Dengan perbaikan 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, yang tampaknya merupakan hal yang jauh, perlu dicatat bahwa perubahan lambat jangka panjang akan menyebabkan perubahan besar.Dengan meningkatnya panggilan untuk perlindungan lingkungan, proses perawatan permukaan PCB pasti akan berubah secara dramatis di masa depan.
Tujuan perawatan permukaan
Tujuan paling dasar dari perawatan permukaan adalah untuk memastikan kemampuan penyolderan atau kinerja listrik yang baik.Karena tembaga di alam cenderung ada dalam bentuk oksida di udara, tidak mungkin untuk bertahan lama sebagai tembaga asli, sehingga perlu diperlakukan dengan cara lain.Meskipun pada perakitan berikutnya, fluks kuat dapat digunakan untuk menghilangkan sebagian besar oksida tembaga, fluks kuat itu sendiri tidak mudah dihilangkan, sehingga industri umumnya tidak menggunakan fluks kuat.
Proses perawatan permukaan umum
Saat ini, ada banyak proses perawatan permukaan PCB, yang umum adalah perataan udara panas, pelapisan organik, pelapisan nikel / pencelupan emas tanpa listrik, pencelupan perak dan pencelupan timah, yang akan diperkenalkan satu per satu di bawah ini.
1. Perataan udara panas
Perataan udara panas, juga dikenal sebagai perataan solder udara panas, adalah proses pelapisan solder timah cair pada permukaan PCB dan meratakannya (meniup) dengan udara tekan yang dipanaskan untuk membentuk lapisan pelapis yang tahan terhadap oksidasi tembaga dan memberikan kemampuan penyolderan yang baik .Setelah penyamarataan udara panas, solder dan tembaga membentuk senyawa intermetalik timah tembaga di persimpangan.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;Pisau angin dapat meminimalkan meniskus solder pada permukaan tembaga dan mencegah penjembatanan solder.Perataan udara panas dibagi menjadi tipe vertikal dan tipe horizontal.Secara umum, 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 → pelapisan fluks → penyemprotan timah → pembersihan.
2. Lapisan organik
Proses pelapisan organik berbeda dari proses perawatan permukaan lainnya karena bertindak sebagai lapisan penghalang antara tembaga dan udara;Proses pelapisan organik sederhana dan biayanya rendah, yang membuatnya banyak digunakan di industri.Molekul pelapis organik awal adalah imidazol dan benzotriazol, yang memainkan peran anti 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, maka 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 ratusan molekul pelapis organik terkonsentrasi pada permukaan tembaga, yang dapat memastikan penyolderan reflow ganda.Pengujian menunjukkan bahwa proses pelapisan organik terbaru dapat mempertahankan kinerja yang baik di banyak proses pengelasan bebas timah.Proses umum dari proses pelapisan organik adalah degreasing → mikro etsa → pengawetan → pembersihan air murni → pelapisan organik → pembersihan, dan 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 pelapisan organik, pelapisan nikel tanpa listrik / perendaman emas tampaknya menempatkan pelindung tebal pada PCB;Selain itu, proses pelapisan nikel / perendaman emas tanpa listrik tidak seperti lapisan organik sebagai lapisan penghalang anti karat, yang 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 terhadap 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;Jika tidak ada lapisan nikel, emas akan berdifusi ke dalam tembaga dalam beberapa jam.Keuntungan lain dari pelapisan nikel electroless / perendaman emas adalah kekuatan nikel.Hanya nikel dengan ketebalan 5 mikron yang dapat membatasi ekspansi ke arah Z pada suhu tinggi.Selain itu, pelapisan nikel tanpa listrik / perendaman emas juga dapat mencegah pembubaran tembaga, yang akan bermanfaat untuk perakitan bebas timah.Proses umum pelapisan nikel tanpa listrik / proses pencucian emas adalah: pembersihan asam → etsa mikro → prepreg → aktivasi → pelapisan nikel tanpa listrik → pencucian emas kimia.Terutama ada 6 tangki kimia, yang melibatkan hampir 100 bahan kimia, sehingga kontrol prosesnya relatif sulit.
