طبقه بندی سطح PCB: انواع، ویژگی ها و کاربردها

پوشش سطح PCB قهرمانان ناشناخته تولیدات الکترونیک هستند، که شکاف بین ردپای مس و جوانه های جوش دهنده را برطرف می کنند.این پوشش های محافظ باعث می شود که اتصالات الکتریکی قابل اطمینان باشد، مقاومت در برابر خوردگی و افزایش عمر شیلف برای همه چیز از گوشی های هوشمند تا سیستم های هوافضا حیاتی است.انتخاب پایان مناسب بستگی به نیازهای برنامه دارداین راهنما رایج ترین پوشش های سطح PCB را طبقه بندی می کند، ویژگی های آنها را مقایسه می کند،و به شما کمک می کند بهترین گزینه را برای پروژه خود انتخاب کنید.

نکته های کلیدی
1پایان سطح PCB از ردپای مس را از اکسیداسیون محافظت می کند، اطمینان از قابلیت جوش در طول مونتاژ و قابلیت اطمینان طولانی مدت.
2.ENIG (طلای غوطه ور شدن نیکل بدون برق) بهترین ترکیب قابلیت جوش، عمر و عملکرد فرکانس بالا را ارائه می دهد که برای کاربردهای پزشکی و هوافضا ایده آل است.
3.HASL (تعدیل جوش هوا گرم) همچنان برای کالاهای الکترونیکی مصرفی حجم بالا مقرون به صرفه است اما با اجزای ظریف مبارزه می کند.
4قلع و نقره غوطه ور در طرح های بدون سرب و با تراکم بالا برجسته هستند، در حالی که OSP (سازنده سولدرایی ارگانیک) برای پروژه های کم هزینه و کوتاه مدت ترجیح داده می شود.
5"انتخاب بستگی به عواملی مانند اندازه پیچ (≤0.4mm نیاز به ENIG / قلع) ، عمر (ENIG > 1 سال طول می کشد) و استرس های محیطی (خودروی نیاز به مقاومت در برابر دمای بالا) دارد".

پوشش سطح PCB چیست؟
پوشش های سطحی PCB پوشش های نازکی هستند که پس از حکاکی بر روی ردپای مس و پد های آشکار اعمال می شوند. نقش اصلی آنها عبارت است از:
جلوگیری از اکسیداسیون: مس برهنه با هوا واکنش نشان می دهد و در عرض چند ساعت یک لایه اکسید غیر قابل جوش ایجاد می کند.
افزایش قابلیت جوش: یک سطح پایدار برای جوش برای خیس شدن و تشکیل مفاصل قوی در طول جوش مجدد یا موج فراهم می کند.
در حین دست زدن محافظت کنید: در حین مونتاژ و ذخیره سازی در برابر خراش ها، رطوبت و مواد شیمیایی مقاومت کنید.
بدون پایان، PCB ها در عرض چند روز قابل جمع آوری نمی شوند و حتی اکسیداسیون جزئی می تواند باعث شکست مفاصل جوش در استفاده در زمینه شود.

طبقه بندی پوشش های سطح PCB
فرش های سطحی با توجه به مواد و فرآیندهای استفاده از آنها طبقه بندی می شوند. در زیر رایج ترین انواع و ویژگی ها، مزایا و معایب آنها آورده شده است.

1HASL (تعادل جوش هوا گرم)
HASL یکی از قدیمی ترین و به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد، به ویژه در تولید حجم بالا.
غوطه ور کردن PCB در جوش (بدون سرب یا قلع)
بستن هوا گرم در سطح برای حذف جوش اضافی، ترک یک پوشش صاف (اما کمی نابرابر).
ویژگی ها:
ترکیب: 99.3٪ قلع، 0.7٪ مس (بدون سرب) یا 63٪ قلع/37٪ سرب (معمولی، در حال حاضر نادر).
قابلیت جوش: عالی برای قطعات SMT سوراخ و بزرگ؛ جوش به راحتی خیس می شود.
مدت عمر: 6-9 ماه (اکسیداسیون به آرامی قابلیت جوش را کاهش می دهد).
هزینه: پایین ترین میان پایان (1x پایه).
مزایا:
اقتصادی برای تولید حجم بالا (100،000 واحد)
قابل تحمل چند چرخه بازپرداخت (35x).
معایب:
سطح نابرابر (± 10μm) خطر عبور از جوش در اجزای باریک (< 0.8mm pitch) را دارد.
نسخه های بدون سرب دارای نقطه ذوب بالاتر هستند و به پروفایل های گرم تر نیاز دارند.
بهترین برای: الکترونیک مصرفی (تلویزیون ها، روترها) ، PCB های ارزان قیمت با اجزای بزرگ.

