Memilih Finishing Permukaan PCB Tepat: HASL, OSP, dan ENIG Dijelaskan

Saat membuat finishing permukaan untuk papan sirkuit cetak (PCB), Anda dapat memilih antara bahan organik atau logam. Mengetahui jenis finishing permukaan yang ada cukup sederhana, tetapi bagaimana Anda menentukan yang terbaik untuk PCB Anda? Mereka memiliki persamaan, tetapi masing-masing datang dengan manfaat, kekurangan, 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

Finishing yang Anda pilih untuk PCB Anda akan memiliki dampak signifikan pada kualitas dan kegunaannya dalam induk bagian. Finishing mencegah lapisan tembaga PCB dari oksidasi, yang sebaliknya akan mengurangi solderability. Menerapkan finishing melindungi papan dari oksidasi sebelum komponen ditambahkan, memastikan bahwa Anda dapat solder elemen tambahan sesuai kebutuhan. Karena koneksi listrik PCB bergantung pada konduktivitas tembaga yang memadai, penting untuk mencegah oksidasi dan menempelkan komponen sesuai kebutuhan.

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

1. Solderability

Menghindari masalah soldering penting untuk membuat PCB yang akan beroperasi sesuai keinginan. Permukaan halus diperlukan untuk memastikan koneksi yang berfungsi dengan baik dalam lingkungannya. Pertimbangkan apakah finishing permukaan dapat solder langsung ke tembaga, seperti dalam kasus immersion tin, atau apakah itu teknik berlapis, seperti ENIG.

Wire bonding yang baik juga krusial, mengingat logam yang berbeda memerlukan teknik manufaktur unik dan berperilaku berbeda bahkan di lingkungan yang sama. Kabel dapat terdiri dari bahan seperti aluminium, emas, dan tembaga, dengan setiap jenis finishing permukaan yang kompatibel atau tidak kompatibel dengan elemen-elemen ini.

2. Waktu Proses

Jendela proses untuk finishing tertentu dapat besar atau kecil — finishing seperti HASL memiliki jendela proses yang lebih besar.

Berapa waktu yang dibutuhkan proses tergantung pada kompleksitas rangkaian. Beberapa finishing permukaan, seperti OSP, memiliki siklus termal terbatas dan tidak dapat menahan banyak proses soldering. Setelah beberapa siklus, ia akan hilang, dan PCB akan kehilangan perlindungannya terhadap oksidasi. Namun, finishing permukaan OSP untuk PCB dapat dirework selama fabrikasi. Hal yang sama berlaku untuk immersion silver.

ENIG adalah proses finishing yang lebih kompleks dan membutuhkan waktu lebih lama untuk diselesaikan, yang mungkin membuatnya lebih baik digunakan untuk baris produksi PCB yang tidak perlu menghasilkan sejumlah besar PCB dalam waktu singkat.

3. Keandalan

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

IPC menawarkan seperangkat standar di bawah TM-650 Test Methods Manual yang memberikan detail berbagai cara untuk menguji PCB untuk keandalan dan kualitas. Ini mencakup teknik seperti verifikasi dimensi, resistensi kimiawi, ductility tembaga, dan jumlah sinyal hilang. Satu uji menggunakan kimia seperti sulfuric acid dan isopropanol untuk menentukan efek zat-zat ini pada bahan dielektrik PCB.

4. Korosi

Beberapa jenis finishing permukaan, seperti perak, dapat lebih rentan terhadap creep corrosion daripada yang lain. Jenis korosi ini dapat terjadi dengan hampir semua jenis finishing yang Anda gunakan, tetapi paling umum dengan immersion silver. Saat korosi elemen logam menyebar di sepanjang permukaan PCB, ia dapat menyebabkan short circuit karena berinteraksi dengan fitur tetangga di papan. Masalah ini semakin umum seiring meningkatnya penggunaan finishing bebas timbal, karena timbal sangat efektif dalam memberikan resistensi terhadap korosi.

Creep corrosion juga lebih umum di lingkungan yang lembap dan kaya sulfur. Pertimbangkan jenis pengaturan yang akan dihadapi PCB Anda sebelum memutuskan satu finishing permukaan. Lingkungan dapat memainkan peran besar dalam menentukan siklus hidup produk Anda.

Finishing lain seperti immersion tin cenderung mengembangkan whiskers, meskipun anti-migration agents dapat mengurangi masalah ini.

Faktor yang Mempengaruhi Finishing Permukaan PCB yang Anda Gunakan

Sejumlah faktor akan memengaruhi jenis finishing PCB yang Anda pilih. Penting untuk mempertimbangkan semua faktor ini sebagai satu kesatuan. Meskipun mereka semua memiliki bobot dalam proses, PCB akhir Anda mungkin tidak akan berjalan sesuai keinginan jika Anda mengutamakan satu karakteristik sangat di atas yang lain. Sebagai contoh, Anda mungkin memilih lead-free HASL karena hemat biaya tetapi kemudian menyadari bahwa co-planaritinya kalah dibandingkan proses finishing lainnya.

