Hvad er PCB-overfladebehandlinger?

PCB-overfladebehandling henviser til det eksponerede kobberfolieområde på printkortet (såsom puder, ledende stier) dækket med et lag metal eller legeringsbelægning, som kobberoverfladen på "beskyttelsesbarrieren" og "svejsemediet".

PCB-overfladebehandling Kernefunktioner

Fysisk beskyttelse: Isolerer kobber fra kontakt med luft og fugt, hvilket forhindrer oxidering, sulfidering og andre ætsende reaktioner;
Optimering af loddeevne:Sørg for en flad og stabil loddegrænseflade for at sikre en pålidelig forbindelse mellem loddet (f.eks. loddepasta) og kobberlaget;
Garanti for elektrisk ydeevne: for at opretholde stabiliteten i kredsløbets ledning, for at undgå impedansabnormiteter eller kortslutningsrisiko på grund af forringelse af kobberoverfladen.

Vigtigheden af PCB-overfladebehandling

Hovedformål: at løse "oxidationsproblemet" på kobberoverfladen

Kobber ved stuetemperatur med ilt i luften, vanddampkontakt vil generere kobberoxid (CuO) eller alkalisk kobberkarbonat (kobbergrøn), disse oxiderede lag vil reducere befugtningsevnen for lodning betydeligt — specifikt manifesteret som lodde "nægter at lodde", loddeforbindelser falske eller revnet. Overfladeforberedelse sikrer, at kobberoverfladen er aktiv under lodning ved at dække den med en belægning, der radikalt blokerer kobberets kontaktvej med oxidationsmidlet.

Industriens betydning: en kritisk proces i hele PCB's livscyklus

1. Fremstilling
Sikre SMT-udbytte (Surface Mount Technology) og reducer omkostninger til omarbejde på grund af dårlig loddeevne;
Belægningens ensartethed har direkte indflydelse på komponenternes mekaniske styrke efter lodning (f.eks. loddespænding, forskydningskraft).

2. opbevaring og transport
Ved langtidsopbevaring kan belægningen modstå fugt, saltsprøjt og andre miljøfaktorers erosion (f.eks. kystområder med udstyr, PCB'er skal være særligt opmærksomme på evnen til at forhindre rust);
Undgå skader på kobberoverfladen på grund af friktion og sammenstød under transport.

3. tilpasning til brugen af scener
Miljøer med høje temperaturer (f.eks. bilelektronik, industriel styring) kræver, at belægningen har ældningsbestandighed for at forhindre nedbrydning eller oxidering af belægningen ved høje temperaturer;
I højfrekvente kredsløb påvirker belægningens fladhed signaltransmissionstabet (f.eks. bruges nedsænkningsguldprocessen ofte i RF PCB'er på grund af belægningens gode ensartethed).

Dybtgående sammenligning af 7 PCB-overfladebehandlinger

1. Nivellering med varmluftslodning (HASL)

Procesprincip:
Nedsænkning af printkort i 260 °C smeltet loddemetal (Sn63Pb37 eller SAC305) efterfulgt af fjernelse af overskydende loddemetal med højtryksluft (400 °C) skaber ujævne “kuperede” overflader.

Ideel til:

• Forbrugerelektronik (opladere, LED-drivere)
• Omkostningsfølsomme ordrer i store mængder

En hård lektion:
En routerproducent oplevede udbredte BGA-tomrum ved brug af blyfri HASL og tilføjede i sidste ende et trin med "pad pre-tinning", der øgede omkostningerne med 0,17 $/board.

Kritiske kontroller:

2.Elektroløs nikkel nedsænket guld (ENIG)

Lagstruktur:
“Sandwich” deposition: Kemiløs Ni (3-5 μm) → Fortrængning Au (0,05-0,1 μm). Ni fungerer som kobber “firewall,” Au som en “loddegrænseflade.”

Casestudie med høj frekvens:
Et mmWave-radarkort valgte ENIG frem for OSP, fordi Au&#8217s hudeffekttab var 23% lavere (@77GHz).

Analyse af sort pude:
Når Ni-badet overstiger 91 °C, danner fosforsegregering sprøde Ni3P-faser (SEM viser “krakeleret” morfologi). Forebyggelse:

• Tilsæt citronsyrebuffer
• Implementer pulse plating
• Inkluder mikro-ætsning før Au-aflejring

3.Organisk konserveringsmiddel til lodning (OSP)

Molekylær beskyttelse:
Benzimidazol-kobberchelater danner 0,2-0,5 μm film, der modstår 6 måneders naturlig oxidering.

5G's foretrukne valg:
Et AAU-kort til en basestation med OSP+LDI sparede 4,2 $/m² i forhold til ENIG med 0,3 dB/cm lavere indsættelsestab (ved 28 GHz).

Opbevaring er ikke en god idé:

• RH>60% forårsager filmhydrolyse
• Svovlholdig emballage skaber sorte pletter af Cu2S
• Skal SMT'e inden for 24 timer efter udpakning

4.Neddykning af tin (ImSn)

Mikrostruktur:
Cu6Sn5 intermetallisk tykkelse (ideel: 1,2-1,8 μm via EDX) bestemmer pålideligheden.

Succes med biler:
Et ECU-modul klarede 3000x -40°C~125°C cyklusser med ImSn vs ENIG’s 2400x.

