PCB技術 - PCB表面処理プロセスの特徴，用途および開発動向

PCB表面処理プロセスの特徴，用途および開発動向

The PCB工場 科学技術の継続的な改善によって, 現在の環境問題 PCB生産 プロセスは特に顕著である. 現在, 鉛と臭素の話題は最も人気があります鉛フリーとハロゲンフリーは多くの面でPCBの発展に影響する.

現在、PCBの表面処理プロセスの変化はあまり大きくないが、比較的遠いものであるように思われるが、長期的な変化が長期的な変化につながることに留意すべきである。環境保護の要求の高まりに伴い，pcbの表面処理プロセスは確実に将来的に大きな変化を受ける。

表面処理の目的

表面処理の最も基本的な目的は、良好なはんだ付け性または電気的性質を確保することである。天然銅は空気中の酸化物の形で存在する傾向があるので、長時間の原銅として残存することはないので、銅には他の処理が必要である。その後のアセンブリでは、強力なフラックスがほとんどの銅酸化物を除去するために使用することができますが、強力なフラックス自体が除去するのは容易ではないので、業界は一般的に強いフラックスを使用していません。

沢山あり PCB表面処理 プロセス, 一般的なものは熱い空気平準化です, 有機被覆, 無電解ニッケル/ゴールドイマージョン, 浸漬銀と浸漬錫, どれが下に1つずつ導入されますか.

熱風平準化

熱風平準化は、熱気はんだ平準化としても知られています。これは、PCBの表面に溶融スズ鉛ハンダをコーティングし、加熱された圧縮空気で平坦化（ブローイング）し、銅の酸化に対して耐性のある層を形成し、良好なはんだ付け性を与える工程である。性的なコーティング。ホットエアレベリングの間、ハンダおよび銅は接合部に銅－錫金属間化合物を形成する。銅表面を保護するためのはんだの厚さは約1〜2ミルである。

PCBは熱風平準化中に溶融はんだ中に浸すエアナイフは、ハンダが固まる前に、液体のハンダを吹きます；エアナイフは、銅表面上のはんだのメニスカスを最小にし、半田ブリッジングを防止することができる。熱い空気平準化の2つのタイプがあります：垂直と水平。一般的に水平型は良いと考えられる。主な理由は，水平熱風平準化がより均一で，自動生産を実現できることである。熱風平準化プロセスの一般的な流れは以下の通りである。

有機被覆

有機被覆プロセスは、銅と空気との間のバリアとして作用する点で他の表面処理プロセスとは異なる有機被覆プロセスは単純で低コストであり、それは産業で広く使用される。初期の有機被覆分子は，イミダゾールとベンゾトリアゾールであり，さび防止において役割を果たし，最新の分子は主にベンズイミダゾールであった。

その後のハンダ付け工程では、銅表面に1つの有機コーティング層があれば、それは働かなくなる。このため、通常、化学槽に銅液が添加される。第1の層を被覆した後、被覆層は銅を吸着する次に、第二の層の有機被覆分子は銅と結合され、20〜数百個の有機被覆分子が銅表面に集まり、それによって複数のサイクルが実行される。フロー溶接.

テストは、最新の有機被覆プロセスが、複数の無鉛半田付けプロセス中に良好な性能を維持できることを示している。有機コーティングプロセスの一般的な流れは：有機エッチングを洗う純粋な水漬けの有機エッチングを脱脂することです。プロセス制御は他の表面処理プロセスより容易である。

（3）無電解ニッケルめっき／浸漬金

無電解ニッケル/浸漬金プロセスは、有機コーティングと同じくらい単純でありません。無電解ニッケル/浸漬金は、PCBに厚い鎧を置くようですさらに、無電解ニッケル／浸漬金プロセスは、防錆バリア層としての有機コーティングのようではなく、PCBの長期使用において有用であり、良好な電気的性能を達成することができる。

したがって, 無電解ニッケル/浸入金は厚く包む, 銅表面上の優れた電気ニッケル‐金合金, これは PCBボード 長い間；加えて, また、他の表面処理プロセスにはない環境保護があります. 忍耐. ニッケルめっきの理由は、金と銅が互いに拡散することである, そして、ニッケル層は、金と銅の間の拡散を防ぐことができるニッケル層がなければ, 金は数時間以内に銅に拡散する.

