Leiterplattentechnisch - Eigenschaften der Oberflächenbehandlung von Leiterplatten, Anwendungen und Entwicklungstrends

Eigenschaften der Oberflächenbehandlung von Leiterplatten, Anwendungen und Entwicklungstrends

Die Leiterplattenfabrik bemerkte, dass mit der kontinuierlichen Verbesserung von Wissenschaft und Technologie die Umweltprobleme im aktuellen Leiterplattenproduktionsprozess besonders prominent zu sein scheinen. Derzeit ist das Thema Blei und Brom das beliebteste; Blei- und halogenfrei beeinflussen die Entwicklung von Leiterplatten in vielen Aspekten.

Obwohl derzeit die Veränderungen im Oberflächenbehandlungsprozess von PCB nicht sehr groß sind, scheint es eine relativ entfernte Sache zu sein, aber es sollte angemerkt werden, dass langfristige langsame Veränderungen zu riesigen Veränderungen führen werden. Mit der steigenden Nachfrage nach Umweltschutz wird der Oberflächenbehandlungsprozess von PCB in Zukunft definitiv enorme Veränderungen erfahren.

Zweck der Oberflächenbehandlung

Der grundlegendste Zweck der Oberflächenbehandlung ist es, gute Lötbarkeit oder elektrische Eigenschaften zu gewährleisten. Da natürliches Kupfer tendenziell in Form von Oxiden in der Luft existiert, ist es unwahrscheinlich, dass es lange als ursprüngliches Kupfer bleibt, so dass andere Behandlungen für Kupfer erforderlich sind. Obwohl in der nachfolgenden Montage starkes Flussmittel verwendet werden kann, um die meisten Kupferoxide zu entfernen, ist das starke Flussmittel selbst nicht leicht zu entfernen, so dass die Industrie im Allgemeinen keinen starken Flussstoff verwendet.

Es gibt viele PCB-Oberflächenbehandlungsverfahren, die üblichen sind Heißluftnivellierung, organische Beschichtung, elektroloses Nickel/Immersionsgold, Immersionssilber und Immersionszinn, die einzeln unten eingeführt werden.

1. Heißluftnivellierung

Die Heißluft-Nivellierung wird auch als Heißluft-Lotnivellierung bezeichnet. Es ist ein Verfahren, bei dem geschmolzenes Zinn-Blei-Lot auf der Oberfläche der Leiterplatte beschichtet und mit erhitzter Druckluft abgeflacht (geblasen) wird, um eine Schicht zu bilden, die gegen Kupferoxidation beständig ist und eine gute Lötbarkeit bietet. Sexuelle Beschichtung. Beim Heißluftnivellieren bilden Lot und Kupfer an der Verbindung eine intermetallische Kupfer-Zinn-Verbindung. Die Dicke des Lots zum Schutz der Kupferoberfläche beträgt etwa 1-2 mils.

Die Leiterplatte sollte während der Heißluftnivellierung in geschmolzenes Lot eingetaucht werden; Das Luftmesser bläst das flüssige Lot, bevor das Lot erstarrt; Das Luftmesser kann den Meniskus des Lots auf der Kupferoberfläche minimieren und Lötbrücken verhindern. Es gibt zwei Arten der Heißluftnivellierung: vertikal und horizontal. Generell gilt der horizontale Typ als besser. Der Hauptgrund ist, dass die horizontale Heißluftnivellierung gleichmäßiger ist und eine automatisierte Produktion realisieren kann. Der allgemeine Durchfluss des Heißluftnivellierungsprozesses ist: Mikroätzen-Vorwärmen-Beschichten-Flusssprühen Zinnreinigung.

2. Organische Beschichtung

Das organische Beschichtungsverfahren unterscheidet sich von anderen Oberflächenbehandlungsverfahren dadurch, dass es als Barriere zwischen Kupfer und Luft fungiert; Der organische Beschichtungsprozess ist einfach und kostengünstig, was es in der Industrie weit verbreitet macht. Die frühen organischen beschichteten Moleküle waren Imidazol und Benzotriazol, die eine Rolle bei der Rostvorbeugung spielten, und die neuesten Moleküle waren hauptsächlich Benzimidazol, das Kupfer war, das Stickstofffunktionsgruppen chemisch an die Leiterplatte bindete.

