پرداخت سطح در تولید برد مدار چاپی چیست؟

بدون شک، ساده‌ترین راه برای فکر کردن به تولید PCB (بردهای مدار چاپی) این است که به قطعات بزرگ مانند مدارها، اتصالات و اجزا فکر کنید. اما یک جنبه حیاتی وجود دارد که نقش عمده‌ای در عملکرد خوب PCB شما ایفا می‌کند: پرداخت سطح.

در ساخت برد مدار چاپی، مس برد در معرض دید قرار دارد و نیاز به محافظت دارد. چرا؟ به دلایلی (احتمالاً به دلیل مس بودن)، مس تمایل به اکسید شدن دارد، بنابراین عملکرد خوبی ندارد و می‌تواند در لحیم‌کاری بعدی شما اختلال ایجاد کند. این مس که با لیزر در معرض دید قرار گرفته بود، دارای پرداخت سطحی بود زیرا لازم بود از اکسید شدن مس و غیرممکن شدن لحیم‌کاری قطعات روی برد جلوگیری شود. در این راهنما، رایج‌ترین انواع پرداخت‌های سطحی برد مدار چاپی را به شما نشان خواهیم داد و به شما کمک خواهیم کرد که کدام یک ممکن است برای پروژه شما مناسب باشد.

پرداخت سطح چیست؟

قبل از هر چیز دیگری، ارزش دارد که بدانیم پرداخت‌های سطحی چیستند. لایه محافظ به پرداخت سطحی روی پدهای مسی اشاره دارد که یک لایه پرداخت سطحی روی PCB تشکیل می‌دهد. به عنوان مثال، پدهای مسی PCB مکان‌هایی هستند که قطعات الکترونیکی، یعنی مقاومت‌ها، خازن‌ها، میکروچیپ‌ها و غیره، در آنها لحیم می‌شوند. پرداخت سطحی از واکنش مس با هوا و شروع چرخه واکنش خوردگی جلوگیری می‌کند. همچنین تضمین می‌کند که قطعات می‌توانند به درستی لحیم شوند.

چرا پرداخت سطح بسیار مهم است؟

نکته اینجاست: شاید از خود بپرسید که چرا کسی باید اینقدر روی پرداخت سطح در ساخت PCB کار کند. آیا طراحی مدارها یا کیفیت قطعات مهم‌تر نیست؟ این هم مهم است، اما اگر پرداخت سطح خوب نباشد، عملکرد کلی PCB می‌تواند آسیب ببیند.

جلوگیری از اکسیداسیون:

اشاره کردیم که مس در معرض هوا بسیار اکسیدپذیر است. سپس مس می‌تواند اکسید شود و لایه‌ای ایجاد کند که از رسانایی خوب الکترود روی مس جلوگیری می‌کند.

لحیم کاری را آسان تر می کند:

یک سطح صاف و یکدست برای لحیم کاری، یک پرداخت سطحی خوب را به ارمغان می‌آورد. اجزای برد مدار چاپی با لحیم کاری به هم متصل می‌شوند.

قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشد:

در دراز مدت، یک برد مدار چاپی با پرداخت سطحی خوب، قابل اعتمادتر خواهد بود. این پرداخت، برد را از عوامل محیطی، ساییدگی و پارگی و آسیب در طول فرآیند مونتاژ محافظت می‌کند.

دوام:

پرداخت‌های سطحی برای افزایش دوام برد مدار چاپی (PCB) توسعه داده شده‌اند. این پرداخت، مس را از اکسیداسیون و سایش محافظت می‌کند و به برد مدار چاپی اجازه می‌دهد تا چرخه‌های لحیم‌کاری چندگانه را تحمل کند و حتی در محیط‌های مختلف عملکرد خوبی داشته باشد.

