Dengan peningkatan terus menerus dari kebutuhan manusia untuk lingkungan hidup, masalah lingkungan yang terlibat dalam proses produksi PCB sangat menonjol.Saat ini, timbal dan bromin adalah topik terpanas;Bebas timbal dan bebas halogen akan mempengaruhi perkembangan PCB dalam banyak aspek.Meskipun saat ini, perubahan dalam proses perawatan permukaan PCB tidak besar, dan tampaknya masih jauh, perlu dicatat bahwa perubahan lambat jangka panjang akan menyebabkan perubahan besar.Dengan meningkatnya permintaan untuk perlindungan lingkungan, proses perawatan permukaan PCB pasti akan mengalami perubahan besar di masa depan.
Tujuan perawatan permukaan
Tujuan dasar dari perawatan permukaan adalah untuk memastikan kemampuan solder yang baik atau kinerja listrik.Karena tembaga di alam cenderung ada dalam bentuk oksida di udara, tidak mungkin untuk tetap seperti tembaga asli untuk waktu yang lama, sehingga diperlukan perawatan lain untuk tembaga.Meskipun pada perakitan berikutnya, fluks kuat dapat digunakan untuk menghilangkan sebagian besar oksida tembaga, tidak mudah untuk menghilangkan fluks kuat itu sendiri, sehingga industri umumnya tidak menggunakan fluks kuat.
Proses perawatan permukaan umum
Saat ini, ada banyak proses perawatan permukaan PCB, termasuk perataan udara panas, pelapisan organik, pelapisan nikel / pencelupan emas tanpa listrik, pencelupan perak dan pencelupan timah, yang akan diperkenalkan satu per satu.
1. Perataan udara panas
Perataan udara panas, juga dikenal sebagai perataan solder udara panas, adalah proses pelapisan solder timah cair pada permukaan PCB dan perataan (blowing) dengan udara tekan yang dipanaskan untuk membentuk lapisan pelapis yang tahan terhadap oksidasi tembaga dan memberikan kemampuan penyolderan yang baik .Senyawa intermetalik timah tembaga terbentuk di persimpangan solder dan tembaga dengan meratakan udara panas.Ketebalan solder yang melindungi permukaan tembaga sekitar 1-2 mil.PCB harus direndam dalam solder cair selama perataan udara panas;Pisau udara meniup solder cair sebelum solder mengeras;Bilah angin dapat meminimalkan meniskus solder pada permukaan tembaga dan mencegah penjembatanan solder.Perataan udara panas dibagi menjadi tipe vertikal dan tipe horizontal.Secara umum dianggap bahwa tipe horizontal lebih baik, terutama karena lapisan perataan udara panas horizontal lebih seragam dan dapat mewujudkan produksi otomatis.Proses umum proses perataan udara panas adalah: Mikro etsa → pemanasan awal → fluks pelapisan → penyemprotan timah → pembersihan.
2. Lapisan organik
Proses pelapisan organik berbeda dari proses perawatan permukaan lainnya karena bertindak sebagai lapisan penghalang antara tembaga dan udara;Teknologi pelapisan organik sederhana dan berbiaya rendah, yang membuatnya banyak digunakan di industri.Molekul pelapis organik awal adalah imidazol dan benzotriazol, yang memainkan peran pencegahan karat.Molekul terbaru terutama benzimidazol, yang merupakan tembaga yang secara kimia mengikat gugus fungsi nitrogen ke PCB.Pada proses pengelasan selanjutnya, jika hanya ada satu lapisan pelapis organik pada permukaan tembaga, itu tidak mungkin.Harus ada banyak lapisan.Inilah sebabnya mengapa tembaga cair biasanya ditambahkan ke tangki kimia.Setelah melapisi lapisan pertama, lapisan pelapis menyerap tembaga;Kemudian, molekul pelapis organik dari lapisan kedua digabungkan dengan tembaga hingga 20 atau bahkan 100 kali molekul pelapis organik berkumpul di permukaan tembaga, yang dapat memastikan penyolderan reflow ganda.Eksperimen menunjukkan bahwa teknologi pelapisan organik terbaru dapat menjaga kinerja yang baik dalam banyak proses pengelasan bebas timah.Proses umum dari proses pelapisan organik adalah: degreasing → mikro etsa → pengawetan → pembersihan air murni → pelapisan organik → pembersihan.Kontrol proses lebih mudah daripada proses perawatan permukaan lainnya.
