Technologie povrchové úpravy ve výrobním procesu plošných spojů ovlivňuje nejen pájitelnost a odolnost plošných spojů proti korozi, ale má také zásadní vliv na jejich elektrický výkon a dlouhodobou- spolehlivost. S rychlým rozvojem elektronických technologiíprocesy povrchové úpravy desek plošných spojůse neustále vyvíjejí, aby splňovaly vyšší požadavky na výkon a ekologické normy.
Horkovzdušná nivelace
Horkovzdušné vyrovnávání, také známé jako vyrovnávání horkovzdušnou pájkou, běžně známé jako nástřik cínu. Tento proces zahrnuje potažení povrchu desky plošných spojů roztavenou cínovou olovnatou pájkou - v současnosti se kvůli ekologickým požadavkům častěji používá bezolovnatá-pájka. Poté se zahřátý stlačený vzduch použije k vyrovnání pájky, čímž se vytvoří povlaková vrstva, která účinně odolává oxidaci mědi a poskytuje vynikající pájitelnost. Během horké klimatizace pájka interaguje s mědí a vytváří na spoji sloučeninu mědi a cínu o tloušťce přibližně 1-2 mil.
Tento proces se dělí na vertikální a horizontální typy. Horizontální povlak je široce považován za výhodný díky jeho rovnoměrnějšímu povlakování a schopnosti dosáhnout automatizované výroby. Obecný proces zahrnuje kroky, jako je mikroleptání, předehřívání, nanášení tavidla, nástřik cínem a čištění. Horkovzdušný nivelační proces je vyzrálý, s dostatečnou zásobou, relativně nízkou cenou a dobrou svařitelností, vhodný pro bezolovnaté -pájení a je jednou z široce používaných metod povrchové úpravy v průmyslu. Jeho povrch však není dostatečně hladký, takže je obtížné svařovat komponenty s jemnou roztečí a olovo obsahující HASL také čelí ekologickým problémům.
Organický povlak
Organický povlak je proces chemického narůstání vrstvy organického filmu na čistém holém měděném povrchu. Tato vrstva filmu je jako věrný strážce s odolností proti oxidaci, tepelným šokem a odolností proti vlhkosti, což může účinně chránit měděný povrch před korozí, jako je oxidace nebo vulkanizace v normálním prostředí. Zároveň může být v následném vysokoteplotním svařovacím prostředí rychle odstraněn tavidlem a uvolnit tak místo pro svářečské práce.
Proces organického potahování byl široce používán v průmyslu kvůli jeho významným výhodám jednoduchého procesu a nízkých nákladů. Molekuly raných organických povlaků byly většinou imidazol a benzotriazol, které měly antikorozní účinky. V dnešní době jsou novými molekulami především benzimidazol. Aby byla zajištěna schopnost odolat vícenásobnému pájení přetavením, je třeba na povrchu mědi vytvořit více vrstev organického povlaku, což vyžaduje přidání měděné kapaliny do chemické lázně. Nejprve natřete první vrstvu, která adsorbuje měď. Poté se druhá vrstva organických povlakových molekul spojí s mědí a je vrstvena vrstva po vrstvě, dokud se nevytvoří struktura dvaceti nebo dokonce stovek organických povlakových molekul. Odolnost povlaku OSP proti korozi je však relativně slabá a je třeba věnovat zvláštní pozornost podmínkám při skladování a používání.
Chemické niklování/ponorové zlato
Proces bezproudového niklování/ponoření zlata je pečlivě zabalená vrstva silné a elektricky vynikající slitiny niklového zlata na měděném povrchu, jako když na desku plošných spojů nasadíte silné „brnění“, které může zajistit spolehlivou ochranu PCB po dlouhou dobu. Na rozdíl od OSP, které slouží pouze jako jednoduchá antikorozní bariérová vrstva, může bezproudové niklování/ponorné zlato udržet dobrý elektrický výkon při dlouhodobém-používání desek plošných spojů a mít silnější odolnost vůči změnám prostředí.
Důvodem niklování je to, že mezi zlatem a mědí dochází k vzájemné difúzi a vrstva niklu může působit jako silná bariéra, která této difúzi účinně zabrání. Bez bariéry niklové vrstvy může zlato difundovat do mědi během několika hodin. Kromě toho má bezproudové niklování/ponorové zlato mnoho výhod, jako je vysoká pevnost niklu. Nikl o tloušťce pouze 5 um dokáže účinně řídit roztažnost ve směru Z při vysokých teplotách a zároveň zabraňuje rozpouštění mědi, což je zvláště výhodné pro bezolovnaté -pájení. Obecný proces této technologie zahrnuje kroky, jako je moření a čištění kyselinou, mikroleptání, předběžné ponoření, aktivace, chemické niklování a chemické ponoření do zlata. Proces zahrnuje šest chemických nádrží a téměř sto chemikálií, což činí proces poměrně složitým.
