Permukaan Permukaan PCB:HASL, OSP dan ENIG

Saat membuat pelapis permukaan untuk papan sirkuit tercetak (PCB), Anda dapat memilih dari bahan organik atau logam. Mengetahui jenis pelapis permukaan yang ada cukup sederhana, tetapi bagaimana Anda menentukan mana yang terbaik untuk PCB Anda? Mereka memiliki kesamaan, tetapi masing-masing memiliki manfaat, kerugian, dan pertimbangan teknisnya sendiri.

Jika Anda bertanya-tanya bagaimana memilih teknik finishing yang tepat, artikel ini dapat membantu Anda mempelajari lebih lanjut tentang tiga jenis umum — Hot Air Solder Leveling (HASL), Organic Solderability Preservative (OSP) dan Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG).

Pentingnya Finishing Permukaan PCB Anda

Permukaan akhir yang Anda pilih untuk PCB akan berdampak signifikan pada kualitas dan kegunaannya di bagian induknya. Lapisan akhir mencegah lapisan tembaga PCB teroksidasi, yang sebaliknya akan menurunkan daya soldernya. Menerapkan lapisan akhir melindungi papan dari oksidasi sebelum komponen ditambahkan, memastikan bahwa Anda dapat menyolder elemen tambahan sesuai kebutuhan. Karena sambungan listrik PCB mengandalkan konduktivitas tembaga yang memadai, penting untuk mencegah oksidasi dan menempelkan komponen jika diperlukan.

Memilih lapisan akhir yang sesuai akan bergantung pada berbagai faktor, seperti proses penyelesaian, desain PCB, dan kualitas hasil akhir. Tidak semua jenis lapisan cocok untuk setiap PCB. Berikut adalah beberapa karakteristik yang perlu diingat ketika mempertimbangkan karakteristik yang berbeda:

1. Solderabilitas

Menghindari masalah penyolderan sangat penting untuk membuat PCB yang akan beroperasi sebagaimana dimaksud. Permukaan yang halus diperlukan untuk memastikan sambungan yang berfungsi dengan baik dalam lingkungannya. Pertimbangkan apakah permukaan akhir dapat disolder langsung ke tembaga, seperti dalam kasus timah perendaman, atau jika itu adalah teknik berlapis, seperti ENIG.

Ikatan kawat yang baik juga penting, mengingat logam yang berbeda memerlukan teknik manufaktur yang unik dan berperilaku berbeda bahkan di lingkungan yang sama. Kawat dapat terdiri dari bahan seperti aluminium, emas, dan tembaga, dengan setiap permukaan akhir jenis yang kompatibel atau tidak kompatibel dengan elemen-elemen ini.

2. Waktu Pemrosesan

Jendela pemrosesan untuk penyelesaian tertentu mungkin besar atau kecil — penyelesaian seperti HASL memiliki jendela pemrosesan yang lebih besar.

Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk proses bergantung pada kerumitan perakitannya. Beberapa pelapis permukaan, seperti OSP, memiliki siklus termal yang terbatas dan tidak dapat menahan banyak proses penyolderan. Setelah beberapa siklus, akan hilang, dan PCB akan kehilangan perlindungannya terhadap oksidasi. Namun, permukaan akhir OSP untuk PCB dapat dikerjakan ulang selama fabrikasi. Hal yang sama berlaku untuk perak imersi.

ENIG adalah proses penyelesaian akhir yang lebih kompleks dan membutuhkan waktu lebih lama untuk diselesaikan, yang mungkin membuatnya lebih baik digunakan untuk jalur produksi PCB yang tidak perlu menghasilkan banyak PCB dalam waktu singkat .

3. Keandalan

Seberapa baik permukaan akhir yang dipilih tahan terhadap lingkungannya? Jika PCB Anda perlu memenuhi persyaratan keandalan tertentu, Anda akan menginginkan penyelesaian yang mengakomodasi ini. Meskipun biaya hanya satu komponen dari banyak elemen lain yang disebutkan di sini, Anda harus mempertimbangkan seberapa tinggi biaya kegagalan jika lapisan akhir PCB tidak berfungsi sebagaimana mestinya dan gagal melindungi permukaan.

