Panduan Lengkap Finishing Permukaan PCB: Cara Memilih Opsi Terbaik

1. Apa Itu Finishing Permukaan PCB?

Salah satu aspek paling kritis dari Papan Sirkuit Cetak (PCB) adalah finishing permukaan. Finishing yang diterapkan pada PCB menentukan keefektifan serta umur pakainya. Namun dengan cukup banyak opsi yang tersedia, bagaimana Anda memilih yang ideal? Baca selengkapnya untuk mengetahuinya.

Finishing permukaan PCB adalah lapisan antara papan sirkuit cetak polos dan komponen. PCB memiliki finishing tembaga yang rentan terhadap oksidasi dan kerusakan jika dibiarkan tanpa perlindungan. Untuk tujuan ini, menjadi perlu untuk menerapkan finishing untuk dua tujuan krusial:

• Untuk melindungi permukaan tembaga dan rangkaian

• Untuk menyiapkan permukaan untuk pelapis komponen terkait selama montase

Sekarang mari kita lihat perlakuan permukaan spesifik dan perbedaan di antaranya.

2. 7 Jenis Finishing Permukaan PCB & Perbandingan

Ada tujuh jenis finishing permukaan PCB, dan masing-masing datang dengan keuntungan dan kekurangannya:

• Hot Air Solder Leveling (HASL)

HASL adalah finishing permukaan yang paling umum. Ini juga yang paling terjangkau. Proses aplikasi melibatkan merendam PCB dalam larutan solder cair lalu meniup sisanya menggunakan pisau angin panas. Resolusi solder cair terbuat dari paduan timbal dan timah.

Keuntungan

Keuntungan terbesar dari finishing permukaan HASL adalah hemat biaya. Keuntungan lainnya termasuk:

• Memungkinkan jendela pemrosesan yang lebih besar
• Diterapkan pada berbagai macam PCB
• Memberikan solderabilitas yang luar biasa

Kekurangan

Seperti yang disebutkan, finishing permukaan ini melibatkan merendam papan dalam larutan solder cair yang terdiri dari timbal dan timah. Ini membuatnya tidak cocok untuk panel yang menuntut kepatuhan RoHS. Kekurangan ini terkait dengan kekurangan lainnya yang meliputi:

• Ada perbedaan ketebalan antara landasan besar dan kecil
• Tidak cocok untuk produk HDI
• Menyebabkan jembatan pada jarak halus
• Tidak cocok untuk BGA dan SMD yang berukuran kurang dari 20mil
• HASL Bebas Timbal

HASL Bebas Timbal adalah finishing permukaan paling populer yang digunakan pada PCB saat ini. Ini diterapkan dengan merendam PCB dalam paduan timbal cair, atau paduan timbal timah atau paduan timbal timah atau paduan timah, yang memastikan seluruh permukaan tertutup. Kemudian pisau angin digunakan untuk meniup sisa untuk lapisan yang merata.

Keuntungan

Salah satu keuntungan terbesar dari HASL bebas timbal adalah bahwa ia mengekspos masalah delaminasi dengan mengekspos PCB pada suhu sekitar 265 derajat C. Keuntungan lainnya meliputi:

• Tersedia secara luas
• Ramah lingkungan
• Memastikan daya tahan
• Dapat diperbaiki kembali
• Hemat biaya

Kekurangan

• Mungkin menyebabkan stres termal
• Mungkin menghasilkan permukaan tidak rata
• Tidak ideal untuk jarak halus
• Mungkin menyambung solder
• Mengurangi PTH (lubang yang diisi)
• Pencelupan Timah (ISN)

Pencelupan Timah adalah finishing permukaan ideal untuk produk jarak halus, datar, backplane, dan press fit. ISN diterapkan dengan memulai reaksi perpindahan kimia dengan permukaan tembaga PCB.