Procesrisici:

• Tin whisker vækst (undertrykt af reflow pre-aging)
• Krydskontaminering i dobbeltsidede tavler
• Uforenelig med bonding af Al-tråde

5.Nedsænket sølv (ImAg)

Signalintegritetskant:
10 GHz indsætningstab er 15 % lavere end ENIG (i henhold til IPC-6012B).

Modforanstaltninger til migration:
Doping med nanopartikler hæver migrationstærsklen fra 3,1 V til 5,6 V for 48 V-strømforsyningsmoduler.

Kontrol af tykkelse:

• Natriumthiosulfat som inhibitor
• Galvaniseringstank af spraytypen
• Efterbehandling med kromatpassivering

6.Elektroløs nikkel Elektroløs palladium nedsænkningsguld (ENEPIG)

Lag-innovation:
0,1-0,2 μm Pd mellem Ni (3-4 μm) og Au (0,03-0,05 μm) forhindrer Au-diffusion.

SiP-anvendelse:
En 3D-pakke opnåede blandet Au-tråd/SnAgCu-lodning ved hjælp af ENEPIG.

Optimering af omkostninger:

• Gradient Pd-tykkelse (0,15 μm kant/0,08 μm center)
• Pd-Co-legering i stedet for ren Pd

7.Elektrolytisk hårdt guld

Beskyttelse på militærniveau:
Co-dopet Au (1-3μm) med 180HV hårdhed modstår 50 gange mere slid end ENIG.

Specifikationer for stik:

• Facon på guldfinger: 30°±1°
• Ni-tykkelse ≥5μm
• 3 mm overgangszoner påkrævet

Omkostningsfælde:
Et forkert pletteringsområde på en bagplade øgede færdiggørelsesomkostningerne fra 8 % til 34 % af det samlede beløb.

Valg af beslutningstræ

5 almindelige fejlklinikker

Q1: Sorte rester på ENIG-pads efter reflow?
→ “Guldsprængning”! Tjek med det samme:

1. Ni-P-indhold (7-9% optimalt)
2. Au tykkelse >0.08μm?
3. Loddepasta Bi-indhold

Q2: Tin whiskers på ImSn efter 3 måneders opbevaring?
→ Udfør “redningstrioen”:

1. 150°C bagning i 2 timer
2. Påfør antidiffusions-nano-belægning
3. Skift til den matte tinproces

Q3: OSP boards viser dårlig befugtning efter flere reflows?
→ Den organiske film nedbrydes! Tag disse skridt:

1. Kontroller, at spidstemperaturen for reflow ikke oversteg 245 °C
2. Tjek opbevaringstiden – OSP nedbrydes efter 6 måneder
3. Overvej at tilføje en nitrogenatmosfære under reflow

Q4: ENEPIG-kort fejler i wire bond pull-test?
→ Normalt et problem med palladiumlag:

1. Mål Pd-tykkelse (0,15-0,25 μm ideelt)
2. Tjek for Pd-oxidation (XPS-analyse anbefales)
3. Juster PD-badets pH til området 8,2-8,6

Q5: Har du HASL-plader med ujævn loddetykkelse?
→ Kalibrering af luftkniv nødvendig:

1. Kontrollér luftknivens tryk (typisk 25-35 psi)
2. Tjek nivelleringstiden (3-5 sekunder er optimalt)
3. Inspicér kortstøttebeslag for skævhed

Professionelle tips fra PCB-producenter

1. HASL – For dobbeltsidede plader, anmod om “ dobbelt dip” behandling for at forhindre skyggeeffekten
2. ENIG – Angiv altid “mid-fosfor” nikkel (6-9% P) for at opnå den bedste pålidelighed
3. OSP Vælg OSP-formuleringer af type 3 til applikationer med høj pålidelighed
4. ImSn – Opbevaring i nitrogenskabe forlænger holdbarheden fra 6 til 12 måneder
5. ImAg – Tilføj anti-tarnish-behandling, hvis pladerne skal gennemgå flere termiske cyklusser
6. ENEPIG – Specificer “low-stress nikkel” til fleksible PCB-applikationer
7. Hårdt guld Koboltindholdet bør være 0,1-0,3 % for at opnå optimal slidstyrke.

Analyse af afvejning af omkostninger og ydeevne

Fremtidige tendenser inden for overfladebehandlinger

1. Nanokomposit OSP – Grafenforstærkede formuleringer viser 2x længere holdbarhed i forsøg
2. ENIG ved lav temperatur Nye kemikalier gør det muligt at behandle ved 65 °C i stedet for de traditionelle 85 °C
3. Selektive overflader – Kombination af forskellige overflader på enkelte plader (f.eks. ENIG + OSP)
4. Selvhelbredende film Eksperimentel OSP, der reparerer mindre ridser under reflow
5. Halogenfri processer Opfyldelse af kommende EU-miljøregler

Når du vurderer overfladebehandlinger, skal du huske, at der ikke findes en universel "bedste" løsning, men kun den mest hensigtsmæssige løsning til dine specifikke designkrav, budgetbegrænsninger og produktionsmuligheder. Den dyreste finish er ikke nødvendigvis det rigtige valg, ligesom den mest økonomiske løsning kan føre til fejl i felten. Udfør altid test i den virkelige verden med dit faktiske printkortdesign og dine komponenter, før du træffer dit endelige valg.