Berikut adalah beberapa komponen krusial yang perlu diingat saat menyelidiki berbagai finishing permukaan PCB.

1. Biaya

Berapa banyak yang Anda keluarkan untuk finishing permukaan ditentukan oleh jenis yang Anda pilih. Kualitas finishing juga mempengaruhi biaya. Finishing HASL lebih terjangkau daripada jenis ENIG, tetapi mereka mungkin tidak memenuhi standar kualitas yang Anda harapkan.

Harga pembuatan papan itu sendiri juga akan penting. Setelah fabrikasi awal, apakah masih ada ruang dalam anggaran Anda untuk memilih metode finishing yang lebih maju seperti ENIG? PCB untuk industri seperti elektronik konsumen secara pasti lebih murah untuk diproduksi, yang dapat memungkinkan Anda menggunakan finishing yang lebih mahal untuk hasil berkualitas lebih tinggi.

2. Volume

Volume produksi dapat secara signifikan memengaruhi jenis finishing permukaan yang Anda gunakan. Sebagai contoh, finishing yang terdiri dari immersion tin akan mulai berkarat segera setelah disetorkan pada PCB tembaga. Namun, menggunakan volume PCB yang tinggi dapat membantu Anda menghindari karat. Jika Anda memiliki batch kecil, mungkin lebih baik untuk memilih finishing seperti immersion silver.

3. Kosmetik

Proses seperti HASL dan OSP cenderung menawarkan nilai estetika yang lebih baik daripada ENIG, yang merupakan komponen lain yang dapat mempengaruhi jenis yang Anda pilih. Apakah Anda memerlukan permukaan bersinar yang kurang rentan terhadap creep corrosion, whiskers, dan masalah serupa? Anda mungkin ingin menghindari bahan seperti perak dan tim dan memilih opsi lain yang kurang mungkin menyebabkan korosi signifikan.

Jenis Finishing Permukaan PCB

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

1. HASL dan Lead-Free HASL

Finishing permukaan HASL menawarkan solderability berkualitas tinggi dan mengakomodasi banyak siklus termal sambil juga menjadi salah satu opsi yang lebih terjangkau. Ia pernah berfungsi sebagai standar industri, meskipun standar di bawah Restriction of Hazardous Substances (RoHS) telah menyebabkan HASL jatuh dari kepatuhan. Akibatnya, lead-free HASL telah menjadi opsi yang lebih dapat diterima dalam hal dampak lingkungan dan kesehatannya. Meskipun HASL memiliki sejarah industri yang panjang dan terkenal di kalangan insinyur, lead-free HASL lebih aman untuk digunakan dan lebih sesuai dengan kebutuhan direktif seperti RoHS.

Finishing HASL dibuat dengan merendam papan ke dalam solder tim dan seng atau tim dan nikel dan menahannya di sana untuk beberapa waktu. Setelah PCB diangkat, putusan udara panas yang disebut air knives menghilangkan finishing berlebih. Finishing HASL memungkinkan jendela proses yang besar, tetapi berbagai faktor dapat mempengaruhi keratannya dan oleh karena itu solderability-nya. Sudut air knives, tekanan udara, dan kecepatan masuk dan keluar papan PCB dari solder semua mempengaruhi kualitas finishing.

Anda akan menemukan finishing permukaan HAL dan lead-free HASL yang digunakan untuk aplikasi seperti:

• Pengujian listrik: Finishing HASL memberikan perlindungan otomatis untuk test pads dan vias selama pengujian listrik papan sirkuit.
• Pengerjaan tangan: Finishing HASL adalah opsi yang sesuai untuk proses pengerjaan tangan, karena joint mudah dibentuk.
• Elektronik performa tinggi: HASL seringkali adalah pilihan yang bagus untuk aplikasi performa tinggi dan keandalan tinggi, seperti perangkat penerbangan luar angkasa dan militer, karena kemampuannya untuk membentuk joint yang kuat.

2. OSP

Finishing permukaan OSP adalah contoh finishing PCB organik. Tidak ada toksin yang terlibat dalam proses, membuatnya ramah lingkungan sambil tetap mempertahankan properti pelindung dan anti-korosi. Karena tidak ada bahan kimia berbahaya, papan OSP juga mematuhi RoHS. Finishing berbasis air ini menyediakan permukaan datar untuk menempelkan komponen PCB tambahan, dan seperti proses HASL, ia hemat biaya.

OSP dapat digunakan sebagai pengganti yang efektif untuk lead-free HASL karena co-planaritinya. Saat Anda membutuhkan finishing permukaan PCB yang akan memberikan datar yang cukup sambil menawarkan proses manufaktur yang sederhana, OSP可以说 adalah pilihan terbaik.