Wenn sich im nachfolgenden Lötverfahren nur eine organische Beschichtungsschicht auf der Kupferoberfläche befindet, funktioniert dies nicht, es müssen viele Schichten vorhanden sein. Aus diesem Grund wird in der Regel Kupferflüssigkeit in den Chemikalientank gegeben. Nach dem Beschichten der ersten Schicht adsorbiert die Beschichtungsschicht Kupfer; Dann werden die organischen Beschichtungsmoleküle der zweiten Schicht mit Kupfer kombiniert, bis zwanzig oder sogar Hunderte von organischen Beschichtungsmolekülen sich auf der Kupferoberfläche sammeln, was sicherstellen kann, dass mehrere Zyklen durchgeführt werden. Strömungsschweißen.

Tests haben gezeigt, dass das neueste organische Beschichtungsverfahren bei mehreren bleifreien Lötprozessen eine gute Leistung beibehalten kann. Der allgemeine Ablauf des organischen Beschichtungsprozesses ist: Entfetten-Mikroätzen-Beizen-Reinwasserreinigung-Organische Beschichtungsreinigung. Die Prozesssteuerung ist einfacher als andere Oberflächenbehandlungsverfahren.

3. Elektroloses Vernickeln/Eintauchgold

Das elektrolose Nickel/Immersion Gold Verfahren ist nicht so einfach wie die organische Beschichtung. Das elektrolose Nickel-/Immersionsgold scheint eine dicke Panzerung auf die Leiterplatte zu setzen; Darüber hinaus ist der elektrolose Nickel-/Immersionsgoldprozess nicht wie die organische Beschichtung als Rostschutzbarriereschicht. Es kann bei der langfristigen Verwendung von Leiterplatten nützlich sein und eine gute elektrische Leistung erzielen.

Daher ist elektroloses Nickel/Immersionsgold, eine dicke, gute elektrische Nickel-Gold-Legierung auf der Kupferoberfläche zu wickeln, die die Leiterplatte für eine lange Zeit schützen kann; Darüber hinaus verfügt es auch über Umweltschutz, den andere Oberflächenbehandlungsverfahren nicht haben. Geduld. Der Grund für die Vernickelung ist, dass Gold und Kupfer sich gegenseitig diffundieren und die Nickelschicht die Diffusion zwischen Gold und Kupfer verhindern kann; Wenn keine Nickelschicht vorhanden ist, diffundiert Gold innerhalb weniger Stunden in das Kupfer.

Ein weiterer Vorteil von elektrolosem Nickel/Immersionsgold ist die Stärke von Nickel. Nur fünf Mikrometer Nickel können die Ausdehnung in Z-Richtung bei hohen Temperaturen begrenzen. Darüber hinaus kann elektroloses Nickel/Immersionsgold auch die Auflösung von Kupfer verhindern, was der bleifreien Montage zugute kommt. Der allgemeine Prozess des elektrolosen Vernickelns/Goldeintauchens-Prozesses ist: Säurereinigung-Mikroätzen-Voreintauchen-Aktivieren-Elektroloses Vernickeln-Chemisches Eintauchen Gold. Es gibt hauptsächlich 6 chemische Tanks, die fast 100 Arten von Chemikalien einbeziehen, so dass die Prozesskontrolle Schwierigkeit verglichen wird.

4. Immersionssilber

Das Immersionssilberverfahren liegt zwischen organischer Beschichtung und elektrolosem Nickel-/Immersionsgold. Der Prozess ist relativ einfach und schnell; Es ist nicht so kompliziert wie elektroloses Nickel/Immersionsgold, noch legt es eine dicke Schicht Panzerung auf die Leiterplatte, aber es kann immer noch gute elektrische Leistung liefern. Silber ist der kleine Bruder des Goldes. Selbst wenn es Hitze, Feuchtigkeit und Verschmutzung ausgesetzt ist, kann Silber immer noch gute Lötbarkeit beibehalten, verliert aber seinen Glanz.

