PCB表面仕上げ：HASL、OSPおよびENIG
プリント回路基板（PCB）の表面仕上げを作成する場合、有機材料または金属材料のいずれかを選択できます。どのタイプの表面仕上げが存在するかを知ることは簡単ですが、どちらがPCBに最適ですか？類似点はありますが、それぞれに長所、短所、技術的な考慮事項があります。
適切な仕上げ技術を選択する方法がわからない場合は、この記事で、熱風はんだレベリング（HASL）、有機はんだ付け性保存剤（OSP）、および3つの一般的なタイプについて詳しく知ることができます。無電解ニッケルイマージョンゴールド（ENIG）。
PCB表面仕上げの重要性
PCBに選択した表面仕上げは、親部品内の品質と有用性に大きな影響を与えます。仕上げは、PCBの銅層が酸化するのを防ぎます。そうしないと、はんだ付け性が低下します。仕上げを施すことで、コンポーネントを追加する前にボードが酸化するのを防ぎ、必要に応じて追加の要素をはんだ付けできるようにします。PCBの電気接続は適切な銅の導電性に依存しているため、酸化を防ぎ、必要に応じてコンポーネントを接着することが不可欠です。
適切な仕上げの選択は、仕上げプロセス、PCBのデザイン、最終結果の品質など、さまざまな要因によって異なります。すべての仕上げタイプがすべてのPCBに適しているわけではありません。以下はさまざまな特性を検討する際に留意すべきいくつかの特性：
1。はんだ付け性
意図したとおりに動作するPCBを作成するには、はんだ付けの問題を回避することが不可欠です。特定の環境内で適切に機能する接続を確保するには、滑らかな表面が必要です。表面仕上げが直接はんだ付けできるかどうかを検討してください。浸漬スズの場合などの銅、またはENIGのような層状技術の場合。
金属ごとに独自の製造技術が必要であり、同じ環境でも動作が異なることを考えると、良好なワイヤボンディングも重要です。ワイヤは、アルミニウム、金、銅などの材料で構成され、各表面が仕上げられている場合があります。これらの要素と互換性がある、または互換性がないタイプ。
2。処理時間
特定の仕上げの処理ウィンドウは大きい場合と小さい場合があります—HASLのような仕上げの処理ウィンドウは大きくなります。
プロセスにかかる時間は、アセンブリの複雑さによって異なります。OSPなどの一部の表面仕上げは、熱サイクルが制限されており、多数のはんだ付けプロセスに耐えることができません。数サイクル後、が消え、PCBは酸化に対する保護を失います。ただし、PCBのOSP表面仕上げは、製造中に再加工できます。同じことが浸漬銀にも当てはまります。
ENIGはより複雑な仕上げプロセスであり、完了するまでに時間がかかるため、短時間で多数のPCBを出力する必要のないPCB生産ラインに使用する方がよい場合があります。 。
3。信頼性
選択した表面仕上げは、その環境にどの程度耐えられますか？PCBが特定の信頼性要件を満たす必要がある場合は、これらに対応する仕上げが必要になります。コストは、ここで言及されている他の多くの要素では、PCBの仕上げが意図したとおりに機能せず、表面を保護できない場合、故障のコストがどれほど高くなるかを考慮する必要があります。
IPCは、TM-650テスト方法マニュアルに基づいて、PCBの信頼性と品質をテストするさまざまな方法を詳しく説明した一連の標準を提供しています。これには、寸法検証、耐薬品性、銅延性などの手法が含まれます。あるテストでは、硫酸やイソプロパノールなどの化学物質を使用して、これらの物質がPCB誘電体材料に及ぼす影響を判断します。
4。腐食
銀などの一部の表面仕上げタイプは、他のタイプよりもクリープ腐食に対して脆弱です。この種の腐食は、基本的に使用するすべてのタイプの仕上げで発生する可能性がありますが、浸漬銀で最も一般的です。 。金属元素の腐食がPCBの表面に広がると、ボード上の隣接するフィーチャと相互作用して短絡が発生する可能性があります。この問題は、鉛が特に効果的であったため、鉛フリー仕上げが広く使用されるようになるにつれて、より一般的になりました。耐食性を提供することで。
硫黄が豊富な湿気の多い環境では、クリープ腐食もよく見られます。片面仕上げに落ち着く前に、PCBがどのような設定にさらされるかを検討してください。環境に大きな影響がある場合があります。製品のライフサイクルを決定する際に。
浸漬スズなどの他の仕上げは、ウィスカが発生しやすい傾向がありますが、移行防止剤を使用するとこの問題を軽減できます。