IPC menawarkan serangkaian standar di bawah TM-650 Test Methods Manual yang merinci berbagai cara untuk menguji PCB untuk keandalan dan kualitas. Ini termasuk teknik seperti verifikasi dimensi, ketahanan kimia, keuletan tembaga dan jumlah kehilangan sinyal. Satu tes menggunakan bahan kimia seperti asam sulfat dan isopropanol untuk menentukan efek zat ini pada bahan dielektrik PCB.

4. Korosi

Beberapa jenis finishing permukaan, seperti perak, dapat lebih rentan terhadap korosi mulur daripada yang lain. Korosi jenis ini dapat terjadi pada hampir semua jenis pelapis yang Anda gunakan, tetapi paling umum terjadi pada perak imersi Saat korosi elemen logam menyebar di sepanjang permukaan PCB, hal itu dapat menyebabkan korsleting karena berinteraksi dengan fitur tetangga di papan. Masalah ini menjadi lebih umum karena lapisan bebas timah telah meningkat dalam penggunaan luas, karena timah sangat efektif dalam memberikan ketahanan terhadap korosi.

Korosi merayap juga lebih umum terjadi di lingkungan yang lembap dan kaya belerang. Pertimbangkan jenis pengaturan yang akan diterapkan pada PCB Anda sebelum menempel pada salah satu permukaan akhir. Lingkungan mungkin memiliki andil besar dalam menentukan siklus hidup produk Anda.

Selesai lain seperti timah imersi cenderung mengembangkan kumis, meskipun agen anti-migrasi dapat mengurangi masalah ini.

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Finishing Permukaan PCB yang Anda Gunakan

Berbagai faktor akan memengaruhi jenis lapisan akhir PCB yang Anda putuskan untuk digunakan. Sangat penting untuk mempertimbangkan semua faktor ini sebagai satu kesatuan yang terintegrasi. Meskipun semuanya memiliki bobot dalam proses, hasil akhir Anda PCB mungkin tidak menjadi seperti yang diinginkan jika Anda sangat menyukai satu karakteristik daripada yang lain. Misalnya, Anda dapat memilih HASL bebas timah karena efektivitas biayanya tetapi kemudian menyadari bahwa co-planarity-nya kurang dibandingkan dengan proses finishing lainnya.

Berikut adalah beberapa komponen penting yang perlu diingat saat menyelidiki berbagai pelapis permukaan PCB.

1. Biaya

Berapa banyak yang Anda keluarkan untuk finishing permukaan ditentukan oleh jenis yang Anda pilih. Kualitas hasil akhir juga menjadi faktor biaya. Hasil akhir HASL lebih terjangkau daripada jenis ENIG, tetapi mungkin tidak memenuhi kualitas yang tepat standar yang Anda harapkan.

Harga fabrikasi papan itu sendiri juga akan berpengaruh. Setelah fabrikasi awal, apakah ada ruang dalam anggaran Anda untuk memilih metode penyelesaian yang lebih canggih seperti ENIG? PCB untuk industri seperti elektronik konsumen jelas lebih murah untuk diproduksi, yang memungkinkan Anda menggunakan hasil akhir yang lebih mahal untuk hasil berkualitas lebih tinggi.

2. Volume

Volume produksi dapat secara signifikan memengaruhi jenis finishing permukaan yang Anda gunakan. Misalnya, pelapis permukaan yang terdiri dari timah imersi akan mulai menodai segera setelah diendapkan ke PCB tembaga. Namun, menggunakan volume PCB dapat membantu Anda menghindari noda. Jika Anda memiliki sejumlah kecil, mungkin lebih baik untuk menggunakan lapisan akhir seperti perak.

3. Kosmetik

Proses seperti HASL dan OSP cenderung menawarkan nilai estetika yang lebih baik daripada ENIG, yang merupakan komponen lain yang dapat memengaruhi jenis yang Anda pilih. Apakah Anda memerlukan permukaan mengkilap yang tidak terlalu rentan terhadap korosi mulur, kumis dan masalah serupa? Anda mungkin ingin menghindari berurusan dengan bahan seperti perak dan timah dan memilih opsi lain yang cenderung tidak menyebabkan korosi yang signifikan.

Jenis Permukaan Permukaan PCB

Meskipun ada banyak jenis permukaan akhir PCB, kami akan membahas tiga yang terkenal di sini — HASL, OSP, dan ENIG.