Immersionssilber hat nicht die gute physikalische Festigkeit von elektrolosem Nickel/Immersionsgold, da sich unter der Silberschicht kein Nickel befindet. Darüber hinaus hat Immersionssilber gute Lagereigenschaften, und es wird keine größeren Probleme bei der Montage nach mehreren Jahren Immersionssilber geben. Immersionssilber ist eine Verdrängungsreaktion, es ist fast submikron reine Silberbeschichtung. Manchmal enthält der Tauchsilberprozess auch etwas organisches Material, hauptsächlich um Silberkorrosion zu verhindern und Silbermigrationsprobleme zu beseitigen; Es ist im Allgemeinen schwierig, diese dünne Schicht organischer Materie zu messen, und die Analyse zeigt, dass das Gewicht des Organismus weniger als 1%.

5. Tauchzinn

Da alle gängigen Lote auf Zinnbasis basieren, kann die Zinnschicht mit jeder Art von Lot abgestimmt werden. Aus dieser Sicht ist das Tauchzinnverfahren äußerst vielversprechend. Zinnhaare erscheinen jedoch in der vorherigen Leiterplatte nach dem Tauchzinnprozess, und die Migration von Zinnhaaren und Zinn während des Lötprozesses verursacht Zuverlässigkeitsprobleme, so dass die Verwendung des Tauchzinnverfahrens begrenzt ist.

Später wurden der Zinn-Eintauchlösung organische Additive hinzugefügt, um die Zinnschicht-Struktur in einer körnigen Struktur zu machen, die die vorherigen Probleme überwindet und auch eine gute thermische Stabilität und Lötbarkeit aufweist. Das Tauchzinnverfahren kann eine flache intermetallische Kupfer-Zinn-Verbindung bilden. Diese Eigenschaft macht Tauchzinn die gleiche gute Lötbarkeit wie Heißluftnivellierung ohne das Kopfschmerzenproblem der Heißluftnivellierung haben; Es gibt keine elektrolose Vernickelung für Tauchzinn/Diffusion zwischen Tauchgoldmetallen-Kupfer-Zinn intermetallische Verbindungen können fest miteinander verbunden werden. Die Tauchzinnplatte kann nicht zu lange gelagert werden, und die Montage muss gemäß der Reihenfolge des Tauchzinns durchgeführt werden.

6. Andere Oberflächenbehandlungsverfahren

Es gibt weniger Anwendungen anderer Oberflächenbehandlungsverfahren. Schauen wir uns die relativ häufigere Anwendung der Nickel-Gold-Galvanik und der galvanischen Palladiumplattierung an. Die Galvanisierung von Nickel und Gold ist der Urheber der PCB-Oberflächenbehandlungstechnologie. Es ist erschienen, seit PCB erschien, und es hat sich allmählich zu anderen Methoden entwickelt. Es ist, zuerst eine Nickelschicht auf dem Leiterplattenoberflächenleiter und dann eine Goldschicht zu platten. Die Vernickelung dient hauptsächlich dazu, die Diffusion zwischen Gold und Kupfer zu verhindern. Es gibt zwei Arten von galvanischem Nickelgold: weiche Vergoldung (reines Gold, die Goldoberfläche sieht nicht hell aus) und harte Vergoldung (die Oberfläche ist glatt und hart, verschleißfest, enthält Kobalt und andere Elemente, und die Goldoberfläche sieht heller aus).

Weiches Gold wird hauptsächlich für Golddraht während der Chipverpackung verwendet; Hartgold wird hauptsächlich für elektrische Verbindungen in nicht geschweißten Bereichen verwendet. In Anbetracht der Kosten verwendet die Industrie oft die Methode der Bildübertragung, um selektive Galvanik durchzuführen, um den Einsatz von Gold zu reduzieren. Derzeit nimmt der Einsatz von selektivem galvanischem Gold in der Industrie weiter zu, was hauptsächlich auf die Schwierigkeit zurückzuführen ist, den galvanischen Nickel-/Tauchgold-Prozess zu steuern.