3. Pelapisan nikel tanpa listrik / perendaman emas pelapisan nikel tanpa listrik / proses perendaman emas
Tidak seperti pelapis organik, pelapisan nikel tanpa listrik / impregnasi emas tampaknya menempatkan pelindung tebal pada PCB;Selain itu, proses electroless nickel plating/gold dipping tidak seperti pelapisan organik sebagai lapisan antirust barrier.Ini dapat berguna dalam penggunaan PCB jangka panjang dan mencapai kinerja listrik yang baik.Oleh karena itu, pelapisan nikel / perendaman emas tanpa listrik adalah untuk membungkus lapisan tebal paduan emas nikel dengan sifat listrik yang baik pada permukaan tembaga, yang dapat melindungi PCB untuk waktu yang lama;Selain itu, ia juga memiliki toleransi lingkungan yang tidak dimiliki oleh proses perawatan permukaan lainnya.Alasan pelapisan nikel adalah bahwa emas dan tembaga akan saling berdifusi, dan lapisan nikel dapat mencegah difusi antara emas dan tembaga;Tanpa lapisan nikel, emas akan berdifusi ke dalam tembaga dalam beberapa jam.Keuntungan lain dari pelapisan nikel electroless / impregnasi emas adalah kekuatan nikel.Hanya 5 mikron nikel yang dapat membatasi ekspansi ke arah Z pada suhu tinggi.Selain itu, pelapisan nikel / perendaman emas tanpa listrik juga dapat mencegah pembubaran tembaga, yang akan bermanfaat untuk perakitan bebas timah.Proses umum pelapisan nikel electroless / proses pencucian emas adalah: pembersihan asam → etsa mikro → prepreg → aktivasi → pelapisan nikel tanpa listrik → pencucian emas tanpa listrik.Terutama ada 6 tangki kimia, yang melibatkan hampir 100 bahan kimia, sehingga kontrol prosesnya sulit.
4. Proses pencucian perak
Antara pelapisan organik dan pelapisan nikel tanpa listrik / pencucian emas, prosesnya relatif sederhana dan cepat;Tidak serumit pelapisan nikel / perendaman emas tanpa listrik, juga tidak memasang lapisan pelindung yang tebal pada PCB, tetapi tetap dapat memberikan kinerja listrik yang baik.Perak adalah adik dari emas.Bahkan jika terkena panas, kelembaban dan polusi, perak masih dapat mempertahankan kemampuan solder yang baik, tetapi akan kehilangan kilau.Perendaman perak tidak memiliki kekuatan fisik yang baik dari pelapisan nikel electroless/perendaman emas karena tidak ada nikel di bawah lapisan perak.Selain itu, impregnasi perak memiliki properti penyimpanan yang baik, dan tidak akan ada masalah besar ketika dimasukkan ke dalam perakitan selama beberapa tahun setelah impregnasi perak.Impregnasi perak adalah reaksi perpindahan, yang hampir merupakan lapisan perak murni submikron.Kadang-kadang, beberapa zat organik dimasukkan dalam proses pencucian perak, terutama untuk mencegah korosi perak dan menghilangkan migrasi perak;Umumnya sulit untuk mengukur lapisan tipis bahan organik ini, dan analisis menunjukkan bahwa berat organisme kurang dari 1%.
5. Perendaman timah
Karena semua solder didasarkan pada timah, lapisan timah dapat cocok dengan semua jenis solder.Dari sudut pandang ini, proses pencelupan timah memiliki prospek pengembangan yang besar.Namun, kumis timah muncul setelah PCB sebelumnya dicelupkan ke dalam timah.Selama proses pengelasan, migrasi kumis timah dan timah akan membawa masalah keandalan.Oleh karena itu, penggunaan proses tin dipping dibatasi.Kemudian, aditif organik ditambahkan ke larutan imersi timah, yang dapat membuat struktur lapisan timah tampak struktur granular, mengatasi masalah sebelumnya, dan memiliki stabilitas termal dan kemampuan solder yang baik.Proses pencelupan timah dapat membentuk senyawa intermetalik timah tembaga datar, yang membuat pencelupan timah memiliki kemampuan penyolderan yang sama baik dengan perataan udara panas tanpa sakit kepala kerataan yang disebabkan oleh perataan udara panas;Tidak ada masalah difusi antara pelapisan nikel tanpa listrik / logam pencelupan emas dalam pencelupan timah - senyawa intermetalik timah tembaga dapat terikat kuat bersama-sama.Pelat perendaman timah tidak boleh disimpan terlalu lama, dan perakitan harus dilakukan sesuai dengan urutan perendaman timah.