使用するPCB表面仕上げに影響を与える要因
使用するPCB仕上げのタイプには、さまざまな要因が影響します。これらすべての要因を統合された全体として考慮することが重要です。これらはすべてプロセス内で重要ですが、完成したPCBは、ある特性を他の特性よりも大幅に優先すると、意図したとおりに機能しない場合があります。たとえば、費用効果が高いため鉛フリーHASLを選択できますが、後で他の仕上げプロセスと比較してその共面性が不足していることに気付きます。
以下は、さまざまなPCB表面仕上げを調査する際に留意すべき重要なコンポーネントです。
1。費用
表面仕上げに費やす金額は、選択したタイプによって決まります。仕上げ品質もコストに影響します。HASL仕上げはENIGタイプよりも手頃ですが、正確な品質を満たさない場合があります。期待する基準。
ボード自体の製造価格も重要です。最初の製造後、予算にENIGなどのより高度な仕上げ方法を選択する余地がありますか？家電などの業界向けのPCBは製造コストが明らかに安くなるため、より高価な仕上げを利用して高品質の結果を得ることができます。
2。ボリューム
生産量は、使用する表面仕上げのタイプに大きな影響を与える可能性があります。たとえば、浸漬スズで構成される表面仕上げは、銅PCBに堆積した直後に変色し始めます。 PCBの量は、変色を防ぐのに役立ちます。バッチが少ない場合は、浸漬銀のような仕上げを行う方がよい場合があります。
3。化粧品
HASLやOSPのようなプロセスは、選択する種類に影響を与える可能性のある別のコンポーネントであるENIGよりも美的価値が高い傾向があります。クリープ腐食の影響を受けにくい光沢のある表面が必要ですか。ひげや同様の問題がありますか？銀やスズなどの材料の取り扱いを避け、重大な腐食を引き起こす可能性が低い他のオプションを選択することをお勧めします。
PCB表面仕上げの種類
PCB表面仕上げには多くの種類がありますが、ここでは、HASL、OSP、ENIGの3つの有名な仕上げについて説明します。
1。 HASLと鉛フリーHASL
HASL表面仕上げは、高品質のはんだ付け性を提供し、複数の熱サイクルに対応すると同時に、より手頃なオプションの1つです。かつては業界標準として機能していましたが、有害物質の制限の下での標準です。 （RoHS）により、HASLはコンプライアンスから外れました。次に、鉛フリーHASLは、環境と健康への影響の観点から、より受け入れられるオプションになりました。HASLは長い業界の歴史があり、エンジニアの間でよく知られていますが、鉛-無料のHASLはより安全に使用でき、RoHSなどの指令のニーズによりよく適合します。
HASL仕上げは、ボードをスズと鉛、またはスズとニッケルのはんだに浸し、しばらく保持することで作成されます。PCBが取り外されると、エアナイフと呼ばれる高温の空気が除去されます。 HASL仕上げは大きな処理ウィンドウを可能にしますが、さまざまな要因がその均一性、したがってはんだ付け性に影響を与える可能性があります。エアナイフの角度、空気圧、PCBボードのはんだへの出し入れの速度は、すべて影響を及ぼします。仕上げの品質。
次のようなアプリケーションに使用されるHALおよび鉛フリーのHASL表面仕上げがあります。
- 電気テスト： HASL仕上げは、回路基板の電気的テスト中にテストパッドとビアを自動的に保護します。
- 手はんだ付け： HASL仕上げは、接合部が簡単に成形できるため、手はんだ付けプロセスに適したオプションです。
- 高性能電子機器： HASLは、強力なジョイントを形成できるため、航空宇宙や軍用デバイスなどの高性能で信頼性の高いアプリケーションに最適です。
2。 OSP
OSP表面仕上げは、有機PCB仕上げの例です。プロセスに毒素が含まれていないため、環境に優しく、保護および防食性を維持しています。有害な化学物質がないため、OSPボードもRoHSに準拠しています。この水性仕上げは、追加のPCBコンポーネントを取り付けるための平らな表面を提供し、HASLプロセスと同様に費用対効果が高くなります。
OSPは、その共面性により、鉛フリーHASLの効果的な代替品として使用できます。単純な製造プロセスであるOSPを提供しながら、十分な平坦性を提供するPCB表面仕上げが必要な場合間違いなく最良の選択です。
