PCB Tecnico - Caratteristiche del processo di trattamento superficiale PCB, usi e tendenze di sviluppo

Caratteristiche del processo di trattamento superficiale PCB, usi e tendenze di sviluppo

La fabbrica di PCB ha notato che con il continuo miglioramento della scienza e della tecnologia, i problemi ambientali coinvolti nell'attuale processo di produzione di PCB sembrano essere particolarmente prominenti. Attualmente, il tema del piombo e del bromo è il più popolare; Senza piombo e senza alogeni influenzeranno lo sviluppo del PCB in molti aspetti.

Sebbene attualmente, i cambiamenti nel processo di trattamento superficiale del PCB non siano molto grandi, sembra essere una cosa relativamente remota, ma va notato che i cambiamenti lenti a lungo termine porteranno a cambiamenti enormi. Con la crescente domanda di protezione ambientale, il processo di trattamento superficiale del PCB subirà sicuramente enormi cambiamenti in futuro.

Finalità del trattamento superficiale

Lo scopo più fondamentale del trattamento superficiale è quello di garantire una buona saldabilità o proprietà elettriche. Poiché il rame naturale tende ad esistere sotto forma di ossidi nell'aria, è improbabile che rimanga come rame originale per molto tempo, quindi sono necessari altri trattamenti per il rame. Anche se nel successivo assemblaggio, un forte flusso può essere utilizzato per rimuovere la maggior parte degli ossidi di rame, il forte flusso stesso non è facile da rimuovere, quindi l'industria generalmente non utilizza un forte flusso.

Ci sono molti processi di trattamento superficiale PCB, quelli comuni sono livellamento dell'aria calda, rivestimento organico, nichel elettroless / oro ad immersione, argento ad immersione e stagno ad immersione, che saranno introdotti uno per uno sotto.

1. Livellaggio dell'aria calda

Il livellamento dell'aria calda è noto anche come livellamento della saldatura ad aria calda. È un processo di rivestimento della saldatura stagno-piombo fuso sulla superficie del PCB e di appiattimento (soffiaggio) con aria compressa riscaldata per formare uno strato che è resistente all'ossidazione del rame e fornisce una buona saldabilità. Rivestimento sessuale. Durante il livellamento dell'aria calda, la saldatura e il rame formano un composto intermetallico rame-stagno al giunto. Lo spessore della saldatura per proteggere la superficie di rame è di circa 1-2 mil.

Il PCB dovrebbe essere immerso nella saldatura fusa durante il livellamento dell'aria calda; il coltello ad aria soffia la saldatura liquida prima che la saldatura si solidifichi; Il coltello ad aria può ridurre al minimo il menisco della saldatura sulla superficie di rame e prevenire il ponte della saldatura. Esistono due tipi di livellamento dell'aria calda: verticale e orizzontale. Generalmente, il tipo orizzontale è considerato migliore. Il motivo principale è che il livellamento orizzontale dell'aria calda è più uniforme e può realizzare la produzione automatizzata. Il flusso generale del processo di livellamento dell'aria calda è: micro-incisione-preriscaldamento-rivestimento flux-spruzzatura stagno-pulizia.

2. Rivestimento organico

Il processo di rivestimento organico è diverso dagli altri processi di trattamento superficiale in quanto funge da barriera tra rame e aria; Il processo di rivestimento organico è semplice e a basso costo, il che lo rende ampiamente utilizzato nel settore. Le prime molecole rivestite organiche erano imidazolo e benzotriazolo, che hanno giocato un ruolo nella prevenzione della ruggine, e le molecole più recenti erano principalmente benzimidazolo, che era rame che ha legato chimicamente i gruppi funzionali dell'azoto al PCB.

Nel successivo processo di saldatura, se c'è solo uno strato organico di rivestimento sulla superficie di rame, non funzionerà, ci devono essere molti strati. Questo è il motivo per cui il liquido di rame viene solitamente aggiunto al serbatoio chimico. Dopo aver ricoperto il primo strato, lo strato di rivestimento adsorbe rame; poi le molecole organiche di rivestimento del secondo strato sono combinate con il rame fino a che venti o anche centinaia di molecole organiche di rivestimento si riuniscono sulla superficie del rame, che possono garantire che vengano eseguiti cicli multipli. Saldatura a flusso.

