Wat is PCB oppervlakteafwerking?

PCB oppervlaktebehandeling verwijst naar het blootgestelde koperfolie gebied van de printplaat (zoals pads, geleidende paden) bedekt met een laag metaal of legering coating, als het koperoppervlak van de "beschermende barrière" en "lasmedium".

Kernfuncties van PCB oppervlakteafwerking

Fysieke bescherming: Isoleert koper tegen contact met lucht en vocht, waardoor oxidatie, sulfidering en andere corrosieve reacties worden voorkomen;
Soldeerbaarheid optimaliseren:Zorg voor een vlakke en stabiele soldeerinterface voor een betrouwbare verbinding tussen het soldeer (bijvoorbeeld soldeerpasta) en de koperlaag;
Gegarandeerde elektrische prestaties: om de stabiliteit van de circuitgeleiding te handhaven, om impedantieafwijkingen of kortsluitingsrisico's als gevolg van de aantasting van het koperoppervlak te voorkomen.

Het belang van PCB-oppervlaktebehandeling

Hoofddoel: het "oxidatieprobleem" van het koperoppervlak oplossen

Koper op kamertemperatuur met zuurstof in de lucht, contact met waterdamp zal koperoxide (CuO) of alkalisch kopercarbonaat (kopergroen) genereren, deze geoxideerde lagen zullen de bevochtigbaarheid van het solderen aanzienlijk verminderen — specifiek gemanifesteerd als soldeer "weigert te solderen", soldeerverbindingen vals of gebarsten. Oppervlaktevoorbereiding zorgt ervoor dat het koperoppervlak actief is tijdens het solderen door het te bedekken met een coating die het contactpad van het koper met het oxidatiemiddel radicaal blokkeert.

Industrieel belang: een kritisch proces gedurende de hele levenscyclus van PCB's

1.Productie
Verzeker SMT (Surface Mount Technology) opbrengsten en verminder herbewerkingskosten als gevolg van slechte soldeerbaarheid;
De uniformiteit van de coating heeft een directe invloed op de mechanische sterkte van componenten na het solderen (bijv. soldeerverbinding spanning, afschuifkracht).

2.Opslag en transport
Bij langdurige opslag kan de coating bestand zijn tegen vocht, zoutnevel en andere omgevingsfactoren erosie (zoals kustgebieden met apparatuur, PCB's moeten speciale aandacht besteden aan het vermogen om roest te voorkomen);
Voorkom beschadiging van het koperoppervlak door wrijving en botsingen tijdens transport.

3.Aanpassing aan het gebruik van scènes
Omgevingen met hoge temperaturen (zoals auto-elektronica, industriële besturing) vereisen dat de coating verouderingsbestendig is om ontleding of oxidatie van de coating bij hoge temperaturen te voorkomen;
In hoogfrequente schakelingen is de vlakheid van de coating van invloed op het signaaloverdrachtsverlies (zo wordt het immersie-goudproces vaak gebruikt in RF-PCB's vanwege de goede uniformiteit van de coating).

Diepgaande vergelijking van 7 PCB oppervlakteafwerkingen

1. Hete lucht soldeer nivellering (HASL)

Procesprincipe:
Het onderdompelen van PCB's in 260°C gesmolten soldeer (Sn63Pb37 of SAC305), gevolgd door het onder hoge druk met hete lucht (400°C) verwijderen van overtollig soldeer, creëert ongelijke “heuvel” oppervlakken.

Ideaal voor:

• Consumentenelektronica (opladers, LED-drivers)
• Kostengevoelige orders met hoge volumes

Harde les:
Een routerfabrikant ervoer wijdverspreide BGA-leemtes bij het gebruik van loodvrije HASL en voegde uiteindelijk een “pad pre-tinning” stap toe die de kosten met $0,17/board verhoogde.

Kritische controles:

2.Nikkel ondergedompeld goud (ENIG)

Laagstructuur:
“Sandwich” deposition: Elektroless Ni (3-5μm) → Verplaatsing Au (0,05-0,1μm). Ni fungeert als koper “firewall,” Au als “soldeerinterface.”

Casestudie Hoogfrequent:
Een mmWave radarboard verkoos ENIG boven OSP omdat Au’s skin effect loss 23% lager was (@77GHz).

Zwarte Pad Analyse:
Wanneer het nikkelbad 91°C overschrijdt, vormt de fosforsegregatie brosse Ni3P-fasen (SEM toont “gebarsten” morfologie). Preventie:

• Voeg citroenzuurbuffer toe
• Impulsplateren implementeren
• Inclusief micro-etch voor Au afzetting

3.Organisch soldeerbaarheidsbewaarmiddel (OSP)

Moleculaire bescherming:
Benzimidazool-koperchelaten vormen 0,2-0,5 μm films die bestand zijn tegen 6 maanden natuurlijke oxidatie.

5G voorkeurskeuze:
Een AAU-bord voor een basisstation dat OSP+LDI gebruikt, bespaarde $4,2/m² in vergelijking met ENIG met 0,3dB/cm lagere insertie (@28 GHz).

Don&#8217s voor opslag:

• RH>60% veroorzaakt hydrolyse van de film
• Zwavelhoudende verpakking creëert Cu2S zwarte vlekken
• Moet SMT binnen 24 uur na uitpakken

4.Onderdompeltin (ImSn)

Microstructuur:
Cu6Sn5 intermetallische dikte (ideaal: 1,2-1,8 μm via EDX) bepaalt de betrouwbaarheid.