PCBにOSP表面仕上げを適用するには、通常、コンベヤー化学法または垂直ディップタンクが必要です。プロセスは通常、次のようになり、各ステップの間にすすぎが行われます。
- クリーニング： PCBの銅の表面は、適用された仕上げの平坦性に影響を与える可能性のある油、指紋、およびその他の汚染物質が除去されています。
- 地形の強化： 露出した銅の表面はマイクロエッチングを受けて、ボードとOSP間の結合が増加します。このプロセスはまた酸化を減らします。適切な膜厚を実現するには、マイクロエッチングを一定の速度に保つ必要があります。
- 酸リンス： PCBは、硫酸溶液中で酸リンスされます。
- OSPアプリケーション： プロセスのこの時点で、OSPソリューションがPCBに適用されます。
- 脱イオンリンス： OSP溶液にはイオンが注入されているため、はんだ付け中に簡単に除去できます。このすすぎは、OSP溶液中の他のイオンの存在による変色を避けるために、防腐剤を作る前に使用する必要があります。
- 乾燥： OSP仕上げを適用した後、PCBを乾燥させる必要があります。
OSPはシンプルで手頃なプロセスを提供しますが、取り扱いに非常に敏感であり、傷を簡単に保持できるため、はんだ付け性が低下する可能性があることにも注意してください。さらに、その貯蔵寿命はENIGまたはHASLよりも短いです。
OSPの一般的な用途は次のとおりです：
- ファインピッチデバイス： この仕上げは、同一平面上のパッドや凹凸のある表面がないため、ファインピッチデバイスに適用するのに最適です。
- サーバーボード： OSPの用途は、ローエンドアプリケーションから高周波サーバーボードまで多岐にわたります。この使いやすさの幅広いバリエーションにより、多くのアプリケーションに適しています。選択的な仕上げにもよく使用されます。
- 表面実装技術（SMT）： OSPは、コンポーネントをPCBの表面に直接取り付ける必要がある場合のSMTアセンブリに適しています。
3。 ENIG
ENIG表面仕上げの価格が高いにもかかわらず、高品質の製品を製造するための高い成功率があります。複数の熱サイクルに耐え、優れたはんだ付け性を示し、ワイヤーに適したオプションです。ボンディング。名前が示すように、ニッケルと金の2つのコーティング層で構成されています。ニッケルはベースの銅層を保護し、電気部品の安全な取り付けを可能にし、金はニッケルの防食対策として機能します。
>ENIGは、メッキ穴などのPCBエレメントに厳しい公差が必要な状況で使用できます。これは、HASLがそれほど効果的ではないためです。OSPと同様に、優れた平坦性を提供し、ファインピッチに最適です。デバイス。
ENIGコーティングを適用するには、パラジウムで触媒された銅表面にニッケルを堆積させる必要があります。金の浸漬段階では、分子交換によって金がニッケルに付着します。ENIGは次のようになります。各段階の間にマイクロエッチングとリンスが含まれるOSP—プロセスには次のステップが含まれます：
- クリーニング。
- マイクロエッチング。
- プレディッピング。
- アクティベーターを適用します。
- ポストディッピング。
- 無電解ニッケルの塗布。
- イマージョンゴールドを適用します。
ENIG表面仕上げの標準的な用途は次のとおりです。
- 複雑な表面コンポーネント： 表面が平坦であるため、この仕上げタイプは、ボールグリッドアレイ（BGA）やクアッドフラットパッケージ（QFP）などの滑らかな表面を必要とする複雑なPCBコンポーネントに適しています。
- ワイヤーボンディング： ENIG仕上げにより、アルミニウムワイヤのワイヤボンディングは最小限に抑えられますが、ゴールドとの互換性はありません。
- 信頼性の高いアプリケーション： 航空宇宙、軍事、医療、ハイエンドの消費者などの業界でPCBに使用されるENIG表面仕上げがよく見られます。その品質により、精度と耐久性が重要となるアプリケーションに適しています。
PCB表面仕上げの詳細については、MillenniumCircuitsLimitedにお問い合わせください
選択できる表面仕上げが非常に多いため、目的のアプリケーションに最適なものを見つけるのは大変です。幸い、MillenniumCircuitsUnlimitedはプロセス全体を支援します。
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