บทความหนึ่งเข้าใจ | พื้นฐานสำหรับการเลือกกระบวนการแปรรูปพื้นผิวในโรงงาน PCB คืออะไร

วัตถุประสงค์พื้นฐานที่สุดของการรักษาพื้นผิว PCB คือเพื่อให้มั่นใจในการเชื่อมที่ดีหรือคุณสมบัติทางไฟฟ้า เนื่องจากทองแดงในธรรมชาติมีแนวโน้มที่จะอยู่ในรูปของออกไซด์ในอากาศ จึงไม่น่าจะคงสภาพไว้เป็นทองแดงเดิมได้เป็นเวลานาน จึงจำเป็นต้องบำบัดด้วยทองแดง

มีกระบวนการบำบัดพื้นผิว PCB มากมาย รายการทั่วไป ได้แก่ สารป้องกันรอยเชื่อมแบบอินทรีย์ (OSP), ทองชุบนิกเกิลแบบเต็มแผ่น, Shen Jin, Shenxi, Shenyin, นิกเกิลเคมี, ทอง และทองคำแข็งที่ชุบด้วยไฟฟ้า อาการ.

1. อากาศร้อนแบน (กระป๋องสเปรย์)

กระบวนการทั่วไปของกระบวนการปรับระดับอากาศร้อนคือ: การกัดเซาะขนาดเล็ก → การอุ่นก่อน → การเชื่อมเคลือบ → กระป๋องสเปรย์ → การทำความสะอาด

อากาศร้อนมีลักษณะแบนหรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าการเชื่อมด้วยอากาศร้อน (โดยทั่วไปเรียกว่าสเปรย์ดีบุก) ซึ่งเป็นกระบวนการเคลือบดีบุกหลอมเหลว (ตะกั่ว) ที่เชื่อมไว้บนพื้นผิว PCB และใช้ความร้อนเพื่ออัดอากาศแก้ไข (เป่า) ให้ขึ้นรูป ชั้นป้องกันการเกิดออกซิเดชันของทองแดง นอกจากนี้ยังสามารถให้ชั้นเคลือบที่เชื่อมได้ดีอีกด้วย การเชื่อมและทองแดงทั้งหมดของอากาศร้อนจะเกิดเป็นสารประกอบเหนี่ยวนำโลหะทองแดง - ดีบุกเมื่อรวมกัน PCB มักจะจมอยู่ในน้ำเชื่อมที่หลอมละลาย มีดลมพัดของเหลวแบนที่เชื่อมด้วยของเหลวที่เชื่อมก่อนการเชื่อม

ระดับลมความร้อนแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ แนวตั้งและแนวนอน โดยทั่วไปเชื่อกันว่าแบบแนวนอนจะดีกว่า ส่วนใหญ่เป็นชั้นการแก้ไขอากาศร้อนในแนวนอนค่อนข้างสม่ำเสมอซึ่งสามารถบรรลุการผลิตอัตโนมัติ

ข้อดี: เวลาจัดเก็บนานขึ้น หลังจากที่ PCB เสร็จสิ้นพื้นผิวของทองแดงจะเปียกสนิท (ปิดดีบุกให้สนิทก่อนทำการเชื่อม) เหมาะสำหรับการเชื่อมตะกั่ว กระบวนการครบกำหนด ต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับการตรวจสอบด้วยสายตาและการทดสอบทางไฟฟ้า

ข้อเสีย: ไม่เหมาะกับการเข้าเล่มเส้น เนื่องจากปัญหาความเรียบของพื้นผิว SMT ก็มีข้อจำกัดเช่นกัน ไม่เหมาะกับการออกแบบสวิตช์คอนแทค เมื่อพ่นดีบุกทองแดงจะละลายและบอร์ดมีอุณหภูมิสูง โดยเฉพาะแผ่นหนาหรือบาง สเปรย์ดีบุกมีจำกัด และการดำเนินการผลิตไม่สะดวก

2 สารป้องกันการเชื่อมแบบอินทรีย์ (OSP)

