PCB 製造における表面仕上げとは何ですか?

PCB（プリント回路基板）の製造を考える最も簡単な方法は、回路、接続、部品といった大きな部品について考えることです。しかし、PCBの性能に大きく影響する重要な要素が1つあります。それは表面仕上げです。

PCB製造では、基板の銅が露出しているため、保護が必要です。なぜでしょうか？何らかの理由（おそらく銅だからでしょう）で、銅は酸化しやすいため、性能があまり良くなく、後ではんだ付けする際に支障をきたす可能性があります。レーザーで露出した銅には表面処理が施されています。これは、銅が酸化して基板への部品のはんだ付けが事実上不可能になるのを防ぐためです。このガイドでは、最も一般的なPCB表面処理の種類を紹介し、プロジェクトに最適なものを見つけるお手伝いをします。

表面仕上げとは何ですか?

   

  

まず、表面仕上げとは何かを理解しておくことが重要です。保護層とは、銅パッド上の表面仕上げのことで、PCB上に表面仕上げ層を形成します。例えば、PCBの銅パッドは、抵抗器、コンデンサ、マイクロチップなどの電子部品がはんだ付けされる場所です。表面仕上げは、銅が空気と反応して腐食の反応サイクルが始まるのを防ぎます。また、部品が適切にはんだ付けされることも保証します。

表面仕上げはなぜそれほど重要なのでしょうか?

問題は、PCBを作る際になぜ表面仕上げにそこまでこだわるのか疑問に思うかもしれません。回路設計や部品の品質の方が重要ではないでしょうか？ それも重要ですが、表面仕上げが良ければPCB全体の性能が低下する可能性があります。

酸化を防ぐ：

銅は空気にさらされると非常に酸化しやすいことをご説明しました。銅が酸化されると、銅表面に良好な電極導電性を妨げる層が形成されます。

はんだ付けが簡単になります:

はんだ付けに適した滑らかで均一な表面仕上げにより、良好な表面仕上げが実現します。PCB部品ははんだ付けによって取り付けられます。

信頼性の向上:

長期的には、良好な表面仕上げが施されたPCBの方が信頼性が高くなります。表面仕上げは、環境要因、摩耗、そして組み立て工程中の損傷から基板を保護します。

耐久性：

表面仕上げは、PCBの耐久性を高めるために開発されています。この仕上げにより、銅の酸化や摩耗が防止され、PCBは複数回のはんだ付けサイクルに耐え、さまざまな環境下でも良好な性能を維持できます。

PCBC表面仕上げの種類

表面仕上げが重要な理由がわかったところで、PCB製造で一般的に使用される表面仕上げを見ていきましょう。それぞれに長所と短所があり、最適な選択はプロジェクトのニーズによって異なります。

HASL（ホットエアーはんだレベリング）と鉛フリーHASL

PCB製造における最も古く、最も普及している表面処理の一つが、ホットエアーソルダーレベリング（HASL）です。HASL（ホットエアーソルダーレベリング）では、PCBをスズと鉛を含む溶融はんだ、またはスズのみを含む溶融はんだ（鉛フリーHASL）に浸します。

HASLの利点:

Cost Effective

保存期間が長い

簡単にやり直し可能

HASLの欠点:

凹凸のある表面

ファインピッチ部品には適していません

RoHS 非準拠（鉛を含む場合）

ENIG（無電解ニッケルイマージョンゴールド）

ENIGは、ニッケルを塗布し、銅パッドの上に薄い金層を塗布するプレミアム表面仕上げです。得られた表面は滑らかで平坦であり、小型部品を搭載した複雑なPCBに最適です。その後、制御されたプロセスを経て仕上げられます。

ENIG の利点:

平らで滑らかな表面

優れた耐腐食性

RoHS準拠

ENIG の欠点:

より高価

黒パッドの問題

ENIGPIG（無電解ニッケル無電解パラジウム浸漬金）

ENIGの改良版がENEPIGです。この仕上げでは、ニッケル層と金層の間にパラジウム原子層が蒸着されています。優れた耐腐食性に加え、高性能アプリケーションで特によく使用される工業プロセスであるワイヤーボンディングにも最適な仕上げとなっています。

ENEPIGの利点：

ワイヤーボンディングに最適

非常に信頼できる

黒パッドの問題なし

ENEPIGのデメリット

高コスト

あまり一般的ではない

ENIG vs ENIGPIG vs HASL

  