انواع پرداخت سطح PCB

وقتی فهمیدید که چرا پرداخت سطح مهم است، به رایج‌ترین پرداخت‌های مورد استفاده در ساخت PCB نگاهی خواهیم انداخت. هر نوع مزایا و معایبی دارد و انتخاب بهینه به نیاز پروژه شما بستگی دارد.

HASL (تسطیح لحیم با هوای گرم) و HASL بدون سرب

یکی از قدیمی‌ترین و محبوب‌ترین روش‌های پرداخت سطح در تولید برد مدار چاپی، روش تراز کردن با لحیم هوای گرم (HASL) است. در HASL (تراز کردن با لحیم هوای گرم)، برد مدار چاپی در لحیم مذاب حاوی قلع و سرب یا فقط قلع (HASL بدون سرب) غوطه‌ور می‌شود.

مزایای HASL:

مقرون به صرفه

ماندگاری خوب

به راحتی قابل بازسازی است

معایب HASL:

سطح ناهموار

برای قطعات با گام ریز مناسب نیست

مطابق با RoHS نیست (در صورت وجود سرب)

ENIG (طلای غوطه‌وری نیکل بدون الکترو)

ENIG یک پرداخت سطحی ممتاز است که در آن نیکل اعمال می‌شود و به دنبال آن یک لایه نازک طلا روی پدهای مسی قرار می‌گیرد. خروجی، سطحی صاف و مسطح است که برای PCB های پیچیده با اجزای کوچک ایده‌آل است و سپس از طریق یک فرآیند کنترل‌شده اجرا می‌شود.

مزایای ENIG:

سطح صاف و هموار

مقاومت عالی در برابر خوردگی

سازگار با RoHS

معایب ENIG:

گران تر

مشکل پد سیاه

ENIGPIG (الکترولس نیکل الکترولس پالادیوم غوطه‌وری طلا)

نسخه بهبود یافته ENIG، ENEPIG است. در این پرداخت، یک لایه اتمی پالادیوم بین لایه‌های نیکل و طلا رسوب می‌کند. این پوشش علاوه بر محافظت عالی در برابر خوردگی، این پوشش را برای اتصال سیم، یک فرآیند صنعتی که به ویژه در کاربردهای با کارایی بالا رایج است، نیز ایده‌آل می‌کند.

مزایای ENEPIG:

عالی برای اتصال سیم

بسیار قابل اعتماد

مشکل پد سیاه وجود ندارد

معایب ENEPIG

هزینه بالا

کمتر رایج

ENIG در مقابل ENIGPIG در مقابل HASL

OSP (نگهدارنده لحیم پذیری آلی)

این یک پرداخت ارگانیک است که از پدهای مسی با یک لایه نازک ارگانیک محافظت می‌کند. این ارزان‌ترین پرداخت است و اغلب در لوازم الکترونیکی مصرفی استفاده می‌شود که در آن‌ها مشکل دوام طولانی‌مدت وجود دارد.

مزایای OSP:

بسیار مقرون به صرفه

سطح صاف

سازگار با محیط زیست

معایب OSP:

ماندگاری کوتاه

برای طرح‌های پیچیده مناسب نیست

نقره ای غوطه وری

روکش فلزی به نام نقره غوطه‌وری، لایه نازکی از نقره روی پدهای مسی است. قیمت و عملکرد آن با این محدوده میانی مطابقت دارد: رسانایی الکتریکی خوب و سطح صاف.

مزایای غوطه‌وری نقره:

مناسب برای کاربردهای فرکانس بالا

سطح صاف

سازگار با RoHS

معایب غوطه‌وری نقره:

لکه دار شدن

به اندازه دوام نیست

قلع غوطه‌وری

قلع غوطه‌وری یک فرآیند پرداخت سطح PCB است که در آن پدهای مسی روی برد مدار در یک محلول شیمیایی مخصوص غوطه‌ور می‌شوند و باعث می‌شوند یک لایه نازک از قلع به طور خودکار روی سطح پدها تشکیل شود. این پوشش قلع نه تنها کل سطح پدها را می‌پوشاند، بلکه صاف و یکنواخت بودن پوشش را نیز تضمین می‌کند. هدف از این فرآیند محافظت از پدهای مسی در برابر اکسیداسیون و در عین حال فراهم کردن لحیم‌پذیری بهتر در حین مونتاژ قطعات است. این روش به ویژه برای بردهای مدار با قطعات با گام ریز که به سطح بسیار صافی نیاز دارند، مناسب است.

