PCB表面仕上げ究極のガイド-最も適切なものを選択する方法

PCB表面仕上げ–プリント回路基板（PCB）の最も重要な側面の1つは、表面仕上げです。 PCBに適用される仕上げは、その有効性と寿命を決定します。しかし、かなりの数のオプションが利用可能ですが、どのようにして理想的なものを選択しますか？読んで調べてください。

1。 PCB表面仕上げ — PCB表面仕上げとは何ですか？

PCB表面仕上げは、裸のプリント回路基板とコンポーネントの間のコーティングです。 PCBは銅仕上げで、保護しないでおくと酸化や劣化しやすくなります。このためには、次の2つの重要な目的で仕上げを適用する必要があります。

•銅の表面と回路を保護するため

•組み立て中に関連コンポーネントをはんだ付けするために表面を準備するため

それでは、特定の表面処理とそれらの違いを見てみましょう。

2。 PCB表面仕上げ —7種類のPCB表面仕上げと比較

PCB表面仕上げには7つのタイプがあり、それぞれに長所と短所があります。

•熱風ソルダーレベリング（HASL）

HASLは最も一般的な表面仕上げです。また、最も手頃な価格です。塗布プロセスでは、PCBを溶融はんだの溶液に浸し、熱風ナイフを使用して残留物を吹き飛ばします。溶融はんだの解像度は、鉛合金とスズ合金でできています。

利点

HASL表面仕上げの最も重要な利点は、経済的であることです。その他の利点は次のとおりです。

• 処理ウィンドウを大きくすることができます
• 幅広いPCBに適用されます
• は優れたはんだ付け性を提供します

短所

前述のように、この表面仕上げには、鉛とスズで構成される溶融はんだの溶液にボードを浸すことが含まれます。それはRoHS準拠を要求するパネルには不向きになります。この欠点は、次のような他の欠点と関連しています。

• 大きいパッドと小さいパッドでは厚さに違いがあります
• HDI製品には適していません
• 細かいピッチでブリッジが発生します
• 直径が20mil未満のBGAおよびSMDには適していません
• 鉛フリーHASL

鉛フリーHASLは、今日PCBで使用されている最も一般的な表面仕上げです。これは、PCBを溶融合金鉛、スズ合金鉛、スズ合金鉛、またはスズ合金に浸漬することによって適用され、表面全体が確実に覆われるようにします。次に、エアナイフを使用して残留物を吹き飛ばし、均一なコーティングを行います。

利点

鉛フリーHASLの最も重要な利点の1つは、PCBを約265℃の温度にさらすことにより、潜在的な層間剥離の問題を明らかにすることです。その他の利点は次のとおりです。

• 広く利用可能です
• 環境にやさしい
• 耐久性を確保します
• 再加工可能です
• 手頃な価格です

短所

• 熱衝撃を引き起こす可能性があります
• 表面が不均一になる可能性があります
• 細かいピッチングには理想的ではありません
• はんだをブリッジする可能性があります
• PTH（プラグスルーホール）を低減します
• イマージョンティン（ISN）

イマージョンスズは、ファインピッチ製品、プレーナ、バックプレーン、および圧入に理想的な表面仕上げです。 ISNは、PCBの銅表面との化学置換反応を開始することによって適用されます。

PCB表面仕上げ–利点

浸漬スズには、その欠点をはるかに上回るさまざまな利点があります。それらには以下が含まれます：

• 鉛フリーHASLとは異なり、均一な表面を作成します
• 作り直すことができます
• リフローはんだの代わりに使用できます
• 信頼性が高い
• 幅広いPCBに最適です

短所

スズと銅は互いに強い親和性を持っています。これは、これらの金属の一方が他方に拡散することが避けられないことを意味します。その結果、他のほとんどのPCB表面仕上げと比較して、保管寿命が短くなります。また、PCBのパフォーマンスを制限する可能性があります。それはその最も重大な欠点です。その他の欠点は次のとおりです。

• PTHには理想的ではありません
• 再加工は可能ですが、保管寿命が短いため、範囲は限られています
• スズのウィスカが発生します
• ソルダーマスクを損傷する可能性があります
• 取り扱いが難しく、さまざまな損害が発生する可能性があります
• ソローと呼ばれる発がん物質が含まれているため、ハンドラーにとって不健康な場合があります

浸漬スズのコスト

•イマージョンシルバー（IAG）

イマージョンシルバーは、WEEEおよびRoHS指令が可決されて以来広く普及しています。いくつかの理由から、ENIGの優れた代替品と見なされています。その主な理由は、ファインピッチに理想的であるということです。液浸銀は、主にアルミワイヤボンディング、メンブレンスイッチ、EMIシールドに使用されます。

利点

イマージョンシルバーの主な利点の1つは、変色を防ぐOSPが含まれていることです。ただし、OSPはボード上の汚染物質に敏感であるため、これにより、アプリケーションの直後にPCBをパッケージ化する必要があります。浸漬銀の利点は次のとおりです。
これはRoHS指令および要件に準拠しています

• ファインピッチに適しています
• 約12か月の中程度の貯蔵寿命
• 他の表面仕上げと比較して非常に安定しています
• 平面に最適
• 手頃な価格で費用対効果が高い

PCB表面仕上げ–デメリット

前述のように、OSPの存在により、液浸銀は変色しやすくなります。これが最も重大な欠点です。その他の欠点は次のとおりです。

• 銀色のウィスカが発生する可能性があります
• 分数係数が高いため、コンプライアントピン相互作用には適していません
• 一部のシステムは、1：1のマイクロビアのアスペクト比に投入できません
• 無電解ニッケルイマージョンゴールド（ENIG）
  

