Сегодня, когда электронные устройства продолжают развиваться в направлении миниатюризации и повышения производительности, производительность печатных плат как основного носителя электронных систем напрямую влияет на общее качество работы оборудования. Технологии нанесения покрытий на печатные платы, как важному средству улучшения их характеристик, уделяется все больше внимания. Он играет ключевую роль в обеспечении стабильной работы и продлении срока службы электронных устройств, покрывая поверхность печатной платы одной или несколькими тонкими пленками из определенных материалов, придавая плате новые функциональные характеристики, такие как повышенная проводимость, улучшенная стойкость к окислению и улучшенная паяемость.
1. Цель и значение покрытия печатной платы
(1) Защитите печатные платы от эрозии окружающей среды.
Во время использования печатных плат они сталкиваются с различными сложными факторами окружающей среды, такими как влажный воздух, агрессивные газы, пыль и т. д. Эти факторы постепенно разрушают металлические линии на поверхности печатной платы, вызывая окисление медной фольги, коррозию линий и, в конечном итоге, приводя к сбоям в работе схемы. Покрытие может образовывать плотную защитную пленку на поверхности печатной платы, эффективно изолируя прямой контакт между внешней средой и платой и замедляя скорость окисления и коррозии металла. Например, в суровых условиях, таких как прибрежные районы или вблизи химических предприятий, печатные платы с покрытием могут иметь срок службы в несколько раз дольше, чем печатные платы без покрытия.
(2) Улучшите электрические характеристики печатных плат.
Некоторые материалы покрытия обладают хорошей проводимостью. Покрывая поверхность печатной платы этими материалами, можно уменьшить сопротивление схемы и повысить эффективность и стабильность передачи сигнала. В высокочастотных-цепях скорость передачи сигнала высокая, а частота высокая, что требует согласования чрезвычайно высокого импеданса цепи. Соответствующее покрытие позволяет оптимизировать характеристики импеданса цепи, уменьшить отражение и потери сигнала, а также обеспечить высококачественную-передачу высокочастотных-сигналов. Кроме того, некоторые покрытия также обладают изоляционными свойствами, которые могут образовывать изоляционный слой на печатной плате, изолировать линии с разными потенциалами, предотвращать короткие замыкания и дополнительно повышать электрическую надежность печатной платы.
(3) Улучшите паяемость печатных плат.
Хорошая паяемость является залогом обеспечения надежного соединения электронных компонентов и плат в процессе сборки плат. Однако окисление, загрязнение и другие проблемы на поверхности печатной платы могут ухудшить ее паяемость, что приведет к таким дефектам, как плохая пайка и виртуальная пайка. Покрытие может удалять оксиды с поверхности печатных плат, образуя поверхностный слой, который легко паять, улучшая смачивание и соединение между припоем и платами, делая процесс пайки более плавным, а также повышая эффективность сборки и качество продукции.
2, распространенные типы покрытия печатной платы
(1) Химическое никель-золотое покрытие
Химическое никель-золотое покрытие является одним из широко используемых процессов нанесения покрытий в современной индустрии печатных плат. В ходе этого процесса сначала на поверхность печатной платы посредством химического покрытия наносится слой никеля толщиной обычно 3–5 мкм. Слой никеля обладает хорошей износостойкостью и устойчивостью к коррозии, что может обеспечить предварительную защиту печатной платы. Между тем, наличие слоя никеля может предотвратить диффузию меди в слой золота, избегая обесцвечивания и ухудшения характеристик слоя золота. Поверх слоя никеля посредством реакции замещения наносится слой золота толщиной обычно от 0,05 до 0,1 мкм. Слой золота обладает превосходной стойкостью к окислению, проводимостью и свариваемостью, что может эффективно защитить слой никеля. В процессе пайки электронных компонентов слой золота может быстро растворяться в припое, обеспечивая хорошие результаты пайки. Процесс химического никелирования золотом подходит для печатных плат, требующих высокой плоскостности поверхности, паяемости и надежности, таких как материнские платы компьютеров, платы мобильных телефонов и т. д.
(2) Химическое никель-палладиевое покрытие.
Процесс химического никелирования палладием разработан на основе процесса химического никелирования золотом. По сравнению с процессом ENIG, между слоем никеля и слоем золота добавляется слой палладия, толщина которого обычно составляет 0,05–0,1 мкм. Добавление слоя палладия может эффективно подавлять возникновение явления «черного диска». Феномен «черного диска» относится к неравномерному содержанию фосфора на поверхности слоя никеля или химической реакции между слоем никеля и слоем золота в условиях высокой температуры и высокой влажности в технологии ENIG, которая приводит к почернению поверхности слоя никеля, тем самым влияя на качество пайки и надежность печатной платы. Слой палладия в процессе ENEPIG может предотвратить неблагоприятные реакции между никелем и золотом, улучшая стабильность и надежность покрытия. Этот процесс подходит для областей, требующих чрезвычайно высокой надежности, таких как аэрокосмическая промышленность, медицинское оборудование и т. д.