Unter normalen Umständen führt das Schweißen dazu, dass das galvanisierte Gold spröde wird, was die Lebensdauer verkürzt, also vermeiden Sie Schweißen auf galvanischem Gold; aber das elektrolose Nickel/Immersionsgold ist sehr dünn und konsistent, so dass Sprödigkeit selten auftritt. Der Prozess der elektrolosen Palladiumplattierung ist dem der elektrolosen Vernickelung ähnlich. Der Hauptprozess besteht darin, die Palladiumionen auf der katalytischen Oberfläche durch ein Reduktionsmittel (wie Natriumdihydrogenhypophosphit) zu Palladium zu reduzieren. Das neue Palladium kann ein Katalysator werden, um die Reaktion zu fördern, so dass eine Palladiumbeschichtung jeder Dicke erhalten werden kann. Die Vorteile der elektrolosen Palladiumbeschichtung sind gute Schweißzuverlässigkeit, thermische Stabilität und Oberflächenglätte.

Auswahl des Oberflächenbehandlungsverfahrens

Die Wahl des Oberflächenbehandlungsverfahrens hängt hauptsächlich von der Art der Endmontageteile ab; Der Oberflächenbehandlungsprozess beeinflusst die Leiterplattenproduktion, Montage und Endverwendung. Im Folgenden wird der Einsatz von fünf gängigen Oberflächenbehandlungsverfahren konkret vorgestellt.

1. Heißluftnivellierung

Früher war die Heißluftnivellierung im PCB-Oberflächenbehandlungsprozess dominant. In den 1980er Jahren verwendeten mehr als drei Viertel der Leiterplatten Heißluftnivellierungsverfahren, aber die Industrie hat den Einsatz von Heißluftnivellierungsverfahren in den letzten zehn Jahren reduziert. Schätzungsweise verwenden etwa 25%-40% der Leiterplatten derzeit Heißluft. Nivellierungsprozess.

Der Heißluftnivellierungsprozess ist schmutzig, unangenehm und gefährlich, so dass es nie ein beliebter Prozess war, aber Heißluftnivellierung ist ein ausgezeichneter Prozess für größere Komponenten und Drähte mit größerem Abstand. Bei Leiterplatten mit hoher Dichte beeinflusst die Ebenheit der Heißluftnivellierung die nachfolgende Montage; HDI-Platten verwenden daher in der Regel keine Heißluftnivellierungsverfahren. Mit dem Fortschritt der Technologie verfügt die Industrie jetzt über ein Heißluftnivellierungsverfahren, das für die Montage von QFPs und BGAs mit kleineren Steigungen geeignet ist, aber es gibt weniger praktische Anwendungen.

Derzeit verwenden einige PCB-Fabriken organische Beschichtungen und elektrolose Nickel-/Tauchgoldprozesse, um den Heißluftnivellierungsprozess zu ersetzen; Die technologischen Entwicklungen haben auch einige Fabriken veranlasst, Tauchzinn- und Silbertauchverfahren einzusetzen. Gepaart mit dem bleifreien Trend der letzten Jahre wurde der Einsatz von Heißluftnivellierung weiter eingeschränkt. Obwohl die sogenannte bleifreie Heißluftnivellierung aufgetreten ist, kann dies die Kompatibilität von Geräten beinhalten.

2. Organische Beschichtung

Es wird geschätzt, dass etwa 25%-30% der Leiterplatten derzeit organische Beschichtungstechnologie verwenden, und dieser Anteil steigt (es ist wahrscheinlich, dass organische Beschichtungen jetzt die Heißluftnivellierung überhaupt übertroffen haben). Das organische Beschichtungsverfahren kann auf Low-Tech-Leiterplatten oder High-Tech-Leiterplatten, wie Leiterplatten für einseitige Fernsehgeräte und Leiterplatten für hochdichte Chipverpackungen verwendet werden. Für BGA gibt es auch mehr Anwendungen der organischen Beschichtung. Wenn PCB keine funktionalen Anforderungen an die Oberflächenverbindung oder eine Begrenzung der Lagerdauer hat, ist die organische Beschichtung der ideale Oberflächenbehandlungsprozess.

