Technologie PCB - Caractéristiques du processus de traitement de surface PCB, utilisation et tendances de développement

Caractéristiques du processus de traitement de surface PCB, utilisation et tendances de développement

PCB Factory a noté que, avec les progrès continus de la science et de la technologie, les problèmes environnementaux impliqués dans le processus de production de PCB sont particulièrement importants. Actuellement, le sujet du plomb et du brome est le plus populaire; Sans plomb et sans halogène affectera le développement des PCB de plusieurs façons.

Bien que les changements actuels dans le processus de traitement de surface des PCB ne soient pas très importants, ce qui peut sembler relativement lointain, il convient de noter que les changements lents à long terme peuvent entraîner des changements énormes. Avec la demande croissante de protection de l'environnement, le processus de traitement de surface des PCB est appelé à changer radicalement à l'avenir.

Le but du traitement de surface

L'objectif le plus fondamental du traitement de surface est d'assurer une bonne soudabilité ou des propriétés électriques. Étant donné que le cuivre naturel a tendance à être présent dans l'air sous forme d'oxyde, il est peu probable qu'il reste longtemps comme cuivre d'origine, d'autres traitements du cuivre sont nécessaires. Bien qu'il soit possible d'utiliser un agent de fusion fort pour éliminer la plupart des oxydes de cuivre lors de l'assemblage ultérieur, l'agent de fusion fort lui - même n'est pas facile à éliminer, de sorte que l'industrie n'utilise généralement pas d'agent de fusion fort.

Il existe de nombreux types de processus de traitement de surface PCB, les plus courants sont le nivellement par air chaud, le revêtement organique, le nickelage chimique / trempage d'or, le trempage d'argent et le trempage d'étain, qui seront présentés un par un ci - dessous.

1. Nivellement du vent chaud

Le nivellement à air chaud est également appelé nivellement de soudure à air chaud. Il s'agit d'un processus par lequel une soudure étain - plomb fondue est enduite sur la surface du PCB et aplatie (soufflée) avec de l'air comprimé chauffé pour former une couche résistant à l'oxydation du cuivre et offrant une bonne soudabilité. Revêtement sexuel. Au cours du processus de nivellement de l'air chaud, la soudure et le cuivre forment un composé Intermétallique cuivre - étain au niveau du joint. L'épaisseur de la soudure qui protège la surface du cuivre est d'environ 1 - 2 mils.

Pendant le processus de nivellement à l'air chaud, le PCB doit être immergé dans la soudure fondue; Le couteau à air souffle la soudure liquide avant que la soudure ne se solidifie; Le couteau à air peut minimiser le niveau de pliage de la soudure sur la surface de cuivre et empêcher le pontage de la soudure. Il existe deux types de régulation horizontale de l'air chaud: verticale et horizontale. En général, le type horizontal est considéré comme meilleur. La raison principale est que le nivellement de l'air chaud horizontal est plus uniforme et peut réaliser une production automatisée. Le processus général du processus de planage d'air chaud est: micro - Gravure préchauffé revêtement Flush jet Tin nettoyage.

2. Revêtement organique

Le processus de revêtement organique diffère des autres processus de traitement de surface en ce qu'il agit comme une barrière entre le cuivre et l'air; Le processus de revêtement organique est simple, peu coûteux et a trouvé une large application dans l'industrie. Les premières molécules de revêtement organique étaient l'Imidazole et le Benzotriazole, qui agissent comme antirouille, tandis que les molécules les plus récentes étaient principalement le Benzimidazole, un cuivre qui lie chimiquement les fonctions azotées aux PCB.

Lors du soudage ultérieur, s'il n'y a qu'un seul revêtement organique sur la surface du cuivre, cela ne fonctionne pas et il doit y avoir beaucoup de couches. C'est pourquoi les liquides de cuivre sont souvent ajoutés aux réservoirs de produits chimiques. Après revêtement de la première couche, le revêtement adsorbe le cuivre; Les molécules de revêtement organique de la deuxième couche sont ensuite liées au cuivre jusqu'à ce que vingt voire des centaines de molécules de revêtement organique se rassemblent à la surface du cuivre, ce qui peut assurer plusieurs cycles. Soudage par flux.

