayüzü,&#8221 olarak işlev görür;

Yüksek Frekanslı Vaka Çalışması:
Bir mmWave radar kartı OSP yerine ENIG'yi seçti çünkü Au’nun cilt etkisi kaybı daha düşüktü (@77GHz).

Siyah Ped Analizi:
Ni banyosu 91°C'yi aştığında, fosfor ayrışması kırılgan Ni3P fazları oluşturur (SEM “çatlak” morfolojisini gösterir). Önleme:

• Sitrik asit tamponu ekleyin
• Darbe kaplaması uygulayın
• Au biriktirmeden önce mikro-etch ekleyin

3.Organik Lehimlenebilirlik Koruyucu (OSP)

Moleküler Koruma:
Benzimidazol-bakır şelatları, 6 aylık doğal oksidasyona dirençli 0,2-0,5μm filmler oluşturur.

5G Tercih Edilen Seçim:
OSP+LDI kullanan bir baz istasyonu AAU kartı, 0,3dB/cm daha düşük ekleme kaybı (@28GHz) ile ENIG'ye kıyasla 4,2 $/m² tasarruf sağladı.

Depolamada Yapılmaması Gerekenler:

• RH> film hidrolizine neden olur
• Sülfür içeren ambalaj Cu2S siyah noktalar oluşturur
• Ambalajı açtıktan sonra 24 saat içinde SMT yapmalıdır

4.Daldırma Kalay (ImSn)

Mikroyapı:
Cu6Sn5 intermetalik kalınlığı (EDX ile ideal: 1,2-1,8μm) güvenilirliği belirler.

Otomotivde Başarı:
Bir ECU modülü, ENIG’nin 2400x'ine karşı ImSn ile 3000x -40°C~125°C döngülerini geçti.

Süreç Riskleri:

• Kalay bıyık büyümesi (yeniden akış ön yaşlandırması ile bastırılır)
• Çift taraflı levhalarda çapraz kontaminasyon
• Al tel bağlama ile uyumsuz

5.Daldırma Gümüş (ImAg)

Sinyal Bütünlüğü Kenarı:
10GHz ekleme kaybı ENIG'den daha düşüktür (IPC-6012B'ye göre).

Göç Karşı Önlemleri:
“Nanoparçacık katkısı” 48V güç modülleri için geçiş eşiğini 3,1V'tan 5,6V'a yükseltir.

Kalınlık Kontrolü:

• Bir inhibitör olarak sodyum tiyosülfat
• Sprey tipi kaplama tankı
• İşlem sonrası kromat pasivasyonu

6.Akımsız Nikel Akımsız Paladyum Daldırma Altın (ENEPIG)

Katman İnovasyonu:
Ni (3-4μm) ve Au (0.03-0.05μm) arasındaki 0.1-0.2μm Pd, Au difüzyonunu önler.

SiP Uygulaması:
ENEPIG kullanılarak karışık Au tel/SnAgCu lehimleme elde edilen bir 3D paket.

Maliyet Optimizasyonu:

• Gradyan Pd kalınlığı (0,15μm kenar/0,08μm merkez)
• Saf Pd yerine Pd-Co alaşımı

7. Elektrolitik Sert Altın

Askeri Sınıf Koruma:
180HV sertlikte Co katkılı Au (1-3μm) ENIG'den 50 kat daha fazla aşınmaya dayanır.

Konektör Özellikleri:

• Altın parmak eğimi: 30°±1°
• Ni kalınlığı ≥5μm
• 3mm geçiş bölgeleri gerekli

Maliyet Tuzağı:
Bir arka panelin hatalı kaplama alanı, kaplama maliyetini toplamın %8'inden 'üne çıkarmıştır.