I test hanno dimostrato che l'ultimo processo di rivestimento organico può mantenere buone prestazioni durante più processi di saldatura senza piombo. Il flusso generale del processo di rivestimento organico è: sgrassamento-micro-incisione-decapaggio-pulizia dell'acqua pura-rivestimento organico-pulizia. Il controllo del processo è più facile rispetto ad altri processi di trattamento superficiale.

3. nichelatura elettronica/oro ad immersione

Il processo elettroless nichel / immersione oro non è così semplice come il rivestimento organico. L'oro elettroless nichel / immersione sembra mettere una spessa armatura sul PCB; Inoltre, il processo di nichel elettroless / immersione oro non è come il rivestimento organico come strato di barriera antiruggine, può essere utile nell'uso a lungo termine del PCB e raggiungere buone prestazioni elettriche.

Pertanto, nichel elettroless / oro ad immersione deve avvolgere una spessa e buona lega elettrica nichel-oro sulla superficie di rame, che può proteggere la scheda PCB per lungo tempo; Inoltre, ha anche una protezione ambientale che altri processi di trattamento delle superfici non hanno. Pazienza. La ragione della nichelatura è che l'oro e il rame si diffondono a vicenda e lo strato di nichel può impedire la diffusione tra oro e rame; Se non c'è uno strato di nichel, l'oro si diffonderà nel rame entro poche ore.

Un altro vantaggio del nichel elettroless / oro ad immersione è la forza del nichel. Solo 5 micron di nichel possono limitare l'espansione nella direzione Z alle alte temperature. Inoltre, l'oro elettroless nichel/immersione può anche impedire la dissoluzione del rame, che avvantaggerà l'assemblaggio senza piombo. Il processo generale di nichelatura elettroless/processo di immersione dell'oro è: pulizia acida-micro-incisione-pre-immersione-attivazione-nichelatura elettroless-oro di immersione chimica. Ci sono principalmente 6 serbatoi chimici, che coinvolgono quasi 100 tipi di prodotti chimici, quindi il controllo del processo è confrontato difficoltà.

4. Argento ad immersione

Il processo di immersione in argento è tra rivestimento organico e nichel elettroless / oro ad immersione. Il processo è relativamente semplice e veloce; Non è complicato come nichel elettroless / oro ad immersione, né mette uno spesso strato di armatura sul PCB, ma può ancora fornire buone prestazioni elettriche. L'argento è il fratello minore dell'oro. Anche se esposto a calore, umidità e inquinamento, l'argento può ancora mantenere una buona saldabilità, ma perderà la sua lucentezza.

L'argento ad immersione non ha la buona forza fisica di nichel elettroless / oro ad immersione perché non c'è nichel sotto lo strato d'argento. Inoltre, l'argento per immersione ha buone proprietà di conservazione e non ci saranno problemi importanti nell'assemblaggio dopo diversi anni di argento per immersione. L'argento di immersione è una reazione di spostamento, è quasi il rivestimento in argento puro submicron. A volte il processo di immersione dell'argento contiene anche alcune sostanze organiche, principalmente per prevenire la corrosione dell'argento ed eliminare i problemi di migrazione dell'argento; è generalmente difficile misurare questo sottile strato di materia organica e l'analisi mostra che il peso dell'organismo è inferiore all'1%.

5. Latta per immersione

Poiché tutte le saldature attuali sono a base di stagno, lo strato di stagno può essere abbinato a qualsiasi tipo di saldatura. Da questo punto di vista, il processo di immersione in stagno è estremamente promettente. Tuttavia, i baffi di stagno appaiono nel PCB precedente dopo il processo di immersione dello stagno e la migrazione di baffi di stagno e stagno durante il processo di saldatura causerà problemi di affidabilità, quindi l'uso del processo di immersione dello stagno è limitato.

Più tardi, additivi organici sono stati aggiunti alla soluzione di immersione dello stagno per rendere la struttura dello strato di stagno in una struttura granulare, che supera i problemi precedenti e ha anche una buona stabilità termica e saldabilità. Il processo di immersione dello stagno può formare un composto intermetallico piatto rame-stagno. Questa caratteristica rende lo stagno ad immersione avere la stessa buona saldabilità del livellamento dell'aria calda senza il problema di planarità del mal di testa del livellamento dell'aria calda; Non c'è nichelatura elettroless per stagno ad immersione / Diffusione tra metalli d'oro ad immersione - composti intermetallici rame-stagno possono essere saldamente legati insieme. Il piatto di stagno di immersione non può essere conservato troppo a lungo e il montaggio deve essere effettuato secondo l'ordine di stagno di immersione.