2. ENIG (طلای غوطه ور شدن نیکل بدون برق)
ENIG یک پوشش دو لایه ای است: یک مانع نیکل (36μm) که با یک لایه نازک طلا (0.05μm 0.2μm) پوشانده شده است. این فرآیند از رسوب شیمیایی (بدون برق) استفاده می کند و پوشش یکنواخت را حتی بر روی پد های کوچک تضمین می کند.
ویژگی ها:
ترکیب: نیکل فسفر (6% فسفر) + طلا خالص
قابلیت جوش: عالی؛ نیکل پیوند قوی با جوش ایجاد می کند، در حالی که طلا از اکسید شدن جلوگیری می کند.
زمان نگهداری: > 1 سال (طلای به طور نامحدود در برابر اکسید مقاومت می کند).
هزینه: 1.5x2 برابر بالاتر از HASL.
مزایا:
سطح مسطح (± 2μm) برای اجزای باریک (≤ 0.4mm BGA، QFN) ایده آل است.
عملکرد فرکانس بالا (از دست دادن سیگنال پایین تا 40GHz) به دلیل رسانایی طلا.
مقاومت در برابر خوردگی و دمای شدید (-40°C تا 125°C).
معایب:
خطر “black pad” (تخلیه نیکل زیر طلا) اگر پارامترهای پوشش غیرفعال باشند.
طلا گران است؛ لایه های ضخیم (> 0.2μm) باعث شکنندگی جوش می شوند.
بهترین برای: دستگاه های پزشکی، هوافضا، تجهیزات 5G و PCB با اجزای باریک.

3. آبپاشي
قلع غوطه ور شدن یک لایه قلع خالص (0.8 2.5μm) را از طریق واکنش شیمیایی قرار می دهد و یک سطح قابل جوش بدون برق را تشکیل می دهد.
ویژگی ها:
ترکیب: 99.9 درصد قلع
قابلیت جوش دادن: بسیار خوب؛ مفاصل جوش قوی و انعطاف پذیر را تشکیل می دهد.
زمان نگهداری: 12 ماه با نگهداری مناسب (کیسه های خشک و بسته شده).
هزینه: 1.2x1.5x HASL.
مزایا:
سطح مسطح (± 3μm) مناسب برای طرح های باریک (0.5mm pitch) و چگالی بالا.
بدون سرب و سازگار با RoHS
با هر دو پمپ بدون سرب و پمپ سنتی سازگار است.
معایب:
در محیط های مرطوب، حساس به "شوار قلع" (فیلامنت های رسانا کوچک) ، که خطر قطع کوتاه را دارد.
نیاز به دستکاری دقیق دارد؛ قلع به راحتی خراش می گیرد.
بهترین برای: الکترونیک خودرو (فروشگاه های جلو LED) ، سنسورهای صنعتی و PCB با اجزای متوسط باریک.

4. OSP (محافظ سولدر شدن ارگانیک)
OSP یک پوشش ارگانیک نازک (0.1 0.5μm) است که از طریق غوطه ور شدن اعمال می شود و یک لایه محافظ تشکیل می دهد که در طول جوش حل می شود و مس تازه را نشان می دهد.
ویژگی ها:
ترکیب: مواد ارگانیک مبتنی بر آزول (مشتقات بنزوتریازول)
قابلیت جوش: برای چرخه های 1 ٪ 2 جریان مجدد خوب است؛ در طول جوش صاف حل می شود.
مدت زمان نگهداری: 3-6 ماه (تخفیف رطوبت > 60٪).
هزینه: 0.8x HASL ( ارزان ترین برای حجم کم).
مزایا:
سطح فوق صاف (± 1μm) برای اجزای باریک (< 0.4mm) مناسب است.
بدون لایه فلزی، حفظ یکپارچگی سیگنال فرکانس بالا (بهترین برای 5G).
معایب:
یکبار مصرف؛ OSP در هنگام جوش حل می شود و مس را در معرض اکسید قرار می دهد.
دوام ضعیف؛ خراش ها یا رطوبت قابلیت جوش را خراب می کند.
بهترین برای: نمونه های اولیه با حجم کم، PCB با فرکانس بالا (5G، رادار) و دستگاه های کوتاه مدت.

5. نقره غوطه ور شدن
نقره غوطه ور شدن یک لایه نقره نازک (0.1 0.5μm) است که به صورت شیمیایی قرار گرفته است و تعادل عملکرد و هزینه را ارائه می دهد.
ویژگی ها:
ترکیب: نقره خالص
قابلیت جوش: عالی؛ مفاصل قوی را با حداقل جریان تشکیل می دهد.
مدت نگهداری: 6-9 ماه (در رطوبت بالا لکه می زند).
قيمت: 1.3x1.6x HASL.
مزایا:
سطح مسطح (± 3μm) برای سیگنال های باریک (0.5mm) و سرعت بالا کار می کند.
پردازش سریعتر از ENIG، کاهش زمان های تحویل.
معایب:
تیره شدن (سیاه شدن) در محیط های مرطوب (> 60٪ RH) قابلیت جوش را کاهش می دهد.
مهاجرت نقره خطر شارژ در PCB های ولتاژ بالا را دارد.
بهترین برای: تجهیزات مخابراتی، PCB های نظامی و پروژه هایی که نیاز به سرعت سریع تر از ENIG دارند.