Keuntungan Finishing Permukaan PCB

Pencelupan timah datang dengan berbagai keuntungan yang jauh melebihi kekurangannya. Mereka meliputi:

Menciptakan permukaan yang merata, tidak seperti HASL bebas timbalDapat diperbaiki kembaliDapat diganti dengan solder yang direflowSangat andalIdeal untuk berbagai macam PCB

Kekurangan

Timah dan tembaga memiliki kemiripan yang kuat satu sama lain. Ini berarti difusi salah satu logam ini ke logam lainnya tidak dapat dihindari. Hasilnya adalah umur simpan yang lebih pendek dibandingkan dengan sebagian besar finishing permukaan PCB lainnya. Ini juga mungkin membatasi kinerja PCB. Ini adalah kekurangan terbesarnya. Kekurangan lainnya meliputi:

• Tidak ideal untuk PTH
• Dapat diperbaiki kembali, tetapi dalam batas yang terbatas karena umur simpan yang pendek
• Mengakibatkan bulu timah
• Dapat merusak masker pelapis
• Sulit ditangani dan dapat menghasilkan berbagai macam kerusakan
• Mungkin tidak sehat bagi penangan karena mengandung karsinogen yang dikenal sebagai Thoreau

Biaya Pencelupan Timah

• Pencelupan Perak (IAG)

Pencelupan Perak telah sangat populer sejak perintah WEEE dan RoHS diterbitkan. Ini dianggap sebagai alternatif yang luar biasa untuk ENIG untuk beberapa alasan, di antaranya utama adalah ideal untuk jarak halus. Pencelupan perak terutama digunakan untuk pengikatan kawat aluminium, switch membran, dan pelindung EMI.

Keuntungan

Salah satu keuntungan utama dari pencelupan perak adalah bahwa ia mengandung OSP, yang mencegah penempaan. Namun, ini juga membuatnya perlu untuk PCB dikemas segera setelah aplikasi karena OSP sensitif terhadap kontaminan pada papan keuntungan dari pencelupan perak meliputi:
Kepatuhan dengan perintah dan persyaratan RoHS

• Cocok untuk jarak halus
• Umur simpan yang sedang sekitar 12 bulan
• Sangat stabil dibandingkan dengan finishing permukaan lainnya
• Ideal untuk permukaan datar
• Hemat biaya dan efisien biaya

Kekurangan Finishing Permukaan PCB

Seperti yang disebutkan sebelumnya, kehadiran OSP membuat pencelupan perak rentan terhadap penempaan, yang merupakan kekurangan terbesarnya. Kekurangan lainnya meliputi:

• Mungkin menghasilkan bulu perak
• Tidak cocok untuk interaksi pin kepatuhan karena memiliki koefisien pecahan tinggi
• Beberapa sistemnya tidak dapat memasuki mikro via dengan rasio aspek 1:1
• Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG)

Electroless Nickel Immersion dengan cepat menjadi populer dalam industri PCB karena mengatasi banyak kekurangan signifikan yang terkait dengan finishing permukaan lainnya. ENIG memiliki proses aplikasi dua bagian. Pertama, lapisan nikil diterapkan untuk berfungsi sebagai penghalang tembaga dan permukaan yang sesuai tempat komponen dapat dipelapis. Lapisan emas lainnya kemudian digunakan untuk melindungi lapisan nikil selama waktu papan disimpan.

Keuntungan Finishing Permukaan PCB

Keuntungan terbesar dari ENIG adalah bahwa ia ideal untuk generasi baru dan mendatang dari komponen permukaan kompleks, termasuk flip chip dan BGA; finishing permukaan lainnya memiliki kekurangan yang membatasi aplikasi mereka pada papan baru ini. Keuntungan lainnya meliputi:

• Ideal untuk permukaan datar karena lapisan nikil dan emas yang tipis dan merata
• Tidak mengandung timbal
• Ideal untuk PTH
• Mempunyai umur simpan yang panjang

Kekurangan

Meskipun ENIG mempunyai umur simpan panjang, ia juga terkait dengan "syndrom pad hitam," masalah umum yang menyebabkan penumpukan fosfor antara lapisan nikil dan emas, sehingga mengakibatkan retak serta koneksi papan yang cacat. Kekurangan utama lainnya adalah bahwa ia tidak ideal untuk perbaikan kembali.

• Nikel Palladium (ENEPIG)

Finishing permukaan PCB Nikel Palladium (ENEPIG) adalah peningkatan dari ENIG. Dalam ENIG, immersi emas telah terbukti merusak lapisan nikil. ENEPIG memperkenalkan lapisan pelapisan palladium antara lapisan emas dan nikil.

Keuntungan

ENEPIG disebut sebagai 'finishing universal' karena berlaku untuk banyak papan modern yang sangat canggih dengan banyak paket permukaan. Ini datang dengan berbagai keuntungan yang meliputi:

• Membuat permukaan yang datar.
• Mudah diproses
• Tidak memiliki efek toksik pada kulit.
• Tidak mengandung timbal.
• Ideal untuk beberapa siklus reflow
• Sangat kompatibel dengan solder Sn-Ag-Cu.
• Mempunyai umur simpan yang panjang.