機能	HASL仕上げ	ENIG表面仕上げ	エニグピグ
費用	ロー	技法	ハイ
表面の平坦度	不均一	フラット型の刃は完全に平行な状態ではありませんが、コニカル型の刃よりも明らかに平らになっており、幅もコニカル刃に比べて広いことが多いです。	フラット型の刃は完全に平行な状態ではありませんが、コニカル型の刃よりも明らかに平らになっており、幅もコニカル刃に比べて広いことが多いです。
耐酸化性	穏健派	素晴らしい	素晴らしい
ファインピッチ適合性	最低	素晴らしい	素晴らしい
耐久性	グッド	グッド	素晴らしい

  

OSP（有機はんだ付け性保護剤）

これは、薄い有機層で銅パッドを保護する有機仕上げです。最も安価な仕上げであり、長期的な耐久性に問題がある民生用電子機器によく使用されます。

OSP の利点:

非常に手頃な価格

平面

環境にやさしいです

OSP の欠点:

賞味期限が短い

複雑なデザインには適していません

  

液浸銀

 

   

イマージョンシルバーと呼ばれる金属仕上げは、銅パッドの上に薄い銀層を塗布したものです。価格と性能は、このミドルレンジ製品としては妥当で、優れた導電性と滑らかな表面を実現しています。

浸漬銀の利点:

高周波アプリケーションに最適

平面

RoHS対応

浸漬銀の欠点:

変色

耐久性がない

浸漬缶

浸漬錫めっきは、基板上の銅パッドを特殊な化学溶液に浸漬することで、パッド表面に薄い錫層を自動的に形成するPCB表面処理プロセスです。この錫めっきはパッド表面全体を覆うだけでなく、平滑で均一なめっき層を形成します。このプロセスの目的は、銅パッドの酸化を防ぐとともに、部品実装時のはんだ付け性を向上させることです。特に、高い平坦性を必要とするファインピッチ部品を搭載した基板に適しています。

浸漬錫の利点:

ファインピッチ部品に最適な平坦な表面を提供

大量生産に向けたコスト効率の高い製品

浸漬錫の欠点:

錫ウィスカーの影響を受けやすい

他の種類の表面仕上げに比べて保存期間が限られている

ボードに適した表面仕上げの選択

適切な PCB 表面仕上げを選択するには、ボードのパフォーマンスと寿命を確保するためにいくつかの重要な要素を考慮する必要があります。

•  コンポーネントの密度と種類

PCB に小型または高密度の電子部品が多数含まれている場合は、ENIG や浸漬金などの滑らかな表面仕上げを選択すると、はんだ付け性が向上します。

•  環境曝露

PCB を湿気、高温、腐食性の環境で使用する場合は、ENIG や OSP などの強力な耐酸化性を備えた表面仕上げが推奨されます。

•  予算の制約

表面仕上げの種類によってコストは異なります。HASL PCBと鉛フリーHASLは低コストで大量生産に適していますが、ENIGと浸漬金は高価ですが、より高い信頼性を提供します。

•  RoHS準拠要件

製品が環境規制を満たす必要がある場合は、鉛フリーの HASL または ENIG や OSP などの RoHS 準拠の表面仕上げを選択する必要があります。

コスト効率の高いプロジェクトの場合、HASL PCB または鉛フリー HASL は実用的な選択肢であり、一般的な電子機器製造に適しています。

特に長期使用や高性能アプリケーションでの耐久性と信頼性の向上には、優れた耐酸化性およびはんだ付け性を提供する ENIG 表面仕上げまたは浸漬金 PCB が推奨されます。

PCB設計にファインピッチ部品（小さなパッドやBGAパッケージなど）が含まれる場合は、非常に平坦な表面が不可欠です。この場合、浸漬銀めっきまたは浸漬錫めっきが最適な選択肢となります。

結論

PCBに適した表面仕上げを選択することは、製造プロセスにおける重要なステップです。HASLのようなコスト効率の高い仕上げをお探しの場合でも、ENEPIGのような高性能仕上げをお探しの場合でも、それぞれの長所と短所を理解することで、プロジェクトに最適な決定を下すことができます。

適切な表面仕上げにより、PCB のパフォーマンスが向上するだけでなく、寿命も長くなり、最終的には最終製品の成功に貢献します。