6. Altri processi di trattamento superficiale

Ci sono meno applicazioni di altri processi di trattamento superficiale. Diamo un'occhiata all'applicazione relativamente più ampia dei processi di galvanizzazione del nichel-oro e galvanizzazione del palladio. La galvanizzazione di nichel e oro è l'originatore della tecnologia di trattamento superficiale PCB. È apparso da quando è apparso PCB, e si è gradualmente evoluto in altri metodi. Si tratta di placcare uno strato di nichel sul conduttore superficiale PCB prima e poi uno strato di oro. La nichelatura è principalmente per prevenire la diffusione tra oro e rame. Ci sono due tipi di oro nichelato galvanizzato: placcatura in oro morbido (oro puro, la superficie dell'oro non sembra brillante) e placcatura in oro duro (la superficie è liscia e dura, resistente all'usura, contiene cobalto e altri elementi e la superficie dell'oro sembra più luminosa).

L'oro morbido è utilizzato principalmente per il filo d'oro durante l'imballaggio del chip; L'oro duro è utilizzato principalmente per l'interconnessione elettrica in aree non saldate. Considerando il costo, l'industria adotta spesso il metodo di trasferimento delle immagini per eseguire galvanizzazione selettiva per ridurre l'uso di oro. Attualmente, l'uso dell'oro galvanizzato selettivo nell'industria continua ad aumentare, il che è dovuto principalmente alla difficoltà di controllare il processo di nichel elettroless / immersione oro.

In circostanze normali, la saldatura causerà l'oro placcato a diventare fragile, che accorcerà la durata, in modo da evitare la saldatura su oro placcato; ma l'oro elettroless nichel/immersione è molto sottile e consistente, quindi raramente si verifica fragilità. Il processo di placcatura in palladio elettroless è simile a quello della nichelatura elettroless. Il processo principale consiste nel ridurre gli ioni palladio in palladio sulla superficie catalitica attraverso un agente riducente (come l'ipofosfato di sodio diidrogeno). Il nuovo palladio può diventare un catalizzatore per promuovere la reazione, in modo da ottenere un rivestimento in palladio di qualsiasi spessore. I vantaggi della placcatura di palladio elettroless sono la buona affidabilità della saldatura, la stabilità termica e la levigatezza della superficie.

Selezione del processo di trattamento superficiale

La scelta del processo di trattamento superficiale dipende principalmente dal tipo di componenti di assemblaggio finale; Il processo di trattamento superficiale influenzerà la produzione, l'assemblaggio e l'uso finale del PCB. Quanto segue introdurrà specificamente l'uso di cinque processi comuni di trattamento delle superfici.

1. Livellaggio dell'aria calda

Il livellamento dell'aria calda era una volta in posizione dominante nel processo di trattamento delle superfici PCB. Negli anni '80, più di tre quarti dei PCB utilizzavano processi di livellamento dell'aria calda, ma l'industria ha ridotto l'uso di processi di livellamento dell'aria calda negli ultimi dieci anni. Si stima che attualmente circa il 25%-40% dei PCB utilizzi aria calda. Processo di livellamento.

Il processo di livellamento dell'aria calda è sporco, sgradevole e pericoloso, quindi non è mai stato un processo preferito, ma il livellamento dell'aria calda è un processo eccellente per componenti e fili più grandi con una distanza maggiore. Nei PCB ad alta densità, la planarità del livellamento dell'aria calda influenzerà il successivo assemblaggio; Pertanto, le schede HDI generalmente non utilizzano processi di livellamento dell'aria calda. Con l'avanzamento della tecnologia, l'industria ha ora un processo di livellamento dell'aria calda adatto per l'assemblaggio di QFP e BGA con altezze più piccole, ma ci sono meno applicazioni pratiche.

Allo stato attuale, alcune fabbriche di PCB utilizzano il rivestimento organico e processi di nichel / immersione elettroless oro per sostituire il processo di livellamento dell'aria calda; Gli sviluppi tecnologici hanno anche portato alcune fabbriche ad utilizzare processi di immersione in stagno e argento. Insieme alla tendenza senza piombo degli ultimi anni, l'uso del livellamento dell'aria calda è stato ulteriormente limitato. Sebbene sia apparso il cosiddetto livellamento dell'aria calda senza piombo, ciò può comportare la compatibilità delle apparecchiature.