6. Proses perawatan permukaan lainnya
Proses perawatan permukaan lainnya kurang diterapkan.Proses pelapisan emas nikel dan pelapisan paladium electroless yang relatif lebih banyak diterapkan adalah sebagai berikut.Pelapisan emas nikel adalah pencetus proses perawatan permukaan PCB.Itu telah muncul sejak munculnya PCB, dan secara bertahap berkembang menjadi metode lain.Pertama-tama melapisi konduktor pada permukaan PCB dengan lapisan nikel dan kemudian lapisan emas.Pelapisan nikel terutama untuk mencegah difusi antara emas dan tembaga.Ada dua jenis pelapisan emas nikel saat ini: pelapisan emas lunak (emas murni, permukaan emas tidak terlihat cerah) dan pelapisan emas keras (permukaan halus dan keras, tahan aus, mengandung kobalt dan elemen lainnya, dan permukaan emas terlihat cerah).Emas lunak terutama digunakan untuk kawat emas selama pengemasan chip;Emas keras terutama digunakan untuk interkoneksi listrik di tempat-tempat yang tidak dilas.Dalam pertimbangan biaya, industri sering menggunakan metode transfer gambar untuk pelapisan selektif untuk mengurangi penggunaan emas.
Saat ini penggunaan pelapisan emas selektif dalam industri terus meningkat, yang terutama disebabkan oleh sulitnya mengontrol proses pelapisan nikel electroless/pencucian emas.Dalam keadaan normal, pengelasan akan menyebabkan penggetasan emas berlapis, yang akan mempersingkat masa pakai.Oleh karena itu, pengelasan pada emas berlapis harus dihindari;Namun, karena emas yang tipis dan konsisten dari pelapisan nikel / perendaman emas, penggetasan jarang terjadi.Proses pelapisan paladium tanpa listrik mirip dengan pelapisan nikel tanpa listrik.Proses utamanya adalah mereduksi ion paladium menjadi paladium pada permukaan katalitik melalui zat pereduksi (seperti natrium dihidrogen hipofosfit).Paladium yang baru terbentuk dapat menjadi katalis untuk mendorong reaksi, sehingga setiap ketebalan lapisan paladium dapat diperoleh.Keuntungan dari pelapisan paladium tanpa listrik adalah keandalan pengelasan yang baik, stabilitas termal dan kerataan permukaan.
Pemilihan proses perawatan permukaan
Pilihan proses perawatan permukaan terutama tergantung pada jenis komponen rakitan akhir;Proses perawatan permukaan akan mempengaruhi produksi, perakitan, dan penggunaan akhir PCB.Berikut ini secara khusus akan memperkenalkan kesempatan aplikasi dari lima proses perawatan permukaan yang umum.
1. Perataan udara panas
Perataan udara panas pernah memainkan peran utama dalam proses perawatan permukaan PCB.Pada 1980-an, lebih dari tiga perempat PCB menggunakan teknologi perataan udara panas.Namun, industri telah mengurangi penggunaan teknologi perataan udara panas dalam dekade terakhir.Diperkirakan sekitar 25% - 40% PCB saat ini menggunakan teknologi perataan udara panas.Proses perataan udara panas kotor, bau dan berbahaya, sehingga tidak pernah menjadi proses favorit.Namun, perataan udara panas adalah proses yang sangat baik untuk komponen dan kabel yang lebih besar dengan jarak yang lebih besar.Di PCB dengan kepadatan tinggi, kerataan leveling udara panas akan mempengaruhi perakitan selanjutnya;Oleh karena itu, proses perataan udara panas umumnya tidak digunakan untuk papan HDI.Dengan kemajuan teknologi, proses perataan udara panas yang cocok untuk merakit QFP dan BGA dengan jarak yang lebih kecil telah muncul di industri, tetapi aplikasi sebenarnya lebih sedikit.Saat ini, beberapa pabrik menggunakan pelapisan organik dan pelapisan nikel tanpa listrik / proses pencelupan emas untuk menggantikan proses perataan udara panas;Perkembangan teknologi juga menyebabkan beberapa pabrik mengadopsi proses impregnasi timah dan perak.Dengan tren bebas timah dalam beberapa tahun terakhir, penggunaan perataan udara panas semakin dibatasi.Meskipun apa yang disebut perataan udara panas bebas timah telah muncul, itu mungkin melibatkan kompatibilitas peralatan.