مزایای قلع غوطه‌وری:

سطح صافی را ارائه می‌دهد که برای قطعات با گام ریز ایده‌آل است

مقرون به صرفه برای تولید در حجم بالا

معایب قلع غوطه‌وری:

مستعد ابتلا به سبیل قلع

ماندگاری محدود در مقایسه با سایر انواع پرداخت‌های سطحی

انتخاب پرداخت سطح مناسب برای تخته

انتخاب سطح پرداخت مناسب PCB مستلزم در نظر گرفتن چندین عامل مهم برای اطمینان از عملکرد و طول عمر برد است.

•  چگالی و نوع اجزا

اگر برد مدار چاپی شامل اجزای الکترونیکی کوچک یا با چگالی بالا باشد، انتخاب یک روکش سطحی با سطح صاف، مانند ENIG یا طلای غوطه‌وری، لحیم‌پذیری را بهبود می‌بخشد.

•  قرار گرفتن در معرض محیط زیست

اگر قرار است از برد مدار چاپی در محیط‌های مرطوب، دمای بالا یا خورنده استفاده شود، روکش سطحی با مقاومت اکسیداسیون قوی مانند ENIG یا OSP توصیه می‌شود.

•  محدودیت های بودجه

پرداخت‌های سطحی مختلف، هزینه متفاوتی دارند. PCB HASL و HASL بدون سرب، گزینه‌های کم‌هزینه و مناسبی برای تولید انبوه هستند، در حالی که ENIG و روکش طلای غوطه‌وری گران‌تر هستند اما قابلیت اطمینان بالاتری ارائه می‌دهند.

•  الزامات انطباق با RoHS

اگر محصول باید مقررات زیست‌محیطی را رعایت کند، انتخاب HASL بدون سرب یا سایر پوشش‌های سطحی سازگار با RoHS، مانند ENIG یا OSP، ضروری است.

برای پروژه‌های مقرون‌به‌صرفه، PCB HASL یا HASL بدون سرب انتخاب‌های کاربردی هستند و آنها را برای تولید قطعات الکترونیکی عمومی مناسب می‌کنند.

برای افزایش دوام و قابلیت اطمینان، به ویژه برای استفاده طولانی مدت یا کاربردهای با کارایی بالا، پرداخت سطح ENIG یا PCB طلایی غوطه‌وری ترجیح داده می‌شوند، زیرا مقاومت در برابر اکسیداسیون و لحیم‌پذیری بهتری را فراهم می‌کنند.

اگر طراحی PCB شامل اجزای با گام ریز (مانند پدهای کوچک یا بسته‌بندی BGA) باشد، یک سطح بسیار صاف ضروری است. در این حالت، نقره غوطه‌وری یا قلع غوطه‌وری بهترین گزینه خواهند بود.

نتیجه

انتخاب پرداخت سطح مناسب برای PCB شما یک گام حیاتی در فرآیند تولید است. چه به دنبال یک گزینه مقرون به صرفه مانند HASL باشید و چه یک پرداخت با کارایی بالا مانند ENEPIG، درک مزایا و معایب هر نوع به شما کمک می‌کند تا بهترین تصمیم را برای پروژه خود بگیرید.

با پرداخت سطح مناسب، برد مدار چاپی شما نه تنها عملکرد بهتری خواهد داشت، بلکه دوام بیشتری نیز خواهد داشت و در نهایت به موفقیت محصول نهایی شما کمک می‌کند.