Les tests ont montré que les derniers procédés de revêtement organique peuvent maintenir de bonnes performances dans une variété de procédés de soudage sans plomb. Le processus général du processus de revêtement organique est: dégraissage micro - Gravure décapage nettoyage à l'eau pure nettoyage de revêtement organique. Le contrôle du processus est plus facile que les autres processus de traitement de surface.

3. Nickelé chimique / or trempé

Le processus de nickelage / trempage d'or chimique n'est pas aussi simple qu'un revêtement organique. Nickelage chimique / or trempé semble ajouter une épaisse couche d'armure à la carte PCB; En outre, le processus de nickelage / trempage d'or chimique n'agit pas comme une barrière anti - rouille comme le revêtement organique, il peut être utilisé pour une utilisation à long terme des PCB et obtenir de bonnes propriétés électriques.

Par conséquent, le nickelage chimique / trempage d'or consiste à envelopper une couche épaisse d'alliage Nickel - or de bonne conductivité sur la surface du cuivre, ce qui peut protéger la carte PCB à long terme; En outre, il a une protection de l'environnement que les autres processus de traitement de surface n'ont pas. Patience La raison du nickelage est que l'or et le cuivre vont diffuser l'un dans l'autre et la couche de nickel peut empêcher la diffusion entre l'or et le cuivre; Sans la couche de nickel, l'or diffuse dans le cuivre en quelques heures.

Un autre avantage du nickelage chimique / trempage d'or est la force du nickel. A haute température, seulement 5 microns de nickel permettent de limiter la dilatation dans la direction Z. En outre, le nickelage chimique / trempage d'or empêche également la dissolution du cuivre, ce qui serait bénéfique pour un assemblage sans plomb. Le processus général pour le processus de nickelage / trempage d'or chimique est: décapage micro - Gravure pré - trempage activation chimique nickelage chimique trempage d'or. Les réservoirs de stockage de produits chimiques sont principalement au nombre de 6 et impliquent près de 100 produits chimiques, ce qui rend le contrôle du processus difficile.

4. Argent imprégné

Le processus de trempage d'argent se situe entre le revêtement organique et le nickelage chimique / trempage d'or. Ce processus est relativement simple et rapide; Il n'est pas aussi complexe que le nickelage chimique / trempage d'or et n'a pas une épaisse couche d'armure sur le PCB, mais il peut toujours fournir de bonnes propriétés électriques. L'argent est le petit frère de l'or. Même exposé à la chaleur, à l'humidité et à la pollution, l'argent conserve une bonne soudabilité, mais perd de son éclat.

L'argent imprégné n'a pas la bonne résistance physique du nickelage chimique / or imprégné, car il n'y a pas de nickel sous la couche d'argent. De plus, l'argent imprégné a de bonnes propriétés de stockage et après plusieurs années d'imprégnation de l'argent, l'assemblage ne pose pas de gros problèmes. L'argent imprégné est une réaction de déplacement, c'est presque un revêtement d'argent pur à l'échelle submicronique. Parfois, le processus de trempage de l'argent contient également de la matière organique, principalement pour prévenir la corrosion de l'argent et éliminer les problèmes de migration de l'argent; Il est souvent difficile de mesurer cette couche mince de matière organique, dont l'analyse montre moins de 1% en poids.

5. étain imprégné

Comme toutes les soudures actuelles sont à base d'étain, la couche d'étain peut être adaptée à n'importe quel type de soudure. De ce point de vue, le processus de trempage d'étain est très prometteur. Cependant, les Whiskers d'étain apparaissent dans les PCB précédents après le processus de trempage d'étain et la migration des Whiskers d'étain et de l'étain pendant le soudage pose des problèmes de fiabilité, de sorte que l'utilisation du processus de trempage d'étain est limitée.

Par la suite, un additif organique est ajouté à la solution d'imprégnation d'étain, ce qui donne à la structure de la couche d'étain une forme granuleuse, surmontant les problèmes précédents tout en présentant une bonne stabilité thermique et une bonne soudabilité. Le processus de trempage à l'étain peut former des composés intermétalliques plats de cuivre - étain. Cette caractéristique confère à l'étamage trempé la même bonne soudabilité que le nivellement à l'air chaud, sans problème de planéité céphalique du nivellement à l'air chaud; Il n'y a pas de composés intermétalliques diffusants cuivre - étain entre les métaux nickelés chimiquement / imprégnés d'or pour l'imprégnation de l'étain qui peuvent être fermement liés entre eux. La plaque étamée imprégnée ne peut pas être conservée trop longtemps et doit être Assemblée dans l'ordre de l'étamage imprégné.