4. Proses perendaman perak perendaman perak
Antara pelapisan organik dan perendaman nikel / emas tanpa listrik, prosesnya relatif sederhana dan cepat;Ini tidak serumit pelapisan nikel / perendaman emas tanpa listrik, juga bukan pelindung tebal untuk PCB, tetapi masih dapat memberikan kinerja listrik yang baik.Perak adalah adik dari emas.Bahkan ketika terkena panas, kelembaban dan polusi, perak masih dapat mempertahankan kemampuan penyolderan 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 sifat penyimpanan yang baik, dan tidak akan ada masalah besar saat dipasang selama beberapa tahun setelah impregnasi perak.Perendaman perak adalah reaksi perpindahan, yang hampir submikron lapisan perak murni.Terkadang, beberapa zat organik dimasukkan dalam proses perendaman 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, pada masa lalu, PCB muncul kumis timah setelah proses pencelupan timah, dan migrasi kumis timah dan timah selama proses pengelasan akan membawa masalah keandalan, sehingga penggunaan proses pencelupan timah dibatasi.Kemudian, aditif organik ditambahkan ke larutan imersi timah, yang dapat membuat struktur lapisan timah mengambil struktur granular, mengatasi masalah sebelumnya, dan juga 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;Perendaman timah juga tidak memiliki masalah difusi antara pelapisan nikel tanpa listrik / logam perendaman emas - senyawa intermetalik timah tembaga dapat digabungkan dengan kuat.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.Mari kita lihat proses pelapisan emas nikel dan pelapisan paladium electroless yang relatif lebih banyak diterapkan.Pelapisan emas nikel adalah pencetus teknologi perawatan permukaan PCB.Ini telah muncul sejak munculnya PCB, dan secara bertahap berkembang menjadi metode lain sejak saat itu.Ini adalah untuk melapisi lapisan nikel pada konduktor permukaan PCB terlebih dahulu dan kemudian lapisan emas.Pelapisan nikel terutama untuk mencegah difusi antara emas dan tembaga.Ada dua jenis pelapisan emas nikel: 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 membuat kabel emas selama pengemasan chip;Emas keras terutama digunakan untuk interkoneksi listrik di tempat-tempat yang tidak disolder.Mengingat biaya, industri sering melakukan pelapisan selektif dengan transfer gambar untuk mengurangi penggunaan emas.
Saat ini, penggunaan pelapisan emas selektif di industri terus meningkat, yang terutama disebabkan oleh sulitnya pengendalian proses pelapisan nikel electroless/pencucian emas.Dalam keadaan normal, pengelasan akan menyebabkan penggetasan emas berlapis, yang akan mempersingkat masa pakai, jadi perlu untuk menghindari pengelasan pada emas berlapis;Namun, karena emas dalam pelapisan nikel tanpa listrik/perendaman emas sangat tipis dan konsisten, 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 dihasilkan 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.
empat
Pemilihan proses perawatan permukaan
Pemilihan 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 penggunaan 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, tetapi industri telah mengurangi penggunaan teknologi perataan udara panas dalam dekade terakhir.Diperkirakan sekitar 25% - 40% PCB sekarang 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 jarang diterapkan dalam praktik.Saat ini, beberapa pabrik menggunakan pelapisan organik dan proses pencelupan nikel / emas tanpa listrik untuk menggantikan proses perataan udara panas;Perkembangan teknologi juga menyebabkan beberapa pabrik mengadopsi proses impregnasi timah dan perak.Selain itu, tren bebas timah dalam beberapa tahun terakhir semakin membatasi penggunaan perataan udara panas.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 proporsi ini telah meningkat (kemungkinan pelapisan organik sekarang telah melampaui leveling udara panas di tempat pertama).Proses pelapisan organik dapat digunakan pada PCB berteknologi rendah dan PCB berteknologi tinggi, seperti PCB TV satu sisi dan papan kemasan 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
Tidak seperti pelapis organik, ini terutama digunakan pada papan dengan persyaratan fungsional koneksi dan masa penyimpanan yang lama di permukaan, seperti area utama ponsel, area koneksi tepi cangkang router dan area kontak listrik dari koneksi elastis chip. prosesor.Karena kerataan perataan udara panas dan penghilangan fluks pelapis organik, pelapisan nikel / perendaman emas tanpa listrik 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 / jalur pencelupan emas tanpa listrik.Mengingat sambungan solder akan menjadi rapuh saat melepas senyawa intermetalik timah tembaga, 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 electroless nickel plating/gold dipping.
4. Perendaman perak
Ini lebih murah daripada pelapisan nikel / perendaman emas tanpa listrik.Jika PCB memiliki persyaratan fungsional koneksi dan perlu mengurangi biaya, perendaman perak adalah pilihan yang baik;Selain kerataan dan kontak perendaman perak yang baik, proses perendaman perak juga harus dipilih.Perendaman perak banyak digunakan dalam produk komunikasi, mobil, 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 tak tertandingi oleh perawatan permukaan lainnya.EMS merekomendasikan proses perendaman perak karena mudah dirakit dan memiliki kemampuan inspeksi yang baik.Namun, karena cacat seperti noda dan lubang solder pada perendaman perak, pertumbuhannya lambat (tetapi tidak menurun).Diperkirakan saat ini, sekitar 10% - 15% PCB menggunakan proses impregnasi perak.
5. Perendaman timah
Timah telah diperkenalkan ke dalam proses perawatan permukaan selama hampir satu dekade, dan munculnya proses ini adalah hasil dari persyaratan otomatisasi produksi.Perendaman timah tidak membawa elemen baru ke dalam sambungan solder, yang 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 perendaman timah dibatasi karena adanya karsinogen.Diperkirakan saat ini sekitar 5% - 10% PCB menggunakan proses tin dipping.V Kesimpulan dengan semakin tinggi dan tinggi persyaratan pelanggan, persyaratan lingkungan yang lebih ketat dan semakin banyak proses perawatan permukaan, tampaknya agak membingungkan dan membingungkan untuk memilih proses perawatan permukaan mana dengan prospek pengembangan dan keserbagunaan yang lebih kuat.Tidak mungkin untuk memprediksi dengan tepat ke mana arah teknologi perawatan permukaan PCB di masa depan.Bagaimanapun, memenuhi persyaratan pelanggan dan melindungi lingkungan harus dilakukan terlebih dahulu!