Kekurangan

• Sering menghasilkan kemunculan pad hitam
• Mengurangi keandalan ikatan solder
• Lapisan palladium terlalu tebal untuk mendukung kinerja solderabilitas
• Lebih lama basah dibandingkan finishing permukaan lainnya
• Terpengaruh oleh kondisi pelapisan
• Mahal dibandingkan dengan sebagian besar finishing permukaan lainnya
  OSP (Organic Solderability Preservative)

OSP adalah finishing permukaan organik berbasis air. Ini selektif dalam ikatannya dengan tembaga, dan juga membuat PCB dapat dipelapis.

Keuntungan Finishing Permukaan PCB

Finishing permukaan OSP terkenal karena ramah lingkungan karena organik dan berbasis air. Ini juga membuatnya mudah diterapkan, dan prosesnya relatif singkat dan sederhana dibandingkan dengan finishing permukaan lainnya. Keuntungannya meliputi:

• Menghasilkan permukaan yang merata dan coplanar
• Perlengkapan perawatan rendah
• Tidak mengandung timbal
• Dapat diperbaiki

Kekurangan

OSP organik dan berbasis air, membuatnya cukup sensitif terhadap kerusakan saat ditangani. Ini terkait dengan beberapa kekurangan lainnya:

• Mempunyai umur simpan pendek

• Buruk untuk PTH

3. Cara Memilih Finishing Permukaan PCB

Perbedaan dalam berbagai jenis finishing permukaan PCB ini membuatnya cocok dan tidak cocok untuk penggunaan tertentu. Untuk tujuan ini, siapa pun yang ingin menerapkan finishing permukaan ideal harus mempertimbangkan beberapa faktor:

• Dataran Landasan Finishing Permukaan PCB

Seperti yang disebutkan beberapa kali, beberapa finishing permukaan menghasilkan permukaan yang tidak rata yang dapat menghambat kinerja, solderabilitas, dan faktor lainnya. Jika dataran adalah faktor penting, pertimbangkan finishing permukaan yang memiliki lapisan tipis dan merata. Opsi yang cocok, dalam hal ini, termasuk ENIG, ENEPIG, dan OSP.

• Solderabilitas dan Basabilitas

Solderabilitas selalu menjadi faktor krusial saat bekerja dengan PCB. Beberapa finishing permukaan tertentu seperti OSP dan ENEPIG telah terbukti menghambat solderabilitas, sementara yang lain seperti HASL ideal untuk itu.

• Pengikatan Kawat Emas atau Aluminium

Jika PCB Anda memerlukan pengikatan kawat emas atau aluminium, opsi Anda mungkin terbatas pada ENIG dan ENEPIG.

• Kondisi Penyimpanan

Seperti yang disebutkan, beberapa finishing permukaan seperti OSP membuat PCB rapuh saat ditangani sementara yang lain meningkatkan daya tahan. Ini harus dipertimbangkan sebelumnya saat mempertimbangkan persyaratan penyimpanan dan penanganan. Hanya ketika persyaratan penyimpanan dan penanganan yang bebas risiko dapat terpenuhi, finishing permukaan yang membuat PCB rapuh harus diterapkan.

• Siklus Pelapis

Berapa kali PCB akan dipelapis dan diperbaiki kembali? Seperti yang ditunjukkan, banyak finishing permukaan ideal untuk perbaikan kembali. Namun, yang lain seperti pencelupan timah, tidak ideal untuk perbaikan kembali.

• Kepatuhan RoHS Finishing Permukaan PCB

Kepatuhan RoHS krusial saat menentukan finishing permukaan yang akan digunakan. Biasanya, semua finishing permukaan yang menggunakan timbal tidak cocok untuk kepatuhan RoHS dan harus dihindari.

4. Kesimpulan

Seperti yang diuraikan, setiap jenis finishing permukaan memiliki elemen unik yang membedakannya dari yang lain. Elemen-elemen ini membuat finishing ini baik cocok maupun tidak cocok untuk aplikasi tertentu, dan opsi ideal pada akhirnya tergantung pada komposisi PCB.

Di WellPCB, kami memiliki pengalaman luas dengan papan PCB dan finishing permukaan. Hubungi kami untuk mengetahui lebih banyak tentang berbagai jenis permukaan PCB dan lebih banyak lagi! Kami akan senang membantu Anda mencari finishing permukaan yang ideal untuk PCB Anda.