Восемь видов поверхностной обработки печатных плат (PCB) 

С ростом требований человека к условиям проживания, актуальные экологические проблемы, связанные с производством печатных плат (PCB), становятся особенно заметными. Тема свинца и брома является самой обсуждаемой; свинцесодержащие и галогенсодержащие материалы в значительной степени влияют на развитие печатных плат.

Хотя на данный момент изменения в процессах поверхностной обработки PCB незначительны и кажутся довольно отдалёнными, следует учитывать: медленные долгосрочные изменения приведут к значительным преобразованиям. В условиях растущих требований к охране окружающей среды, в будущем процессы поверхностной обработки PCB неизбежно претерпят значительные изменения.

Основная цель поверхностной обработки — обеспечить хорошую припаиваемость или электропроводимость. Так как медь в природе склонна существовать в виде оксидов на воздухе и не может долго сохраняться в чистом состоянии, требуется её дополнительная обработка. Хотя при последующей сборке можно использовать сильные флюсы для удаления большинства оксидов меди, сильные флюсы сами по себе трудно удалить, поэтому в отрасли их обычно не применяют.

На данный момент существует множество процессов поверхностной обработки PCB. Наиболее распространёнными являются технологии выравнивания горячим воздухом, органическое покрытие, химическое осаждение никеля/погружение в золото, погружение в серебро и погружение в олово; далее они будут рассмотрены по отдельности.

1. Выравнивание горячим воздухом (напыление олова)

Выравнивание горячим воздухом, также называемое выравниванием плавким припоем горячим воздухом (в народе — напыление олова), представляет собой процесс, при котором на поверхность печатной платы наносят расплавленный оловянный (свинцовый) припой и выравнивают его с помощью нагретого сжатого воздуха, создавая покрытие, которое одновременно защищает медь от окисления и обеспечивает хорошую припаиваемость. Во время выравнивания горячим воздухом на контактной поверхности деталей припой и медь образуют медно-оловянное интерметаллическое соединение. Когда печатная плата проходит процесс выравнивания горячим воздухом, она погружается в расплавленный припой; воздушный нож выравнивает жидкий припой до его затвердевания; воздушный нож минимизирует серповидность припоя на медной поверхности и предотвращает образование мостиков припоя.

2. Органический защитный слой для припаиваемости (OSP)

OSP — это технология обработки поверхности медной фольги печатных плат (PCB), соответствующая требованиям директивы RoHS. OSP расшифровывается как Organic Solderability Preservatives, что на китайском переводится как органическая защитная пленка для пайки, также называемая защитным средством для меди; на английском языке её также называют Preflux. Проще говоря, OSP представляет собой химическое образование органической пленки на чистой оголённой поверхности меди.

Эта пленка обладает свойствами антикоррозийности, стойкости к термическому удару и влажности, и служит для защиты медной поверхности от дальнейшего коррозирования (окисления или сульфидирования и пр.) в нормальных условиях. Однако при последующей пайке при высоких температурах такая защитная пленка должна легко и быстро удаляться флюсом, чтобы оголённая чистая медная поверхность могла в кратчайшее время соединиться с расплавленным припоем и образовать прочное паяное соединение.

3. Полное никелевое и золотое покрытие платы

Никелевое и золотое покрытие платы осуществляется путем нанесения слоя никеля на проводники на поверхности печатной платы с последующим нанесением слоя золота. Никель наносится в основном для предотвращения диффузии между золотом и медью. В настоящее время существуют два типа никелево-золотого покрытия: мягкое золото (чистое золото, поверхность которого выглядит не блестящей) и твердое золото (поверхность гладкая и твердая, износостойкая, содержит кобальт и другие элементы, поверхность золота выглядит более блестящей). Мягкое золото в основном используется для припайки золотой проволоки при упаковке чипов; твердое золото в основном применяется для электрических соединений в местах, где не производится пайка.

4. Электропозолота

Электропозолота представляет собой покрытие медной поверхности слоем толстого никелево-золотого сплава с хорошими электрическими свойствами, что обеспечивает долгосрочную защиту печатной платы (PCB); кроме того, она обладает устойчивостью к окружающей среде, которой не обладают другие технологии поверхностной обработки. Кроме того, электропозолота может предотвратить растворение меди, что полезно для бессвинцовой сборки.

5. Лужение олова
Поскольку в настоящее время все припои основаны на олова, слой олова может соответствовать любому типу припоя. Процесс лужения позволяет образовать плоское межметаллическое соединение медь-олово, и эта характеристика обеспечивает лужению такую же хорошую паяемость, как у выравнивания горячим воздухом, но без проблем с плоскостностью, присущих выравниванию горячим воздухом. Луженые платы не могут храниться слишком долго, и при сборке необходимо учитывать порядок лужения.

6. Осажденное серебро

Процесс осаждения серебра находится между органическим покрытием и химическим никелированием/озолотением. Технология относительно проста и быстра; даже при воздействии тепла, влаги и загрязнений серебро способно сохранять хорошую паяемость, однако теряет блеск. Осажденное серебро не обладает высокой механической прочностью, как при химическом никелировании/озолотении, так как под слоем серебра отсутствует никель.

7. Химическое никелирование с палладием и золотом

Химическое никелирование с палладием и золотом отличается от осаждения золота тем, что между никелем и золотом находится дополнительный слой палладия. Палладий предотвращает коррозию, вызванную реакцией замещения, обеспечивая надлежащую подготовку к осаждению золота. Золото плотно покрывает палладий, обеспечивая хорошую контактную поверхность.

8. Гальваническое покрытие твёрдым золотом

Для повышения износостойкости продукции и увеличения количества циклов подключения/отключения применяется гальваническое покрытие твёрдым золотом.

С ростом требований пользователей и ужесточением экологических норм количество технологий поверхностной обработки увеличивается, и порой кажется, что выбор подходящей технологии с перспективами развития и широкой универсальностью становится запутанным и сложным. Будущее технологий поверхностной обработки печатных плат точно предсказать невозможно. В любом случае, удовлетворение требований пользователей и защита окружающей среды должны оставаться приоритетом!