2. Lapisan organik
Diperkirakan saat ini, sekitar 25% - 30% dari PCB menggunakan teknologi pelapisan organik, dan proporsinya telah meningkat (kemungkinan pelapisan organik sekarang telah melampaui leveling udara panas di tempat pertama).Proses pelapisan organik dapat digunakan untuk PCB berteknologi rendah atau PCB berteknologi tinggi, seperti PCB TV satu sisi dan papan pengemasan chip kepadatan tinggi.Untuk BGA, pelapisan organik juga banyak digunakan.Jika PCB tidak memiliki persyaratan fungsional untuk sambungan permukaan atau periode penyimpanan, pelapisan organik akan menjadi proses perawatan permukaan yang paling ideal.
3. Pelapisan nikel tanpa listrik / perendaman emas pelapisan nikel tanpa listrik / proses perendaman emas
Berbeda dari lapisan organik, ini terutama digunakan pada papan dengan persyaratan fungsional untuk koneksi dan masa penyimpanan yang lama di permukaan, seperti area kunci ponsel, area koneksi tepi cangkang router dan area kontak listrik dari koneksi elastis prosesor chip.Karena kerataan perataan udara panas dan penghilangan fluks pelapis organik, pelapisan nikel tanpa listrik / impregnasi emas banyak digunakan pada 1990-an;Kemudian, karena munculnya piringan hitam dan paduan nikel fosfor yang rapuh, penerapan proses pelapisan nikel / pencelupan emas tanpa listrik berkurang.Namun, saat ini, hampir setiap Pabrik PCB berteknologi tinggi memiliki pelapisan nikel / garis pencelupan emas tanpa listrik.Mengingat sambungan solder akan menjadi rapuh ketika senyawa intermetalik timah tembaga dihilangkan, banyak masalah akan terjadi pada senyawa intermetalik timah nikel yang relatif rapuh.Oleh karena itu, hampir semua produk elektronik portabel (seperti ponsel) menggunakan sambungan solder senyawa intermetalik timah tembaga yang dibentuk oleh lapisan organik, perendaman perak atau perendaman timah, sedangkan pelapisan nikel / pencelupan emas tanpa listrik digunakan untuk membentuk area utama, area kontak, dan pelindung EMI. daerah.Diperkirakan saat ini, sekitar 10% - 20% PCB menggunakan proses pelapisan nikel/emas tanpa listrik.
4. Perendaman perak
Ini lebih murah daripada pelapisan nikel / perendaman emas tanpa listrik.Jika PCB memiliki persyaratan fungsional dan kebutuhan untuk mengurangi biaya, perendaman perak adalah pilihan yang baik;Selain kerataan dan kontak impregnasi perak yang baik, proses impregnasi perak harus dipilih.Perendaman perak banyak digunakan dalam produk komunikasi, mobil dan periferal komputer, dan juga dalam desain sinyal berkecepatan tinggi.Impregnasi perak juga dapat digunakan dalam sinyal frekuensi tinggi karena sifat listriknya yang sangat baik yang tidak dapat ditandingi oleh perawatan permukaan lainnya.EMS merekomendasikan proses impregnasi perak karena mudah dirakit dan memiliki kemampuan inspeksi yang baik.Namun, karena cacat seperti noda dan lubang solder di impregnasi perak, pertumbuhannya lambat (tetapi tidak menurun).Diperkirakan sekitar 10% - 15% dari PCB saat ini menggunakan proses impregnasi perak.
5. Perendaman timah
Sudah hampir sepuluh tahun sejak timah diperkenalkan ke dalam proses perawatan permukaan.Munculnya proses ini adalah hasil dari persyaratan otomatisasi produksi.Impregnasi timah tidak membawa elemen baru ke tempat pengelasan, dan sangat cocok untuk bidang belakang komunikasi.Timah akan kehilangan daya solder setelah masa penyimpanan papan, sehingga kondisi penyimpanan yang lebih baik diperlukan untuk pencelupan timah.Selain itu, penggunaan proses impregnasi timah dibatasi karena zat karsinogenik.Diperkirakan sekitar 5% - 10% PCB saat ini menggunakan proses tin dipping.V Kesimpulan: dengan persyaratan pelanggan yang semakin tinggi, persyaratan lingkungan yang lebih ketat, dan semakin banyak proses perawatan permukaan, tampaknya agak membingungkan dan membingungkan untuk memilih proses perawatan permukaan dengan prospek pengembangan yang lebih baik dan universalitas yang lebih kuat.Dimana proses perawatan permukaan PCB akan berjalan di masa depan tidak dapat diprediksi secara akurat sekarang.Bagaimanapun, memenuhi persyaratan pelanggan dan melindungi lingkungan harus dilakukan terlebih dahulu!