3. Elektroloses Vernickeln/Eintauchgold

Das elektrolose Nickel-/Immersionsgold-Verfahren unterscheidet sich von der organischen Beschichtung. Es wird hauptsächlich auf Platinen verwendet, die funktionale Anforderungen an den Anschluss und eine lange Speicherdauer haben, wie Mobiltelefontastaturen, Kantenverbindungsbereiche von Routergehäusen und Chipprozessor-Flexibilität. Der elektrische Kontaktbereich des Anschlusses.

Aufgrund des Flachheitsproblems der Heißluftnivellierung und der Entfernung des organischen Beschichtungsflusses wurde in den 1990er Jahren elektroloses Nickel/Immersionsgold weit verbreitet verwendet; Später, aufgrund des Auftretens von schwarzen Scheiben und spröden Nickel-Phosphor-Legierungen, elektrolose Vernickelung /Die Anwendung des Immersionsgoldprozesses hat verringert, aber derzeit fast jede High-Tech-PCB-Fabrik hat elektrolose Vernickelung/Immersion Golddraht. Wenn man bedenkt, dass die Lötstelle spröde wird, wenn man die Kupfer-Zinn-intermetallische Verbindung entfernt, wird es viele Probleme in der relativ spröden Nickel-Zinn-intermetallischen Verbindung geben.

Daher verwenden tragbare elektronische Produkte (wie Mobiltelefone) fast alle organische Beschichtung, Immersionssilber oder Immersionszinn geformte Kupfer-Zinn intermetallische Verbindungslötstellen, während elektroloses Nickel/Immersionsgold verwendet wird, um den Schlüsselbereich, den Kontaktbereich und den EMI-Abschirmbereich zu bilden. Es wird geschätzt, dass etwa 10%-20% der Leiterplatten derzeit elektrolose Nickel-/Immersionsgoldprozesse verwenden.

4. Immersionssilber

Immersionssilber ist billiger als elektroloses Nickel/Immersionsgold. Wenn die Leiterplatte funktionale Anforderungen an den Anschluss hat und Kosten reduzieren muss, ist Immersionssilber eine gute Wahl; In Verbindung mit der guten Ebenheit und dem Kontakt von Immersionssilber ist es besser, Immersionssilber Handwerk zu wählen. Es gibt viele Immersionssilberanwendungen in Kommunikationsprodukten, Automobilen und Computerperipheriegeräten, und Immersionssilber hat auch Anwendungen im Hochgeschwindigkeitssignaldesign. Da Immersionssilber gute elektrische Eigenschaften hat, die andere Oberflächenbehandlungen nicht erfüllen können, kann es auch in Hochfrequenzsignalen verwendet werden.

EMS empfiehlt das Immersionssilber-Verfahren, da es einfach zu montieren ist und eine bessere Prüfbarkeit hat. Aufgrund von Defekten wie Anlaufen und Lötflächen war das Wachstum von Immersionssilber jedoch langsam (aber nicht abgenommen). Es wird geschätzt, dass etwa 10%-15% der Leiterplatten derzeit das Immersionssilberverfahren verwenden.

5. Tauchzinn

Zinn wurde in den letzten zehn Jahren in den Oberflächenbehandlungsprozess eingeführt, und die Entstehung dieses Prozesses ist das Ergebnis der Anforderungen der Produktionsautomatisierung. Tauchzinn bringt keine neuen Elemente in die Lötstellen, was sich besonders für Backplanes für die Kommunikation eignet. Zinn verliert seine Lötbarkeit über die Lagerdauer der Platine hinaus, so dass Tauchzinn bessere Lagerbedingungen erfordert. Darüber hinaus ist das Tauchzinnverfahren aufgrund der darin enthaltenen krebserregenden Substanzen in seiner Anwendung eingeschränkt worden. Schätzungsweise verwenden etwa 5%-10% der PCB derzeit das Tauchzinnverfahren.