無電解ニッケル浸漬は、他の表面仕上げに関連する重大な欠点の多くを克服するため、PCB業界で急速に普及しつつあります。 ENIGには2つの部分からなる申請プロセスがあります。まず、ニッケル層を適用して、銅に対するバリアと、コンポーネントをはんだ付けできる適切な表面の両方として機能します。次に、ボードが保管されている間、ニッケル層を保護するために別の金の層が使用されます。

PCB表面仕上げ–利点

ENIGの最も重要な利点は、フリップチップやBGAなどの複雑な表面コンポーネントの新世代および次世代に理想的であることです。他の表面仕上げには、これらの新しいボードでの用途を制限する欠点があります。その他の利点は次のとおりです。

• ニッケルと金の層が薄く均一であるため、平坦な表面に最適です
• 鉛は含まれていません
• PTHに最適
• それは長い貯蔵寿命を持っています

短所

ENIGは貯蔵寿命が長いものの、ニッケルと金の層間にリンが蓄積し、ボードの接続不良を引き起こす一般的な問題である「ブラックパッドシンドローム」にも関連しています。他の唯一の大きな欠点は、手直しには理想的ではないということです。

•ニッケルパラジウム（ENEPIG）

ニッケルパラジウム（ENEPIG）PCB表面仕上げは、ENIGのアップグレードです。 ENIGでは、浸漬金がニッケルの層を破壊することが示されています。 ENEPIGは、金とニッケルの層の間にパラジウムメッキの層を導入します。

利点

ENEPIGは、複数の表面パッケージを備えた多くの最新の高度なボードに適用されるため、「ユニバーサルフィニッシュ」と呼ばれています。次のようなさまざまな利点があります。

• 平らな面になります。
• 処理が簡単
• 肌に毒性はありません。
• 鉛は含まれていません。
• 複数のリフローサイクルに最適
• Sn-Ag-Cuはんだとの互換性が高い。
• それは長い貯蔵寿命を持っています。

短所

• 多くの場合、黒いパッドが発生します
• はんだ接合の信頼性が低下します
• パラジウムの層が厚すぎてはんだ付け性の性能をサポートできません
• 他の表面仕上げに比べて濡れるのに時間がかかります
• めっき条件の影響を受けます
• 他のほとんどの表面仕上げに比べて高価です
  OSP（Organic Solderability Preservative）

OSPは、有機の水ベースの表面仕上げです。銅との結合が選択的であり、PCBをはんだ付け可能にします。

PCB表面仕上げ–利点

OSPの表面仕上げは、有機的で水ベースであるため、環境にやさしいことで注目に値します。また、塗布が簡単で、他の表面仕上げに比べてプロセスが比較的短く簡単です。その利点は次のとおりです。

• 均一で同一平面上の表面を提供します
• 必要な機器のメンテナンスが少ない
• 鉛は含まれていません
• 修理可能です

短所

OSPは有機性で水ベースであるため、取り扱い時の損傷に非常に敏感です。それは他のいくつかの欠点と結びついています：

•貯蔵寿命が短い

•PTHにとってはひどいです

PCB表面仕上げ–PCB表面仕上げの選択方法

これらのタイプのPCB表面仕上げの違いにより、特定の用途には適しています。この目的のために、理想的な表面仕上げを適用しようとしている人は、いくつかの要因を考慮する必要があります。

•PCB表面仕上げ–パッドの平坦度

いくつか述べたように、一部の表面仕上げは、性能、はんだ付け性、およびその他の要因を妨げる可能性のある不均一な表面をもたらします。平坦度が重要な要素である場合は、薄く均一な層を持つ表面仕上げを検討してください。この場合の適切なオプションには、ENIG、ENEPIG、およびOSPが含まれます。

•はんだ付け性と湿潤性

PCBを扱う場合、はんだ付け性は常に重要な要素です。 OSPやENEPIGなどの特定の表面仕上げははんだ付け性を妨げることが示されていますが、HASLなどの他の仕上げは理想的です。

•金またはアルミニウムのワイヤーボンディング

PCBに金またはアルミニウムのワイヤボンディングが必要な場合、オプションはENIGおよびENEPIGに限定される場合があります。

•保管条件

前述のように、OSPなどの表面仕上げの中には、取り扱い時にPCBを壊れやすくするものもあれば、耐久性を向上させるものもあります。保管および取り扱いの要件を考慮する際には、事前に検討する必要があります。リスクのない保管と取り扱いの要件を満たすことができる場合にのみ、PCBを繊細にする表面仕上げを適用する必要があります。

•はんだサイクル

PCBは何回はんだ付けされ、再加工されますか？示されているように、多くの表面仕上げは再加工に理想的です。ただし、浸漬スズなどの他のものは、再加工には理想的ではありません。

•PCB表面仕上げ–RoHS準拠

使用する表面仕上げを決定する際には、RoHS準拠が非常に重要です。通常、鉛を使用するすべての表面仕上げは、RoHS準拠には適していないため、避ける必要があります。

結論

概説したように、各タイプの表面仕上げには、他の仕上げとは一線を画す独自の要素があります。これらの要素により、これらの仕上げは特定の用途に適したものと不適切なものの両方になり、理想的なオプションは最終的にPCBの構成に依存します。

WellPCBでは、PCBボードと表面仕上げに関する豊富な経験があります。さまざまなタイプのPCBサーフェスなどの詳細については、お問い合わせください。 PCBの理想的な表面仕上げを考え出すお手伝いをさせていただきます。