1. HASL dan HASL Bebas Timbal

Permukaan akhir HASL menawarkan kemampuan penyolderan berkualitas tinggi dan mengakomodasi beberapa siklus termal sekaligus menjadi salah satu opsi yang lebih terjangkau. Ini pernah menjadi standar industri, meskipun standar di bawah Pembatasan Zat Berbahaya (RoHS) telah menyebabkan HASL keluar dari kepatuhan. Pada gilirannya, HASL bebas timbal telah menjadi pilihan yang lebih dapat diterima dalam hal dampak lingkungan dan kesehatannya. Meskipun HASL memiliki sejarah industri yang panjang dan terkenal di kalangan insinyur, timbal -free HASL lebih aman digunakan dan lebih sesuai dengan kebutuhan arahan seperti RoHS.

Hasil akhir dibuat dengan mencelupkan papan ke dalam timah dan timah atau timah dan solder nikel dan menahannya di sana selama beberapa waktu. Setelah PCB dilepas, semburan udara panas yang disebut pisau udara dilepas hasil akhir yang berlebih. Penyelesaian HASL memungkinkan jendela pemrosesan yang besar, tetapi berbagai faktor dapat memengaruhi kerataannya dan oleh karena itu kemampuan penyolderannya. Sudut pisau udara, tekanan udara dan kecepatan masuk dan pelepasan papan PCB dari solder semuanya mempengaruhi kualitas hasil akhir.

Anda akan menemukan pelapis permukaan HAL dan HASL bebas timah yang digunakan untuk aplikasi seperti:

• Pengujian listrik: Lapisan HASL memberikan perlindungan otomatis untuk bantalan uji dan vias selama pengujian listrik papan sirkuit.
• Penyolderan tangan: Hasil akhir HASL adalah pilihan yang cocok untuk proses penyolderan tangan, karena sambungannya mudah dibentuk.
• Elektronik berperforma tinggi: HASL sering menjadi pilihan tepat untuk aplikasi berkinerja tinggi dan keandalan tinggi, seperti perangkat kedirgantaraan dan militer, karena kemampuannya untuk membentuk sambungan yang kuat.

2. OSP

Pelapis permukaan OSP adalah contoh lapisan akhir PCB organik. Tidak ada racun yang terlibat dalam prosesnya, membuatnya ramah lingkungan sambil tetap mempertahankan sifat pelindung dan anti-korosifnya. Karena tidak adanya bahan kimia berbahaya, papan OSP juga sesuai dengan RoHS. Lapisan berbasis air ini menyediakan permukaan datar untuk memasang komponen PCB tambahan, dan seperti proses HASL, ini hemat biaya.

OSP dapat digunakan sebagai pengganti efektif untuk HASL bebas timah karena sifatnya yang co-planarity. Bila Anda membutuhkan permukaan akhir PCB yang akan memberikan kerataan yang cukup sambil menawarkan proses manufaktur yang sederhana, OSP bisa dibilang pilihan terbaik.

Menerapkan permukaan akhir OSP ke PCB biasanya melibatkan metode kimia dengan konveyor atau tangki celup vertikal. Prosesnya umumnya terlihat seperti ini, dengan pembilasan di antara setiap langkah:

1. Pembersihan: Permukaan tembaga PCB dibersihkan dari minyak, sidik jari, dan kontaminan lain yang dapat memengaruhi kerataan lapisan akhir.
2. Peningkatan topografi: Permukaan tembaga yang terbuka mengalami mikro-etsa untuk meningkatkan ikatan antara papan dan OSP. Proses ini juga mengurangi oksidasi. Untuk mencapai ketebalan film yang memadai, mikro-etsa harus dijaga pada kecepatan yang konsisten.
3. Pembilasan asam: PCB mengalami pembilasan asam dalam larutan asam sulfat.
4. Aplikasi OSP: Pada proses ini, solusi OSP diterapkan ke PCB.
5. Pembilasan deionisasi: Solusi OSP diresapi dengan ion untuk memudahkan penghapusan selama penyolderan. Bilas ini harus digunakan sebelum bahan pengawet dibuat untuk menghindari noda karena adanya ion lain dalam larutan OSP.
6. Kering: Setelah selesai OSP diterapkan, PCB harus dikeringkan.

OSP menawarkan proses yang sederhana dan terjangkau, tetapi penting juga untuk diingat bahwa ini sangat sensitif terhadap penanganan dan dapat dengan mudah menahan goresan, yang dapat menurunkan kemampuan soldernya. Selain itu, umur simpannya lebih pendek daripada ENIG atau HASL.