Menerapkan finishing permukaan OSP pada PCB biasanya melibatkan metode kimia berbasis conveyor atau tang celup vertikal. Prosesnya umumnya terlihat seperti ini, dengan perebusan di antara setiap langkah:

1. Pembersihan: Permukaan tembaga PCB dibersihkan dari minyak, sidik jari, dan kontaminan lain yang dapat mempengaruhi datarnya finishing yang diterapkan.
2. Peningkatan topografi: Permukaan tembaga yang terbuka mengalami mikro-grinding untuk meningkatkan ikatan antara papan dan OSP. Proses ini juga mengurangi oksidasi. Untuk mencapai ketebalan film yang memadai, mikro-grinding harus dipertahankan pada kecepatan yang konsisten.
3. Perebusan asam: PCB mengalami perebusan asam dalam larutan asam sulfat.
4. Penerapan OSP: Pada titik ini dalam proses, larutan OSP diterapkan pada PCB.
5. Perebusan deionisasi: Larutan OSP diinfus dengan ion untuk memungkinkan eliminasi yang mudah selama soldering. Perebusan ini harus digunakan sebelum preservatif terpumpah untuk menghindari karat dari kehadiran ion lain dalam larutan OSP.
6. Pengeringan: Setelah finishing OSP diterapkan, PCB harus dikeringkan.

OSP menawarkan proses yang sederhana dan terjangkau, tetapi juga penting untuk diingat bahwa ia sangat sensitif terhadap penanganan dan dapat dengan mudah mempertahankan goresan, yang dapat menurunkan solderability-nya. Selain itu, usia simpan OSP lebih pendek dibandingkan ENIG atau HASL.

Penggunaan umum untuk OSP meliputi:

• Perangkat pitch halus: Finishing ini paling baik diterapkan pada perangkat pitch halus karena kurangnya pad co-planar atau permukaan yang tidak rata.
• Papan server: Penggunaan OSP berkisar dari aplikasi rendah hingga papan server frekuensi tinggi. Variasi luas ini dalam kegunaan membuatnya cocok untuk banyak aplikasi. Ia juga sering digunakan untuk finishing selektif.
• Teknologi pemasangan permukaan (SMT): OSP bekerja baik untuk rangkaian SMT, saat Anda perlu melekatkan komponen secara langsung pada permukaan PCB.

3. ENIG

Meskipun harga finishing permukaan ENIG lebih mahal, ia memiliki tingkat keberhasilan tinggi untuk menghasilkan produk berkualitas. Ia bertahan di bawah banyak siklus termal, menunjukkan solderability yang bagus dan adalah opsi yang sesuai untuk wire bonding. Seperti yang namanya sugerekan, ia terdiri dari dua lapisan coating — nikel dan emas. Nikel melindungi lapisan tembaga dasar dan memungkinkan pemasangan yang aman komponen listrik, sementara emas berfungsi sebagai langkah anti-korosi untuk nikel.

ENIG dapat digunakan dalam situasi di mana toleransi ketat diperlukan untuk elemen PCB seperti lubang plated, sebab HASL tidak seefektif untuk ini. Seperti OSP, ia menawarkan datar yang sangat baik dan ideal untuk perangkat pitch halus.

Menerapkan coating ENIG memerlukan nikel untuk disetorkan pada permukaan tembaga yang dikatalis dengan paladium. Tahap immersion gold menyebabkan emas untuk menempel pada nikel melalui pertukaran molekuler. ENIG mirip dengan OSP dalam pengertian mikro-grinding dan perebusan di antara setiap tahap — proses ini mencakup langkah-langkah berikut:

1. Pembersihan.
2. Mikro-grinding.
3. Pre-dipping.
4. Menerapkan aktivator.
5. Post-dipping.
6. Menerapkan nikel electroless.
7. Menerapkan immersion gold.

Aplikasi standar untuk finishing permukaan ENIG meliputi:

• Kompleks komponen permukaan: Karena permukaannya datar, jenis finishing ini adalah pilihan yang lebih disukai untuk komponen PCB kompleks yang memerlukan permukaan halus, seperti ball grid arrays (BGAs) atau quad flat packages (QFPs).
• Wire bonding: Finishing ENIG memungkinkan wire bonding minimal untuk kabel aluminium, meskipun tidak kompatibel dengan emas.
• Aplikasi keandalan tinggi: Anda sering akan menemukan finishing permukaan ENIG digunakan untuk PCB di industri seperti penerbangan luar angkasa, militer, medis, dan konsumen high-end. Kualitasnya membuatnya cocok untuk aplikasi di mana presisi dan ketahanan sangat penting.

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

Dengan begitu banyak finishing permukaan untuk dipilih, bisa mengganggu untuk menentukan yang terbaik untuk aplikasi yang Anda inginkan. Untungnya, Millennium Circuits Unlimited dapat membantu Anda selama proses ini.

MCL adalah suplier papan sirkuit cetak yang menyediakan PCB batch kecil dan volume tinggi kepada konsumen di seluruh dunia. Sebuah perusahaan PCB bersertifikat ISO-9001, kami memiliki keahlian bertahun-tahun pada papan sirkuit cetak dan semua kerumitannya. Karena PCB dan aksesori PCB adalah semua yang kami lakukan, kami memiliki pengetahuan untuk membantu Anda dengan pertanyaan atau kekhawatiran apa pun yang mungkin Anda miliki terkait bentuk teknologi ini.

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