Succes in de auto-industrie:
Een ECU-module doorstond 3000x -40°C~125°C cycli met ImSn tegenover 2400x met ENIG&#8217.

Procesrisico's:

• Tingroei (onderdrukt door reflow pre-aging)
• Kruisbesmetting in dubbelzijdige borden
• Niet compatibel met Al-draadverbinding

5.Onderdompelingszilver (ImAg)

Signaalintegriteit Rand:
10 GHz insertieverlies is 15% lager dan ENIG (volgens IPC-6012B).

Tegenmaatregelen voor migratie:
“Nanodeeltjes doping” verhoogt de migratiedrempel van 3,1V naar 5,6V voor 48V voedingsmodules.

Diktecontrole:

• Natriumthiosulfaat als remmer
• Spuittank voor beplating
• Chromaat passivering nabehandeling

6.Nikkel Elektrolytisch Palladium Onderdompelingsgoud (ENEPIG)

Laaginnovatie:
0,1-0,2 μm Pd tussen Ni (3-4 μm) en Au (0,03-0,05 μm) voorkomt Au-diffusie.

SiP-toepassing:
Een 3D-pakket met gemengde Au-draad/SnAgCu-soldering met ENEPIG.

Kostenoptimalisatie:

• Gradiëntdikte Pd (0,15 μm rand/0,08 μm centrum)
• Pd-Co-legering in plaats van zuiver Pd

7.Elektrolytisch Hard Goud

Militaire bescherming:
Co-gedoteerd Au (1-3μm) bij een hardheid van 180HV weerstaat 50x meer slijtage dan ENIG.

Specificaties aansluitingen:

• Gouden vingerafschuining: 30°±1°
• Ni dikte ≥5μm
• 3 mm overgangszones vereist

Kosten val:
Een backplane’s onjuist platinggebied verhoogde de afwerkingskosten van 8% tot 34% van het totaal.

Selectie Beslisboom

5 veelvoorkomende faalklinieken

V1: Zwarte resten op ENIG-pads na reflow?
→ “Goudverbrossing”! Onmiddellijk controleren:

1. Ni-P gehalte (7-9% optimaal)
2. Au dikte >0.08μm?
3. Soldeerpasta Bi gehalte

V2: Tin whiskers op ImSn na 3 maanden opslag?
→ Voer “reddingstrio” uit:

1. 150°C bakken gedurende 2 uur
2. Anti-diffusie nano-coating aanbrengen
3. Overschakelen naar het matte tinnen proces

V3: OSP-platen vertonen een slechte bevochtigbaarheid na meerdere reflows?
→ De organische film degradeert! Neem deze stappen:

1. Controleer of de reflow-piektemperatuur niet hoger was dan 245°C
2. Controleer de bewaartijd – OSP degradeert na 6 maanden
3. Overweeg het toevoegen van een stikstofatmosfeer tijdens reflow

V4: ENEPIG-printplaten mislukken bij draadverbindingstests?
→ Gewoonlijk een kwestie van palladiumlagen:

1. Pd-dikte meten (0,15-0,25 μm ideaal)
2. Controleren op Pd-oxidatie (XPS-analyse aanbevolen)
3. Stel de pH van het PD-bad in op 8,2-8,6.

V5: Heb je HASL-platen met ongelijke soldeerdikte?
→ Luchtmeskalibratie nodig:

1. Controleer de mesdruk (normaal 25-35 psi).
2. Controleer de nivelleertijd (3-5 seconden optimaal)
3. Controleer de printplaatsteunen op kromtrekken

Pro-tips van PCB-fabrikanten

1. HASL – Voor dubbelzijdige raad, vraag “dual dip” verwerking om het schaduweffect te verhinderen
2. ENIG – Specificeer altijd “midden-fosfor” nikkel (6-9% P) voor de beste betrouwbaarheid.
3. OSP – Kies “Type 3” OSP-formuleringen voor toepassingen met hoge betrouwbaarheid
4. ImSn – Opslag in stikstofkasten verlengt de houdbaarheid van 6 tot 12 maanden
5. ImAg – voeg een antitarnish behandeling toe als de platen meerdere thermische cycli ondergaan
6. ENEPIG – Specificeer “nikkel met lage spanning” voor flexibele PCB-toepassingen
7. Hard goud – Kobaltgehalte moet 0,1-0,3% zijn voor optimale slijtvastheid

Kosten-prestatie afweging

Toekomstige trends in oppervlakteafwerkingen

1. Nanocomposiet OSP – Door grafeen verbeterde formuleringen tonen 2x langere houdbaarheid in proeven
2. ENIG voor lage temperaturen – Nieuwe chemicaliën maken verwerking bij 65°C mogelijk in plaats van de traditionele 85°C
3. Selectieve afwerkingen – Combineren van verschillende afwerkingen op één printplaat (bijv. ENIG + OSP)
4. Zelfhelende films – Experimentele OSP die kleine krasjes herstelt tijdens reflow
5. Halogeenvrije processen – Voldoen aan komende EU-milieuwetgeving

Onthoud bij het evalueren van oppervlakteafwerkingen: er is geen universele “beste” optie – alleen de meest geschikte oplossing voor uw specifieke ontwerpeisen, budgetbeperkingen en productiemogelijkheden. De duurste afwerking is niet noodzakelijk de juiste keuze, net zoals de voordeligste optie tot defecten in het veld kan leiden. Voer altijd praktijktests uit met uw werkelijke PCB-ontwerp en componenten voordat u uw keuze definitief maakt.