6. Autres processus de traitement de surface

D'autres procédés de traitement de surface ont moins d'applications. Jetons un coup d'oeil à relativement plus d'applications pour les procédés de placage nickel - or et de placage chimique au palladium. L'électronickelage et l'or sont les ancêtres de la technologie de traitement de surface PCB. Depuis l'apparition du PCB, il est apparu et a progressivement évolué vers d'autres méthodes. Il est d'abord plaqué une couche de nickel sur le conducteur de surface PCB, puis une couche d'or. Nickelé principalement pour empêcher la diffusion entre l'or et le cuivre. Il existe deux types d'or nickelé: l'or doux (or pur, la surface de l'or ne semble pas brillante) et l'or dur (la surface est lisse et dure, résistante à l'usure, contient des éléments tels que le cobalt, la surface de l'or semble plus brillante).

L'or doux est principalement utilisé pour le fil d'or dans le processus d'emballage de la puce; L'or dur est principalement utilisé pour l'interconnexion électrique des zones non soudées. Compte tenu du coût, l'industrie utilise souvent la méthode de transfert d'image pour le placage sélectif afin de réduire l'utilisation de l'or. À l'heure actuelle, l'utilisation de l'électroplaquage sélectif de l'or continue d'augmenter dans l'industrie, principalement en raison de la difficulté de contrôler le processus de nickelage / trempage chimique de l'or.

Dans des circonstances normales, le soudage provoque la fragilisation du placage d'or, réduisant ainsi la durée de vie, de sorte que le soudage sur le placage d'or doit être évité; Mais le nickelage chimique / trempage d'or est très mince et cohérent, de sorte que la fragilité se produit rarement. Le processus de placage chimique du palladium est similaire au processus de placage chimique du nickel. Le processus principal est la réduction des ions Palladium en palladium de la surface catalytique au moyen d'un agent réducteur tel que le dihydrogénophosphite de sodium. Le nouveau Palladium peut être un catalyseur favorisant la réaction, ce qui permet d'obtenir un revêtement de palladium de toute épaisseur. Les avantages du palladium plaqué chimiquement sont une bonne fiabilité de soudage, une stabilité thermique et une douceur de surface.

Choix du procédé de traitement de surface

Le choix du procédé de traitement de surface dépend principalement du type de composant final assemblé; Le processus de traitement de surface affectera la production, l'assemblage et l'utilisation finale des PCB. L'utilisation de cinq procédés de traitement de surface courants est décrite ci - dessous.

1. Nivellement du vent chaud

Le nivellement de l'air chaud était autrefois dominant dans le processus de traitement de surface des PCB. Dans les années 1980, plus des trois quarts des BPC utilisaient des procédés de nivellement à l'air chaud, mais au cours de la dernière décennie, l'industrie a réduit son utilisation des procédés de nivellement à l'air chaud. On estime qu'environ 25 à 40% des PCB utilisent actuellement de l'air chaud. Processus de nivellement.

Le processus de nivellement de l'air chaud est sale, désagréable et dangereux, ce n'est donc jamais un processus populaire, mais pour les composants plus grands et les fils plus espacés, le nivellement de l'air chaud est exactement un excellent processus. Dans les PCB à haute densité, la planéité du nivellement du vent chaud affecte l'assemblage ultérieur; Par conséquent, les plaques HDI n'utilisent généralement pas de processus de nivellement à l'air chaud. Avec l'avancement de la technologie, l'industrie dispose maintenant d'un processus de nivellement d'air chaud adapté à l'assemblage de qfp et BGA avec un espacement réduit, mais avec moins d'applications pratiques.

Actuellement, certaines usines de PCB utilisent un revêtement organique et un processus chimique de nickelage / trempage d'or pour remplacer le processus de nivellement à air chaud; Le développement de la technologie a également conduit certaines usines à utiliser des procédés de trempage d'étain et d'argent. Couplé avec la tendance à la sans plomb au cours des dernières années, l'utilisation de la mise à niveau de l'air chaud a été encore plus limitée. Malgré l'apparition de ce que l'on appelle le nivellement de l'air chaud sans plomb, cela peut impliquer la compatibilité de l'appareil.