(3) Органическая защитная пленка для пайки
Органическая защитная пленка для пайки — это процесс нанесения покрытия, при котором на поверхности печатных плат покрывают тонкие органические пленки. Толщина пленки OSP чрезвычайно мала, обычно составляет 0,2–0,5 мкм. Химическими методами он образует на поверхности меди прозрачную органическую пленку, которая может защитить медь от окисления в течение определенного периода времени и может быстро разлагаться во время сварки, не влияя на сварочный эффект. Технология OSP обладает преимуществами низкой стоимости, простоты процесса и защиты окружающей среды и подходит для печатных плат, которые чувствительны к стоимости и имеют определенные требования к паяемости, например, печатные платы в бытовой электронике, обычной бытовой технике и других областях. Однако антиоксидантная способность пленки OSP относительно слаба, а время ее хранения ограничено. Как правило, сварку и сборку необходимо завершить в течение короткого периода времени после нанесения покрытия.
(4) Химическое осаждение серебра
В процессе осаждения серебра на поверхности печатной платы образуется тонкий слой серебра за счет реакции смещения. Слой серебра обладает превосходной проводимостью (уступает только золоту) и способностью к пайке, что позволяет эффективно снизить сопротивление линии и улучшить характеристики передачи сигнала. Однако химическая стабильность серебряного слоя низкая и он склонен к окислению или сульфированию, поэтому часто необходимо применять органические защитные средства или проводить иммерсионную обработку золотом, чтобы продлить срок его службы. Этот процесс подходит для высокочастотных-цепей (таких как 5G и оборудование спутниковой связи), но в средах с высокой влажностью и высоким содержанием серы требуется тщательное проектирование, чтобы избежать миграции серебра или коррозии.
3. Процесс нанесения покрытия на печатные платы
(1) Предварительная обработка
Предварительная обработка — это основной этап нанесения покрытия на печатную плату, целью которого является удаление примесей, таких как масло, оксиды, пыль и т. д., с поверхности печатной платы, чтобы достичь чистого и активированного состояния и обеспечить хорошую основу для последующих процессов нанесения покрытия. Предварительная обработка обычно включает такие процессы, как удаление масла, микротравление, промывка кислотой и промывка водой. В процессе обезжиривания используются щелочные или органические растворители для удаления масляных пятен с поверхности печатной платы; Процесс микротравления удаляет оксидный слой и небольшие заусенцы на поверхности печатной платы в результате химической коррозии, увеличивает шероховатость поверхности и улучшает адгезию между покрытием и платой; Процесс травления используется для дальнейшего удаления оксидов с поверхности металла и регулирования кислотности или щелочности поверхности; Процесс промывки водой используется для очистки и удаления остатков химических реагентов от предыдущих этапов.
(2) Покрытие
В соответствии с различными типами покрытия для нанесения покрытия используются соответствующие процессы нанесения покрытия. Если взять в качестве примера химическое никелирование, то после завершения предварительной-обработки печатную плату погружают в раствор для химического никелирования, содержащий соли никеля, восстановители, хелатирующие агенты и другие компоненты. При соответствующей температуре (обычно 80-90 градусов) и pH (обычно 4,5-5,5) ионы никеля восстанавливаются восстановителем на поверхности печатной платы, образуя слой никеля. После завершения никелирования перенесите печатную плату в раствор для золочения и нанесите слой золота на поверхность никелевого слоя посредством реакции смещения. В процессе нанесения покрытия необходимо строго контролировать параметры процесса, такие как состав раствора, температура, значение pH и время, чтобы толщина, однородность и качество покрытия соответствовали предъявляемым требованиям.
(3) Постобработка
Последующая обработка в основном включает такие процессы, как промывка водой, сушка и тестирование. Водная промывка применяется для удаления остатков растворов покрытий и химических реагентов с поверхности плат, предотвращения их негативного воздействия на работоспособность плат; Сушка — это процесс удаления влаги с поверхности печатной платы, чтобы предотвратить появление ржавчины или других проблем с качеством остаточной влаги; В процессе тестирования всесторонне оценивается качество покрытия с помощью различных методов тестирования, таких как визуальный осмотр, измерение толщины пленки, тестирование паяемости, тестирование проводимости и т. д., чтобы гарантировать, что печатная плата с покрытием соответствует проектным требованиям и стандартам использования.