กระบวนการทั่วไปคือ: การล้างไขมัน -> การแกะสลักแบบไมโคร -> การดอง -> การทำความสะอาดด้วยน้ำบริสุทธิ์ -> การเคลือบแบบอินทรีย์ -> การทำความสะอาด และการควบคุมกระบวนการนั้นค่อนข้างง่ายในการแสดงกระบวนการบำบัด

OSP เป็นกระบวนการสำหรับการรักษาพื้นผิวฟอยล์ทองแดงของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ตามข้อกำหนดของคำสั่ง RoHS OSP ย่อมาจาก Organic Solderability Preservatives หรือที่รู้จักในชื่อ Organic Solderability Preservatives หรือที่รู้จักกันในชื่อ Preflux ในภาษาอังกฤษ พูดง่ายๆ ก็คือ OSP คือฟิล์มผิวหนังออร์แกนิกที่ปลูกทางเคมีบนพื้นผิวทองแดงที่สะอาด ฟิล์มนี้มีสารป้องกันการเกิดออกซิเดชัน ความร้อน ความชื้น เพื่อปกป้องพื้นผิวทองแดงในสภาพแวดล้อมปกติไม่เป็นสนิมอีกต่อไป (ออกซิเดชันหรือวัลคาไนซ์ ฯลฯ ); อย่างไรก็ตาม ในการเชื่อมที่อุณหภูมิสูงในเวลาต่อมา ฟิล์มป้องกันนี้จะต้องถูกฟลักซ์ลอกออกอย่างง่ายดายอย่างรวดเร็ว เพื่อให้พื้นผิวทองแดงที่สะอาดที่สัมผัสออกสามารถรวมเข้ากับสารบัดกรีหลอมเหลวได้ทันทีในเวลาอันสั้นเพื่อให้กลายเป็นข้อต่อประสานที่มั่นคง

ข้อดี: กระบวนการนี้ง่าย พื้นผิวเรียบมาก เหมาะสำหรับการเชื่อมไร้สารตะกั่วและ SMT ง่ายต่อการปรับปรุง การดำเนินการผลิตที่สะดวก เหมาะสำหรับการทำงานในแนวนอน บอร์ดนี้เหมาะสำหรับการประมวลผลหลายรายการ (เช่น OSP+ENIG) ต้นทุนต่ำ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ข้อเสีย: ข้อจำกัดของจำนวนการเชื่อมแบบรีโฟลว์ (เชื่อมหลายชั้นหนา ฟิล์มจะถูกทำลาย โดยทั่วไป 2 เท่าไม่มีปัญหา) ไม่เหมาะกับเทคโนโลยีการย้ำ การผูกลวด การตรวจจับด้วยสายตาและการตรวจจับทางไฟฟ้าไม่สะดวก ต้องมีการป้องกันก๊าซ N2 สำหรับ SMT การทำงานซ้ำ SMT ไม่เหมาะ ความต้องการพื้นที่เก็บข้อมูลสูง

3 แผ่นทั้งหมดชุบนิกเกิลทอง

การชุบนิกเกิลแบบแผ่นเป็นตัวนำพื้นผิว PCB ที่ชุบด้วยชั้นนิกเกิลก่อนแล้วจึงชุบด้วยชั้นทอง การชุบนิกเกิลมีเพื่อป้องกันการแพร่กระจายระหว่างทองและทองแดงเป็นหลัก การชุบทองนิเกิลด้วยไฟฟ้ามีสองประเภท: การชุบทองอ่อน (ทองบริสุทธิ์ พื้นผิวทองดูไม่สว่าง) และการชุบทองแข็ง (พื้นผิวเรียบและแข็ง ทนทานต่อการสึกหรอ มีองค์ประกอบอื่น ๆ เช่นโคบอลต์ พื้นผิวทองดูสว่างกว่า) ทองอ่อนส่วนใหญ่จะใช้สำหรับลวดทองบรรจุภัณฑ์ชิป ทองคำแข็งส่วนใหญ่จะใช้ในการเชื่อมต่อไฟฟ้าแบบไม่เชื่อม

ข้อดี: เวลาเก็บรักษานาน >12 เดือน เหมาะสำหรับการออกแบบสวิตช์คอนแทคและการผูกลวดสีทอง เหมาะสำหรับการทดสอบทางไฟฟ้า