Penggunaan umum untuk OSP meliputi:

• Perangkat nada yang bagus: Penyelesaian ini paling baik diterapkan pada perangkat dengan nada halus karena tidak adanya bantalan co-planar atau permukaan yang tidak rata.
• Papan server: Penggunaan OSP berkisar dari aplikasi kelas bawah hingga papan server frekuensi tinggi. Variasi luas dalam kegunaan membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi. Ini juga sering digunakan untuk finishing selektif.
• Teknologi pemasangan permukaan (SMT): OSP bekerja dengan baik untuk perakitan SMT, ketika Anda perlu memasang komponen langsung ke permukaan PCB.

3. ENIG

Meskipun harga finishing permukaan ENIG lebih tinggi, ia memiliki tingkat keberhasilan yang tinggi untuk menghasilkan produk berkualitas tinggi. Ini tahan di bawah beberapa siklus termal, menunjukkan kemampuan penyolderan yang hebat dan merupakan pilihan yang cocok untuk kawat Seperti namanya, ini terdiri dari dua lapisan pelapis — nikel dan emas. Nikel melindungi lapisan tembaga dasar dan memungkinkan pemasangan komponen listrik dengan aman, sedangkan emas berfungsi sebagai tindakan anti-korosi untuk nikel.

ENIG dapat digunakan dalam situasi di mana toleransi yang ketat diperlukan untuk elemen PCB seperti lubang berlapis, karena HASL tidak seefektif ini. Seperti OSP, ENIG menawarkan kerataan yang sangat baik dan ideal untuk nada halus perangkat.

Pengaplikasian pelapisan ENIG membutuhkan nikel yang didepositkan ke permukaan tembaga yang dikatalisis dengan paladium. Tahap pencelupan emas menyebabkan emas melekat pada nikel melalui pertukaran molekul. ENIG mirip dengan OSP dalam penyertaan mikro-etsa dan pembilasan di antara setiap tahap — prosesnya mencakup langkah-langkah berikut:

1. Membersihkan.
2. Etsa mikro.
3. Pra-pencelupan.
4. Menerapkan aktivator.
5. Pasca-pencelupan.
6. Menerapkan nikel tanpa listrik.
7. Menerapkan emas imersi.

Aplikasi standar untuk pelapisan permukaan ENIG meliputi:

• Komponen permukaan kompleks: Karena permukaannya yang rata, jenis lapisan akhir ini merupakan pilihan yang lebih disukai untuk komponen PCB kompleks yang membutuhkan permukaan halus, seperti susunan kotak bola (BGA) atau paket datar segi empat (QFP).
• Ikatan kawat: Lapisan ENIG memungkinkan ikatan kawat minimal untuk kabel aluminium, meskipun tidak kompatibel dengan emas.
• Aplikasi dengan keandalan tinggi: Anda akan sering menemukan pelapis permukaan ENIG yang digunakan untuk PCB di industri seperti dirgantara, militer, medis, dan konsumen kelas atas. Kualitasnya membuatnya cocok untuk aplikasi di mana presisi dan daya tahan sangat penting.

Hubungi Millennium Circuits Limited untuk Informasi Lebih Lanjut tentang Permukaan Permukaan PCB

Dengan begitu banyak pilihan permukaan akhir, sulit untuk menentukan mana yang terbaik untuk aplikasi yang Anda inginkan. Untungnya, Millennium Circuits Unlimited dapat membantu Anda selama proses berlangsung.

MCL adalah pemasok papan sirkuit tercetak yang mengirimkan PCB dalam jumlah kecil dan volume tinggi kepada konsumen di seluruh dunia. Sebagai perusahaan PCB bersertifikat ISO-9001, kami memiliki keahlian bertahun-tahun di sirkuit cetak papan dan semua seluk-beluknya. Karena hanya kami yang mengerjakan PCB dan aksesori PCB, kami memiliki pengetahuan untuk membantu Anda dengan pertanyaan atau masalah apa pun yang mungkin Anda miliki terkait bentuk teknologi ini.

Jika Anda ingin mempelajari informasi lebih lanjut tentang permukaan akhir PCB dan menjelajahi pilihan yang tersedia, hubungi kami hari ini dengan mengisi formulir kami atau hubungi kami di 717-558-5975.