2. Rivestimento organico

Si stima che circa il 25%-30% dei PCB attualmente utilizza la tecnologia di rivestimento organico, e questa percentuale è in aumento (è probabile che il rivestimento organico abbia superato in primo luogo il livellamento dell'aria calda). Il processo di rivestimento organico può essere utilizzato su PCB low-tech o PCB high-tech, come PCB per televisori monofacciali e schede per imballaggi con chip ad alta densità. Per BGA, ci sono anche più applicazioni di rivestimento organico. Se il PCB non ha requisiti funzionali per il collegamento superficiale o una limitazione del periodo di conservazione, il rivestimento organico sarà il processo di trattamento superficiale più ideale.

3. nichelatura elettronica/oro ad immersione

Il processo elettroless nichel / immersione oro è diverso dal rivestimento organico. Viene utilizzato principalmente su schede che hanno requisiti funzionali per la connessione e un lungo periodo di archiviazione, come tastiere del telefono cellulare, aree di connessione bordo degli alloggiamenti del router e flessibilità del processore chip. L'area di contatto elettrico del collegamento.

A causa del problema di planarità del livellamento dell'aria calda e della rimozione del flusso organico del rivestimento, l'oro elettroless nichel/immersione è stato ampiamente utilizzato negli anni '90; Più tardi, a causa della comparsa di dischi neri e fragili leghe di nichel-fosforo, nichelatura elettroless / L'applicazione del processo di immersione dell'oro è diminuita, ma attualmente quasi ogni fabbrica di PCB ad alta tecnologia ha filo d'oro galvanizzato / immersione. Considerando che il giunto di saldatura diventerà fragile quando si rimuove il composto intermetallico rame-stagno, ci saranno molti problemi nel composto intermetallico nichel-stagno relativamente fragile.

Pertanto, i prodotti elettronici portatili (come i telefoni cellulari) quasi tutti utilizzano il rivestimento organico, l'argento ad immersione o i giunti intermetallici composti rame-stagno formati da stagno ad immersione, mentre l'oro elettroless nichel / immersione viene utilizzato per formare l'area chiave, l'area di contatto e l'area di schermatura EMI. Si stima che circa il 10%-20% dei PCB attualmente utilizza processi di nichel elettroless/oro ad immersione.

4. Argento ad immersione

L'argento ad immersione è più economico di nichel elettroless / oro ad immersione. Se il PCB ha requisiti funzionali per il collegamento e deve ridurre i costi, l'argento ad immersione è una buona scelta; Insieme alla buona planarità e al contatto dell'argento ad immersione, è meglio scegliere l'argento ad immersione Craft. Ci sono molte applicazioni d'argento ad immersione in prodotti di comunicazione, automobili e periferiche per computer, e l'argento ad immersione ha anche applicazioni nella progettazione di segnali ad alta velocità. Poiché l'argento ad immersione ha buone proprietà elettriche che altri trattamenti superficiali non possono eguagliare, può essere utilizzato anche nei segnali ad alta frequenza.

EMS consiglia il processo di immersione in argento perché è facile da montare e ha una migliore controllabilità. Tuttavia, a causa di difetti come l'appannamento e i vuoti dei giunti di saldatura, la crescita dell'argento ad immersione è stata lenta (ma non diminuita). Si stima che circa il 10%-15% dei PCB attualmente utilizza il processo di immersione argento.

5. Latta per immersione

Lo stagno è stato introdotto nel processo di trattamento delle superfici negli ultimi dieci anni e l'emergere di questo processo è il risultato dei requisiti dell'automazione della produzione. Lo stagno di immersione non porta alcun nuovo elemento nei giunti di saldatura, che è particolarmente adatto per backplanes per le comunicazioni. Lo stagno perderà la sua saldabilità oltre il periodo di conservazione della scheda, quindi lo stagno ad immersione richiede migliori condizioni di conservazione. Inoltre, il processo di immersione dello stagno è stato limitato nel suo uso a causa delle sostanze cancerogene in esso contenute. Si stima che circa il 5-10% dei PCB attualmente utilizza il processo di immersione dello stagno.