จุดอ่อน: ราคาสูงขึ้น ทองหนาขึ้น นิ้วที่ชุบด้วยไฟฟ้าต้องมีการออกแบบการนำลวดเพิ่มเติม เนื่องจากความหนาของทองไม่สม่ำเสมอเมื่อนำไปเชื่อมอาจทำให้รอยประสานเปราะเนื่องจากทองหนาเกินไปส่งผลต่อความแข็งแรง ปัญหาความสม่ำเสมอของพื้นผิวการชุบด้วยไฟฟ้า นิกเกิลทองที่ชุบด้วยไฟฟ้าไม่ได้ปิดบังขอบลวด ไม่เหมาะสำหรับการเชื่อมลวดอลูมิเนียม

4. อ่างทอง

กระบวนการทั่วไปคือ: การทำความสะอาดด้วยการดอง -> การกัดกร่อนระดับไมโคร -> การชะล้างล่วงหน้า -> การเปิดใช้งาน -> การชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า -> การชะล้างทองคำด้วยสารเคมี มีถังเคมีอยู่ในกระบวนการ 6 ถัง ซึ่งเกี่ยวข้องกับสารเคมีเกือบ 100 ชนิด และกระบวนการนี้ซับซ้อนมากขึ้น

ทองที่กำลังจมนั้นถูกห่อด้วยโลหะผสมนิกเกิลทองที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าอย่างหนาบนพื้นผิวทองแดง ซึ่งสามารถปกป้อง PCB ได้เป็นเวลานาน นอกจากนี้ ยังมีความทนทานต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งกระบวนการเตรียมพื้นผิวอื่นๆ ไม่มีอีกด้วย นอกจากนี้ การจมทองยังสามารถป้องกันการละลายของทองแดง ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อการประกอบที่ปราศจากสารตะกั่ว

ข้อดี: ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะออกซิไดซ์ สามารถเก็บไว้ได้นาน พื้นผิวเรียบ เหมาะสำหรับการเชื่อมพินช่องว่างละเอียดและส่วนประกอบที่มีข้อต่อบัดกรีขนาดเล็ก บอร์ด PCB ที่มีปุ่มที่ต้องการ (เช่น บอร์ดโทรศัพท์มือถือ) การเชื่อมแบบ Reflow สามารถทำซ้ำได้หลายครั้งโดยไม่สูญเสียความสามารถในการเชื่อมมากนัก สามารถใช้เป็นวัสดุฐานสำหรับการเดินสายไฟแบบ COB (ชิปออนบอร์ด)

ข้อเสีย: ต้นทุนสูง ความแข็งแรงในการเชื่อมต่ำ เนื่องจากใช้กระบวนการนิกเกิลที่ไม่ชุบด้วยไฟฟ้า มีปัญหาดิสก์สีดำได้ง่าย ชั้นนิกเกิลจะออกซิไดซ์เมื่อเวลาผ่านไป และความน่าเชื่อถือในระยะยาวก็เป็นปัญหา

5. กระป๋องจม

เนื่องจากการบัดกรีในปัจจุบันทั้งหมดเป็นแบบใช้ดีบุก ชั้นดีบุกจึงสามารถจับคู่กับการบัดกรีประเภทใดก็ได้ กระบวนการของดีบุกจมสามารถก่อตัวเป็นสารประกอบระหว่างโลหะระหว่างโลหะทองแดง - ดีบุกแบน ซึ่งทำให้ดีบุกที่จมมีความสามารถในการบัดกรีที่ดีเช่นเดียวกับการปรับระดับอากาศร้อนโดยไม่มีปัญหาปวดหัวแบนของการปรับระดับอากาศร้อน ไม่สามารถเก็บแผ่นดีบุกไว้นานเกินไปได้ และต้องประกอบตามลำดับการจมดีบุก

ข้อดี: เหมาะสำหรับการผลิตแบบเส้นแนวนอน เหมาะสำหรับการประมวลผลแบบละเอียด เหมาะสำหรับการเชื่อมแบบไร้สารตะกั่ว เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเทคโนโลยีการย้ำ ความเรียบดีมาก เหมาะสำหรับ SMT