Ponoření do stříbra
Proces ponoření do stříbra je mezi OSP a bezproudovým pokovováním niklem/zlatím a jeho proces je relativně jednoduchý a rychlý. Ponoření do stříbra je ve skutečnosti dosaženo prostřednictvím přemístění, čímž se na povrchu desky plošných spojů vytvoří téměř submikronová vrstva čistého stříbra. Někdy se během procesu ponoření do stříbra přidávají některé organické sloučeniny, především proto, aby se zabránilo korozi stříbra a eliminovaly se problémy s migrací stříbra. Tuto tenkou vrstvu organických sloučenin je však obvykle obtížné přesně změřit a analýza ukazuje, že její hmotnostní podíl je menší než 1 %.
I při vystavení složitému prostředí, jako je teplo, vlhkost a znečištění, může stříbrná vrstva vytvořená procesem ponoření stále vykazovat dobré elektrické vlastnosti a svařitelnost, ale její lesk se může snížit. Kvůli absenci niklové vrstvy pod stříbrnou vrstvou není imerzní stříbro tak fyzicky pevné jako bezproudové niklování/ponorové zlato.
máčení cínu
Vzhledem k tomu, že všechny pájecí materiály jsou v současné době založeny na cínu a vrstva cínu se může dokonale shodovat s jakýmkoliv typem pájky, má z tohoto pohledu proces ponoření cínu široké perspektivy rozvoje. Avšak v minulosti byly desky plošných spojů ošetřené technologií namáčení cínu náchylné k problémům s cínovými vousy. Během procesu pájení představovaly jevy cínových vousů a migrace cínu vážné problémy se spolehlivostí, což značně omezovalo použití technologie máčení cínu. Později se přidáním organických přísad do cínového imerzního roztoku podařilo přeměnit strukturu cínové vrstvy na částice, čímž se účinně překonaly výše uvedené -obtíže a také proces ponoření do cínu získal dobrou tepelnou stabilitu a pájitelnost.
Proces ponorného cínu může vytvářet ploché intermetalické sloučeniny mědi a cínu, díky nimž je imerzní cín srovnatelný s nivelací horkým vzduchem, pokud jde o svařitelnost, bez problémů s rovinností, které jsou problematické při rovnání horkým vzduchem, a bez skrytých nebezpečí difúze kovu při chemickém niklování/ponoření zlata. Doba skladování ponorných plechů je však omezená a při příliš dlouhém ponechání se na jejich povrchu vytvoří oxid cínu, který ovlivní účinek svařování. Proto je nutné při montáži striktně dodržovat pořadí ponorného plechu.
Další procesy povrchové úpravy
Galvanicky pokovené niklové zlato
Galvanické pokovování niklovým zlatem lze považovat za „staršího bratra“ technologie povrchové úpravy desek plošných spojů, která existuje již od zrodu desek plošných spojů a postupně z ní odvozených dalších procesů. Tento proces zahrnuje galvanické pokovování vrstvy niklu na povrchu vodiče PCB, po kterém následuje galvanické pokovování vrstvy zlata. Hlavní funkcí niklování je zabránit difúzi mezi zlatem a mědí. V současné době se galvanicky pokovené niklové zlato dělí hlavně do dvou kategorií: jednou je měkké zlacení, které se používá hlavně pro pokovování zlatým drátem během balení čipů; Druhým typem je tvrdé zlacení, které se používá hlavně pro elektrické propojení v nepájených spojích, jako jsou zlaté prsty. Je třeba poznamenat, že za normálních okolností mohou svařovací operace způsobit, že galvanicky pokovené zlato zkřehne, čímž se zkrátí jeho životnost. Proto je třeba se svařování na galvanicky pokoveném zlatě co nejvíce vyhnout; Pravděpodobnost zkřehnutí u bezproudového niklování/ponorného zlata je však relativně nízká kvůli tenké a jednotné vrstvě zlata.
Chemické pokovování paladiem
Proces bezproudového pokovování palladiem je velmi podobný procesu bezproudového pokovování niklem. Hlavním principem je použití redukčního činidla, jako je dihydrogenfosforečnan sodný, k redukci palladiových iontů na palladium na katalyticky aktivním povrchu. Nově generované palladium může také sloužit jako katalyzátor pro podporu kontinuální reakce, čímž se získají vrstvy pokovování palladiem jakékoli tloušťky. Chemické pokovování paladiem má výhody vysoké spolehlivosti svařování, dobré tepelné stability a vynikající rovinnosti povrchu. Palladium je však poměrně vzácný drahý kov, což má za následek poměrně vysoké náklady na tento proces.