پوشش سطحی

مقایسه چند فرآیند متداول پرداخت سطحی مدارهای چاپی

در تولید مدارهای چاپی (PCB)، فناوری‌های متداول پرداخت سطحی به شرح زیر هستند:

• اسپری قلع (HASL، هموژنیزاسیون با هوای داغ)
  
• فیلم محافظتی ارگانیک (OSP)
  
• نیکل/طلا شیمیایی (ENIG)
  
• غوطه‌وری نقره
  
• قلع غوطه‌وری

HASL (هموژنیزاسیون با هوای داغ)/HASL بدون سرب

در متوقف کردن، برد مدار چاپی (PCB) در روی مذاب قلع-سرب غوطه‌ور می‌شود و سپس با هوای داغ صاف می‌شود تا قلع به‌طور یکنواخت به سطح مس بچسبد و لایه‌ای از پوشش ضد اکسیداسیون و قابلیت لحیم‌کاری ایجاد شود. دمش هوای داغ به این منظور انجام می‌شود تا قلع را صاف کند و از تجمع لحیم و اتصال کوتاه جلوگیری کند.

دو نوع HASL وجود دارد: عمودی و افقی. نوع افقی بهتر است و پوشش یکنواخت‌تری دارد.
جریان فرآیند: ابتدا خوردگی میکرو (برای ایجاد سطحی زبر روی مس به‌منظور چسبندگی بهتر)، سپس پیش‌گرم کردن، اعمال فلکس، پاشش قلع، و در نهایت تمیز کردن.
مزایا: هزینه کم، قابل استفاده در همه جا، و قابل تعمیر در صورت شکستن.
معایب: سطح ناهموار، مناسب نبودن برای قطعات کوچک، ضربه حرارتی، عملکرد ضعیف برای سوراخ‌های عبوری (PTH)، ترکیب‌پذیری ضعیف در هنگام لحیم‌کاری.

OSP (فیلم محافظتی ارگانیک)

OSP یک فیلم ارگانیکی است که روی سطح مس تشکیل می‌شود تا از اکسید شدن آن جلوگیری کند. این فیلم در برابر اکسیداسیون، گرما و رطوبت مقاوم است و می‌تواند توسط فلکس در هنگام جوشکاری از بین برود تا اثر جوشکاری را تضمین کند.

در ایام گذشته از ایمیدازول و بنزوتریازول استفاده می‌شد و امروزه بیشتر از مولکول‌های بنزایمیدازول استفاده می‌شود. به منظور اینکه بتوان چندین بار جوشکاری کرد، یون‌های مس به آن اضافه می‌شود تا فیلم محکم‌تر شود.

جریان فرآیند: ابتدا گریس‌زدایی، میکرو-اچ کردن، اسیدشویی، تمیز کردن، اعمال فیلم ارگانیک، و سپس تمیز کردن.
مزایا: دوستدار محیط زیست و بدون سرب، سطح صاف، فرآیند ساده، هزینه کم، و قابل تعمیر بودن.
معایب: برای سوراخ‌های عبوری (PTH) مناسب نیست، نسبت به محیط حساس است، و ماندگاری کوتاهی دارد.

ENIG (نیکل الکترولس/طلای فروبرنده)

ENIG لایه‌ای ضخیم از آلیاژ نیکل-طلا است که روی سطح مس اعمال می‌شود. این لایه دارای عملکرد بسیار پایدار است، می‌تواند از زنگ زدن طولانی‌مدت جلوگیری کند و برای محیط‌های پیچیده مناسب است.

لایه نیکل مانع از انتشار طلا و مس می‌شود، در غیر این صورت طلا به سرعت در مس نفوذ می‌کند. ضخامت لایه نیکل 5 میکرون است، که می‌تواند از انبساط در دمای بالا جلوگیری کند و از حل شدن مس در حین لحیم‌کاری بدون سرب جلوگیری نماید و لحیم‌کاری را مطمئن‌تر کند.

جریان فرآیند: اسیدشویی، اچ میکرو، پی‌دیپ، فعال‌سازی، روکش‌دهی نیکل و غوطه‌وری طلا. کل فرآیند نیازمند 6 مخزن شیمیایی و مواد شیمیایی زیادی است، که نسبتاً پیچیده می‌باشد.
مزایا: سطح صاف، استحکام خوب، سازگار با محیط زیست بدون سرب، مناسب برای سوراخ‌های عبوری (PTH).
معایب: مشکل صفحه سیاه ممکن است رخ دهد، هزینه بالا و تعمیر آن دشوار است.

غوطه‌وری نقره

درجه دشواری غوطه‌وری نقره بین OSP و ENIG قرار دارد. نقره نمی‌تواند مانند ENIG "زره سنگین بپوشد"، اما خواص الکتریکی بسیار خوبی دارد. حتی در محیط‌های داغ، مرطوب و آلوده نیز می‌توان آن را لحیم کرد، اما سطح آن ممکن است تیره‌تر شود.

نقره غوطه‌وری دارای لایه نیکل پشتیبان نیست و استحکام آن به اندازه ENIG نیست. این فرآیند یک واکنش جایگزینی است که یک لایه نازک از نقره خالص روی سطح مس تشکیل می‌دهد. گاهی اوقات مقدار کمی مواد آلی برای جلوگیری از خوردگی و مهاجرت نقره اضافه می‌شود. این مواد آلی بسیار کم هستند و کمتر از 1% می‌باشند.

قلع غوطه‌وری

پوشش قلع غوطه‌وری با فلز قلع اصلی سolder سازگار است، زیرا سolder عمدتاً از قلع تشکیل شده است. قلع غوطه‌وری اولیه تمایل به تشکیل رشته‌های قلعی (tin whiskers) داشت که باعث مشکلاتی در هنگام لحیم‌کاری می‌شدند. در مراحل بعدی افزودن مواد آلی به لایه قلع باعث ایجاد ساختار دانه‌ای شد که مشکل رشته‌های قلعی را حل کرد و همچنین پایداری حرارتی و قابلیت لحیم‌کاری را بهبود بخشید.

قلع غوطه‌وری می‌تواند یک لایه ترکیبی مس-قلع صاف را روی سطح مس تشکیل دهد. عملکرد لحیم‌کاری آن مشابه پاشش قلع است، اما مشکل سطح ناهمواری که در پاشش قلع وجود دارد را ندارد و همچنین مشکل انتشار بین‌فلزی که در ENIG وجود دارد را نیز ندارد.

نکته: برد قلع غوطه‌وری نباید مدت زیادی انبار شود.