無電解ニッケル/浸漬金のもう一つの利点は、ニッケルの強さです。ニッケルの5ミクロンのみが高温でz方向の膨張を制限できる。さらに、無電解ニッケル／浸漬金はまた、銅の溶解を防止することができ、これは鉛フリーのアセンブリのためになる。無電解ニッケルめっき/金浸漬プロセスの一般的プロセスは、酸洗浄マイクロエッチング前浸漬活性化無電解ニッケルメッキ化学浸漬金である。ほぼ6種類の化学槽があり、100種類の化学薬品を含んでいるので、工程管理が困難になる。

浸漬銀

浸漬銀プロセスは、有機コーティングと無電解ニッケル/没入金の間にあります。プロセスは比較的簡単で高速ですそれは無電解ニッケル/浸入金と同じくらい複雑でありません、そして、それは厚板の鎧をPCBに付けません、しかし、それはまだ良い電気パフォーマンスを提供することができます。シルバーは金の弟です。熱、湿度、汚染にさらされても、銀はまだ良いはんだ付け性を維持することができますが、その光沢を失うことになる。

銀の層の下にニッケルがないので、イマージョンシルバーは無電解ニッケル/浸入金の良い体力を持っていません。加えて、浸漬銀は良好な貯蔵特性を有し、数年の浸漬銀の後の組立に大きな問題はない。浸漬銀は変位反応で、ほぼサブミクロンの純銀コーティングです。場合によっては、浸漬銀のプロセスは、主に銀の腐食を防止し、銀の移行問題を排除するいくつかの有機物が含まれています有機物のこの薄層を測定するのは一般的に困難であり，分析は生体の重量が1 %以下であることを示している。

浸漬錫

すべての電流はんだはTiNに基づいているので、TiN層は任意の種類のはんだと整合され得る。この観点から，浸漬tinプロセスは極めて有望である。しかし、TiNホイスカは浸漬TiNプロセス後に前のPCBに現れ、はんだプロセス中の錫ホイスカと錫のマイグレーションは信頼性の問題を引き起こすので、浸漬TiNプロセスの使用は制限される。

その後，tin浸漬液に有機添加剤を添加して，前の問題を克服した粒状構造でtin層構造を作り，熱安定性とはんだ付け性を良好にした。浸漬tinプロセスは平坦な銅‐すず金属間化合物を形成できる。この特徴は、溶けたすすが熱い空気平準化の頭痛平坦性問題なしで熱い空気平準化と同じ良いはんだ付け性を持ちます；浸入金−銅−錫−金属間化合物間の浸漬錫／拡散のための無電解ニッケルめっきは、しっかりと接合することができない。浸漬すず板は長すぎるため保存できず，浸漬すずの順序に従って組み立てなければならない。

他の表面処理プロセス

他の表面処理プロセスの応用は少ない。ni‐gold電気めっきと無電解パラジウムめっきプロセスの比較的応用を見た。ニッケルと金の電気めっきはpcb表面処理技術の創始者である。pcbが出現してから出現し，次第に他の方法に発展してきた。それは、最初にPC表面導体の上にニッケルの層をプレートにして、それから金の層です。ニッケルめっきは主に金と銅の拡散を防ぐためである。電気鍍金ニッケルゴールドの2種類があります：ソフトゴールドメッキ（純金、金表面が明るく見えない）とハードゴールドメッキ（表面は滑らかでハード、耐摩耗性、コバルトなどの元素を含む、表面は明るく見える）。

ソフトゴールドは、主にチップ実装中に金線用に使用される硬質金は主として非溶接部の電気的相互接続に用いられる。コストを考慮すると、産業はしばしば金の使用を減らすために選択的電気メッキを行うために画像転送の方法を採用する。現在，選択電気めっき金の産業への使用は増加し続けているが，それは主に無電解ニッケル／浸漬金プロセスの制御の困難さのためである。

通常の状況下では、溶接は、電気めっきされた金が脆くなる原因となります。そして、それは耐用年数を短くするので、電気メッキされた金の上で溶接を避けます；しかし、無電解ニッケル/浸漬金は非常に薄くて一貫しているので、脆性はめったに起こりません。無電解パラジウムめっきのプロセスは無電解ニッケルめっきと同様である。主なプロセスは、還元剤（例えば二水素ナトリウム次亜りん酸塩）を経た触媒表面上のパラジウムにパラジウムイオンを減らすことになっている。新しいパラジウムは反応を促進する触媒となり，任意の厚さのパラジウムコーティングが得られる。無電解パラジウムめっきの利点は，良好な溶接信頼性，熱安定性，表面平滑性である。

表面処理プロセスの選択

表面処理プロセスの選択は主として最終組立部品の種類に依存する表面処理プロセスが影響する PCB生産, アセンブリと最終使用. 以下は、5つの共通表面処理プロセスの使用を具体的に紹介する.