2. Revêtement organique

On estime qu'environ 25 à 30% des PCB utilisent actuellement la technologie de revêtement organique, et ce pourcentage est en hausse (le revêtement organique a probablement dépassé le nivellement de l'air chaud). Le procédé de revêtement organique peut être utilisé pour des PCB de faible technologie ou des PCB de haute technologie, tels que les PCB pour les téléviseurs à simple face et les PCB pour les boîtiers à puce haute densité. Pour BGA, les revêtements organiques ont également plus d'applications. Si le PCB n'a pas d'exigences fonctionnelles pour les connexions de surface ou de limites de durée de stockage, le revêtement organique serait le processus de traitement de surface le plus idéal.

3. Nickelé chimique / or trempé

Le processus de nickelage / trempage d'or chimique diffère du revêtement organique. Il est principalement utilisé sur les cartes qui ont des exigences fonctionnelles pour la connectivité et de longues périodes de stockage, telles que les claviers de téléphone portable, les zones de connexion de bord des boîtiers de routeur et la flexibilité du processeur à puce. Zone de contact électrique connectée.

Le nickelage chimique / trempage d'or a été largement utilisé dans les années 1990 en raison de problèmes de planéité avec le nivellement de l'air chaud et l'élimination du flux de revêtement organique; Plus tard, l'application du processus de nickelage chimique / trempage d'or a diminué en raison de l'apparition de disques noirs et d'alliages fragiles Nickel - phosphore, mais il existe actuellement des fils de nickelage chimique / trempage d'or dans presque toutes les usines de PCB de haute technologie. Compte tenu du fait que les points de soudure deviennent cassants lors de l'élimination du composé Intermétallique Cu - étain, il y aura de nombreux problèmes avec un mélange Intermétallique Nickel - étain relativement fragile.

Ainsi, presque tous les appareils électroniques portables tels que les téléphones portables utilisent des points de soudure intermétalliques cuivre - étain formés par un revêtement organique, un trempage d'argent ou un trempage d'étain, tandis que le nickelage chimique / trempage d'or est utilisé pour former des zones critiques, des zones de contact et des zones de blindage EMI. On estime qu'environ 10 à 20% des PCB utilisent actuellement un procédé chimique de nickelage / trempage d'or.

4. Argent imprégné

L'argent trempé est moins cher que l'or nickelé / trempé chimique. Si le PCB a des exigences fonctionnelles pour la connexion et doit réduire les coûts, le trempage d'argent est un bon choix; Ajoutez à cela le fait que le trempage d'argent a une bonne planéité et contact, il est donc préférable de choisir le processus de trempage d'argent. L'argent trempé a de nombreuses applications dans les produits de communication, les automobiles et les périphériques informatiques, tout comme l'argent trempé dans la conception de signaux à grande vitesse. Comme l'argent imprégné a de bonnes propriétés électriques qui ne peuvent être égalées par d'autres traitements de surface, il peut également être utilisé pour des signaux à haute fréquence.

EMS recommande le processus d'immersion d'argent car il est facile à assembler et offre une meilleure vérifiabilité. Cependant, la croissance de l'argent imprégné est lente (mais pas diminuée) en raison de défauts tels que la perte de brillance et les lacunes des points de soudure. On estime qu'environ 10 à 15% des PCB utilisent actuellement le procédé de trempage à l'argent.

5. étain imprégné

L'étain a été introduit dans le processus de traitement de surface au cours de la dernière décennie, et l'émergence de ce processus est le résultat des exigences d'automatisation de la production. L'immersion dans l'étain n'apporte aucun nouvel élément dans le point de soudure, ce qui est particulièrement approprié pour une utilisation dans les panneaux de fond de communication. L'étain perd sa soudabilité après la période de stockage de la plaque, de sorte que le trempage de l'étain nécessite de meilleures conditions de stockage. En outre, son utilisation est limitée en raison de la présence de substances cancérigènes dans le procédé de lixiviation à l'étain. On estime qu'environ 5 à 10% des PCB sont actuellement utilisés dans le procédé de lixiviation à l'étain.