Seçim Karar Ağacı

5 Yaygın Arıza Kliniği

S1: Yeniden akıştan sonra ENIG pedleri üzerinde siyah kalıntılar?
→ “Altın gevrekleşmesi”! Hemen kontrol edin:

1. Ni-P içeriği (%7-9 optimum)
2. Au kalınlığı >0.08μm?
3. Lehim pastası Bi içeriği

S2: 3 aylık depolamadan sonra ImSn üzerinde kalay bıyıkları?
→ “kurtarma üçlüsünü” çalıştırın:

1. 150°C'de 2 saat pişirme
2. Anti-difüzyon nano kaplaması uygulayın
3. Mat teneke işlemine geçin

S3: OSP kartları birden fazla yeniden akıştan sonra zayıf ıslanabilirlik gösteriyor mu?
→ Organik film bozulur! Bu adımları uygulayın:

1. Yeniden akış tepe sıcaklığının 245°C'yi aşmadığını doğrulayın
2. Saklama süresini kontrol edin – OSP 6 ay sonra bozulur
3. Yeniden akış sırasında nitrojen atmosferi eklemeyi düşünün

S4: ENEPIG kartları kablo bağı çekme testlerinde başarısız mı oluyor?
→ Genellikle bir paladyum katmanı sorunu:

1. Pd kalınlığını ölçün (0,15-0,25μm ideal)
2. Pd oksidasyonunu kontrol edin (XPS analizi önerilir)
3. PD banyosu pH değerini 8,2-8,6 aralığına ayarlayın

S5: Düzensiz lehim kalınlığına sahip HASL levhalarınız var mı?
→ Hava bıçağı kalibrasyonu gerekli:

1. Hava bıçağı basıncını doğrulayın (25-35 psi tipik)
2. Seviyeleme süresini kontrol edin (optimum 3-5 saniye)
3. Pano destek armatürlerini çarpıklık açısından inceleyin

Profesyonel İpuçları PCB Üreticileri

1. HASL – Çift taraflı levhalar için, gölge etkisini önlemek için “çift daldırma” işlemi talep edin
2. ENIG – En iyi güvenilirlik için her zaman “orta fosforlu” nikel (%6-9 P) belirtin
3. OSP – Yüksek güvenilirlikli uygulamalar için “Tip 3” OSP formülasyonlarını seçin
4. ImSn – Azot dolaplarında saklama raf ömrünü 6 ila 12 ay uzatır
5. ImAg – Levhalar birden fazla termal döngüye maruz kalacaksa kararmayı önleyici işlem ekleyin
6. ENEPIG – Esnek PCB uygulamaları için “düşük gerilimli nikel” belirtin
7. Sert Altın – Optimum aşınma direnci için kobalt içeriği %0,1-0,3 olmalıdır

Maliyet-Performans Ödünleşme Analizi

Yüzey İşlemlerinde Gelecek Trendleri

1. Nanokompozit OSP – Grafen ile geliştirilmiş formülasyonlar denemelerde 2 kat daha uzun raf ömrü gösteriyor
2. Düşük Sıcaklık ENIG – Yeni kimyasallar geleneksel 85°C'ye kıyasla 65°C'de işleme olanağı sağlıyor
3. Seçici Yüzeyler – Tek bir pano üzerinde farklı yüzeylerin birleştirilmesi (örn. ENIG + OSP)
4. Kendi Kendini İyileştiren Filmler – Yeniden akış sırasında küçük çizikleri onaran deneysel OSP
5. Halojensiz Prosesler – Yaklaşan AB çevre düzenlemelerini karşılamak

Yüzey kaplamalarını değerlendirirken şunu unutmayın: evrensel bir “en iyi” seçenek yoktur – yalnızca özel tasarım gereksinimleriniz, bütçe kısıtlamalarınız ve üretim yetenekleriniz için en uygun çözüm vardır. En pahalı kaplama mutlaka doğru seçim değildir, tıpkı en ekonomik seçeneğin sahada arızalara yol açabileceği gibi. Seçiminizi tamamlamadan önce her zaman gerçek PCB tasarımınız ve bileşenlerinizle gerçek dünya testleri yapın.