熱風平準化

熱風平準化は，pcb表面処理プロセスにおいて一度支配的な位置にあった。1980年代には、4分の3以上のPCBsは熱気平準化プロセスを使用しました、しかし、産業は過去10年で熱い空気平準化プロセスの使用を減らしていました。pcbsの約25 %〜40 %が現在熱気を使用していると推定される。水準測量

熱い空気平準化プロセスは汚くて、不快で、危険です、それで、それは大好きなプロセスでありませんでした、しかし、熱い空気平準化はより大きな間隔でより大きな構成要素とワイヤーのために優れたプロセスです。高密度PCBでは、高温空気平準化の平坦性はその後のアセンブリに影響するしたがって、HDIボードは一般的に熱風平準化プロセスを使用しない。技術の進歩に伴い、産業は現在QFPとBGAをより小さなピッチで組み立てるのに適した熱い空気平準化プロセスを持っていますが、実用的な応用が少ない。

現在、いくつかのPCB工場は、熱風平準化プロセスに代わる有機コーティング及び無電解ニッケル／浸漬金プロセスを使用する技術開発はまた、いくつかの工場に浸漬錫と銀浸漬プロセスを使用させました。近年の鉛フリー化に伴い、熱風平準化の使用はさらに制限されている。いわゆる無鉛熱気平準化が現れたが、これは装置の互換性を伴うことがある。

有機被覆

PCBBSの約25 %から30 %が現在有機コーティング技術を使用していると推定され、この割合は上昇している（有機コーティングが最初に熱風平準化をしている可能性が高い）。有機コーティングプロセスは、低価格PCBsまたはハイテクPCBのために使用されることができる。そして、高密度PCBパッケージのための片面のテレビおよびボードのためのPCBのような。bgaには，有機被覆のより多くの応用がある。PCBが表面接続または貯蔵期間の制限のために機能的な要件を持たないならば、有機コーティングは最も理想的な表面処理プロセスであるでしょう。

（3）無電解ニッケルめっき／浸漬金

無電解ニッケル／浸漬金プロセスは，有機被覆とは異なる。これは、主に接続のための機能要件と長いストレージ期間、例えば携帯電話のキーパッド、ルータのハウジングのエッジ接続領域、チッププロセッサの柔軟性に使用されるボード上で使用されます。接続の電気的接触面積。

熱風平準化の平坦性問題と有機被覆フラックスの除去, 無電解ニッケル/浸入金は1990年代に広く用いられた後, ブラックディスクと脆性ニッケル‐りん合金の出現により, 無電解ニッケルめっき /浸漬金プロセスの適用は減少した, but at present almost every ハイテクPCB工場 無電解ニッケルめっき/ゴールドワイヤー. 銅錫金属間化合物を除去するとはんだ接合が脆くなることを考える, 比較的脆いニッケルスズ金属間化合物には多くの問題がある.

したがって、携帯用の電子製品（携帯電話など）は、ほとんどすべての有機コーティング、浸漬銀または浸漬錫が銅－錫金属間化合物半田接合を形成し、一方、無電解ニッケル／浸漬金は、キー領域、接触面積およびEMI遮蔽領域を形成するために使用される。pcbsの約10 %〜20 %は現在無電解ニッケル／浸漬金プロセスを使用していると推定される。

浸漬銀

浸漬銀は、無電解ニッケル/没入金より安いです。PCBが接続のための機能的要件を有し、コストを削減する必要があるならば、イマージョンシルバーは良い選択である浸漬の銀の良い平らさと接触と結合して、それは浸漬銀工芸品を選ぶほうがよいです。通信製品、自動車、およびコンピュータ周辺機器には多くのイマージョンシルバーアプリケーションがあり、イマージョンシルバーも高速信号設計に応用している。浸漬銀は他の表面処理が一致できない良好な電気的性質を有するので、高周波信号においても使用することができる。

EMSは、組み立てが容易で、より良いチェック性を持つので、浸漬銀プロセスを推奨します。しかし，耐摩耗性，はんだ接合などの欠陥により，浸漬銀の成長は遅くなった（しかし減少しなかった）。pcbsの約10 %〜15 %が浸漬銀プロセスを使用していると推定される。

浸漬錫

tinは過去10年間の表面処理プロセスに導入され，このプロセスの出現は生産自動化の要求の結果である。浸漬錫は、はんだ接合部に新しい要素をもたらすことはなく、特に、通信用バックプレーンに適している。錫は基板の貯蔵期間を超えたはんだ付け性を失うので、浸漬錫はより良好な貯蔵条件を必要とする。また，浸漬すず工程は，その中に含まれる発癌物質によって使用されている。pcbsの約5 %〜10 %が現在浸漬tinプロセスを使用していると推定される。