جدول مقایسه ای: پوشش سطح PCB

چگونه رنگ مناسب را انتخاب کنیم؟
انتخاب بستگی به نیازهای خاص پروژه شما دارد. از این چارچوب تصمیم گیری استفاده کنید:

1. اندازه قطعات
پیچ باریک (<0.4mm): ENIG یا OSP (سطح های صاف مانع از پل شدن می شوند).
ارتفاع متوسط (0.5 0.8mm): قلع غوطه ور، نقره یا ENIG.
پیچ بزرگ (>0.8mm): HASL (اقتصادی ترین).

2. الزامات زمان نگهداری
>6 ماه: ENIG یا قلع غوطه ور (در برابر اکسیداسیون طولانی ترین مقاومت).
3-6 ماه: نقره غوطه ور شدن یا HASL.
کوتاه مدت (پروتوپیت): OSP (کمترین هزینه)

3محیط کاربرد
رطوبت بالا: ENIG (طلای مقاوم در برابر لکه) یا قلع غوطه ور (بهتر از نقره).
دمای بالا: ENIG (نیکل 300 °C + را تحمل می کند) یا قلع غوطه ور.
فرکانس بالا (5G / رادار): OSP (بدون لایه فلزی) یا ENIG (از دست دادن سیگنال کم).

4حجم تولید و هزینه
حجم بالا (100k+): HASL (کمترین هزینه واحد).
حجم متوسط (10k 100k): قلع غوطه ور یا نقره.
حجم کم / قابلیت اطمینان بالا: ENIG (هزینه بالاتر را توجیه می کند).

5استانداردهای صنعت
خودرو (IATF 16949): ENIG یا قلع غوطه ور (در برابر ارتعاش / گرما مقاومت می کند).
پزشکی (ISO 13485): ENIG (بیولوژیک سازگار، عمر طولانی).
هوافضا (AS9100): ENIG (در برابر شرایط شدید مقاومت می کند).

افسانه های رایج در مورد پوشش سطح PCB
افسانه: ENIG همیشه بهتر است.
واقعیت: ENIG برای PCB های کم هزینه و با صدای بزرگ بیش از حد است؛ HASL به خوبی کار می کند و هزینه کمتری دارد.

افسانه: OSP قابل اعتماد نیست.
واقعیت: OSP برای دستگاه های کوتاه مدت (به عنوان مثال، الکترونیک فصلی) و طرح های فرکانس بالا عملکرد خوبی دارد.

افسانه: تزریق لاستیک در همه موارد باعث ایجاد ریش می شود.
واقعیت: پوشش مناسب (ضمیمه ای برای جلوگیری از ریش) و نگهداری (شرایط خشک) این خطر را به حداقل می رساند.

سوالات عمومی
سوال: چه فرینیشی برای PCB های فرکانس بالا (28GHz+) بهتر است؟
A: OSP (بدون لایه فلزی) یا ENIG (از دست دادن کم طلا) بهترین هستند. از HASL اجتناب کنید (سطح نابرابر باعث بازتاب سیگنال می شود).

س: آیا می توانم از ENIG برای مونتاژ بدون سرب استفاده کنم؟
A: بله. ENIG با جوش بدون سرب (Sn-Ag-Cu) کار می کند و الزامات RoHS را برآورده می کند.

س: چگونه می توانم عمر OSP را افزایش دهم؟
A: PCB ها را در کیسه های بسته شده با مواد خشک کننده نگهداری کنید، رطوبت را < 50٪ نگه دارید و در عرض 3 ماه از تولید استفاده کنید.

سوال: علت ′′بلاک پد′′ در ENIG چیست؟
A: بیش از حد حکاکی از نیکل یا پارامترهای زره ای نادرست.

س: آیا HASL هنوز هم با مقررات بدون سرب مرتبط است؟
A: بله. HASL بدون سرب (Sn-Cu) با RoHS مطابقت دارد و برای قطعات بزرگ مقرون به صرفه است.

نتیجه گیری
پایان سطح PCB برای قابلیت اطمینان، موفقیت در مونتاژ و عملکرد بسیار مهم است. با درک نقاط قوت هر نوعOSP برای فرکانس بالا. چه ساخت یک تلفن هوشمند یا یک ماهواره، پایان مناسب سطح اطمینان می دهد که PCB خود را زنده می ماند مونتاژ، ذخیره سازی، و سال استفاده از میدان.