ข้อเสีย: ต้องมีสภาพการเก็บรักษาที่ดี โดยไม่ควรเกิน 6 เดือน เพื่อควบคุมการเจริญเติบโตของหนวดดีบุก ไม่เหมาะกับการออกแบบสวิตช์คอนแทค ในกระบวนการผลิต กระบวนการฟิล์มต้านทานการเชื่อมค่อนข้างสูง มิฉะนั้น จะทำให้ฟิล์มต้านทานการเชื่อมหลุดออก สำหรับการเชื่อมหลายครั้ง การป้องกันก๊าซ N2 จะดีที่สุด การวัดทางไฟฟ้าก็เป็นปัญหาเช่นกัน

6. เงินที่กำลังจม

กระบวนการจมเงินอยู่ระหว่างการเคลือบอินทรีย์และการชุบนิกเกิล/ทองแบบไม่ใช้ไฟฟ้า กระบวนการนี้ค่อนข้างง่ายและรวดเร็ว แม้ว่าจะต้องสัมผัสกับความร้อน ความชื้น และมลภาวะ เงินก็ยังคงสามารถรักษาความสามารถในการเชื่อมได้ดี แต่จะสูญเสียความแวววาวไป การชุบเงินไม่มีความแข็งแรงทางกายภาพที่ดีของการชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า/การชุบทอง เนื่องจากไม่มีนิกเกิลอยู่ใต้ชั้นเงิน

ข้อดี: กระบวนการเรียบง่าย เหมาะสำหรับการเชื่อมไร้สารตะกั่ว SMT พื้นผิวเรียบมาก ต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับเส้นที่ละเอียดมาก

ข้อเสีย: ต้องการพื้นที่จัดเก็บสูง ก่อให้เกิดมลพิษได้ง่าย ความแข็งแรงในการเชื่อมมีแนวโน้มที่จะเกิดปัญหา (ปัญหาโพรงขนาดเล็ก) เป็นเรื่องง่ายที่จะมีปรากฏการณ์การเคลื่อนตัวของไฟฟ้าและปรากฏการณ์การกัดของทองแดงภายใต้ฟิล์มต้านทานการเชื่อมของ Javani การวัดทางไฟฟ้าก็เป็นปัญหาเช่นกัน

7 แพลเลเดียมนิกเกิลเคมี

เมื่อเปรียบเทียบกับการตกตะกอนของทองคำ จะมีแพลเลเดียมชั้นพิเศษระหว่างนิกเกิลและทองคำ และแพลเลเดียมสามารถป้องกันปรากฏการณ์การกัดกร่อนที่เกิดจากปฏิกิริยาทดแทนและเตรียมการตกตะกอนของทองคำได้อย่างเต็มที่ ทองคำถูกเคลือบด้วยแพลเลเดียมอย่างใกล้ชิด ทำให้มีพื้นผิวสัมผัสที่ดี

ข้อดี: เหมาะสำหรับงานเชื่อมไร้สารตะกั่ว พื้นผิวเรียบมาก เหมาะสำหรับ SMT รูทะลุอาจเป็นทองนิกเกิลก็ได้ ระยะเวลาการเก็บรักษานาน สภาพการเก็บรักษาไม่รุนแรง เหมาะสำหรับการทดสอบทางไฟฟ้า เหมาะสำหรับการออกแบบหน้าสัมผัสสวิตช์ เหมาะสำหรับผูกลวดอลูมิเนียม เหมาะสำหรับแผ่นหนา ทนทานต่อสิ่งแวดล้อม

8. การชุบทองแข็งด้วยไฟฟ้า

เพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอของผลิตภัณฑ์ ให้เพิ่มจำนวนการแทรกและการถอดและการชุบทองแข็งด้วยไฟฟ้า

การเปลี่ยนแปลงกระบวนการรักษาพื้นผิว PCB มีขนาดไม่ใหญ่มาก ดูเหมือนว่าจะเป็นสิ่งที่ค่อนข้างไกล แต่ควรสังเกตว่าการเปลี่ยนแปลงที่ช้าในระยะยาวจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ ในกรณีที่มีการเรียกร้องให้มีการปกป้องสิ่งแวดล้อมมากขึ้น กระบวนการบำบัดพื้นผิวของ PCB จะเปลี่ยนแปลงอย่างมากในอนาคต