Avec l'amélioration continue des exigences humaines pour l'environnement de vie, les problèmes environnementaux impliqués dans le processus de production de PCB sont particulièrement importants.À l'heure actuelle, le plomb et le brome sont les sujets les plus brûlants;Sans plomb et sans halogène affectera le développement des PCB sous de nombreux aspects.Bien qu'à l'heure actuelle, les changements dans le processus de traitement de surface des PCB ne soient pas importants et qu'il semble que ce soit encore une chose lointaine, il convient de noter que des changements lents à long terme entraîneront de grands changements.Avec la demande croissante de protection de l'environnement, le processus de traitement de surface des PCB subira certainement de grands changements à l'avenir.
But du traitement de surface
L'objectif fondamental du traitement de surface est d'assurer une bonne soudabilité ou une bonne performance électrique.Étant donné que le cuivre dans la nature a tendance à exister sous forme d'oxyde dans l'air, il est peu probable qu'il reste longtemps sous forme de cuivre d'origine, d'autres traitements sont donc nécessaires pour le cuivre.Bien que dans l'assemblage ultérieur, un flux puissant puisse être utilisé pour éliminer la majeure partie de l'oxyde de cuivre, il n'est pas facile d'éliminer le flux puissant lui-même, de sorte que l'industrie n'utilise généralement pas de flux puissant.
Processus de traitement de surface commun
À l'heure actuelle, il existe de nombreux processus de traitement de surface des PCB, y compris le nivellement à l'air chaud, le revêtement organique, le nickelage autocatalytique / le trempage à l'or, le trempage à l'argent et le trempage à l'étain, qui seront introduits un par un.
1. Nivellement à air chaud
Le nivellement à air chaud, également connu sous le nom de nivellement de soudure à air chaud, est un processus de revêtement de soudure à l'étain fondu sur la surface du PCB et de nivellement (soufflage) avec de l'air comprimé chauffé pour former une couche de revêtement qui résiste à l'oxydation du cuivre et offre une bonne soudabilité .Le composé intermétallique de cuivre et d'étain est formé à la jonction de la soudure et du cuivre par nivellement à l'air chaud.L'épaisseur de la soudure protégeant la surface du cuivre est d'environ 1-2 mil.Le PCB doit être immergé dans la soudure fondue pendant le nivellement à l'air chaud ;La lame d'air souffle la soudure liquide avant que la soudure ne se solidifie;La pale de vent peut minimiser le ménisque de la soudure sur la surface du cuivre et empêcher le pontage de la soudure.Le nivellement à air chaud est divisé en type vertical et type horizontal.On considère généralement que le type horizontal est meilleur, principalement parce que le revêtement de nivellement à air chaud horizontal est plus uniforme et peut réaliser une production automatique.Le processus général du processus de nivellement à l'air chaud est le suivant : microgravure → préchauffage → flux de revêtement → pulvérisation d'étain → nettoyage.
2. Revêtement organique
Le processus de revêtement organique est différent des autres processus de traitement de surface en ce qu'il agit comme une couche barrière entre le cuivre et l'air ;La technologie de revêtement organique est simple et peu coûteuse, ce qui la rend largement utilisée dans l'industrie.Les premières molécules de revêtement organique sont l'imidazole et le benzotriazole, qui jouent le rôle de prévention de la rouille.La dernière molécule est principalement le benzimidazole, qui est le cuivre qui lie chimiquement le groupe fonctionnel azoté au PCB.Dans le processus de soudage ultérieur, s'il n'y a qu'une seule couche de revêtement organique sur la surface du cuivre, ce n'est pas possible.Il doit y avoir plusieurs couches.C'est pourquoi du cuivre liquide est généralement ajouté au réservoir chimique.Après revêtement de la première couche, la couche de revêtement adsorbe le cuivre ;Ensuite, les molécules de revêtement organique de la deuxième couche sont combinées avec du cuivre jusqu'à ce que 20 voire 100 fois des molécules de revêtement organique se rassemblent sur la surface du cuivre, ce qui peut assurer une soudure par refusion multiple.L'expérience montre que la dernière technologie de revêtement organique peut maintenir de bonnes performances dans de nombreux procédés de soudage sans plomb.Le processus général du processus de revêtement organique est le suivant : dégraissage → microgravure → décapage → nettoyage à l'eau pure → revêtement organique → nettoyage.Le contrôle du processus est plus facile que les autres processus de traitement de surface.
3. Nickelage autocatalytique / nickelage autocatalytique par immersion dans l'or / processus d'immersion dans l'or
Contrairement au revêtement organique, le nickelage autocatalytique / l'imprégnation à l'or semble mettre une armure épaisse sur le PCB ;De plus, le processus de nickelage autocatalytique / trempage à l'or n'est pas comme le revêtement organique en tant que couche barrière antirouille.Il peut être utile dans l'utilisation à long terme du PCB et obtenir de bonnes performances électriques.Par conséquent, le nickelage autocatalytique / l'immersion dans l'or consiste à envelopper une épaisse couche d'alliage nickel-or avec de bonnes propriétés électriques sur la surface du cuivre, ce qui peut protéger le PCB pendant une longue période;De plus, il a également une tolérance environnementale que les autres procédés de traitement de surface n'ont pas.La raison du nickelage est que l'or et le cuivre se diffusent et que la couche de nickel peut empêcher la diffusion entre l'or et le cuivre.Sans la couche de nickel, l'or se diffusera dans le cuivre en quelques heures.Un autre avantage du nickelage autocatalytique / imprégnation d'or est la résistance du nickel.Seuls 5 microns de nickel peuvent limiter la dilatation dans la direction Z à haute température.De plus, le nickelage autocatalytique / immersion dans l'or peut également empêcher la dissolution du cuivre, ce qui sera bénéfique pour un assemblage sans plomb.Le processus général de nickelage autocatalytique / processus de lixiviation à l'or est le suivant : nettoyage acide → microgravure → préimprégné → activation → nickelage autocatalytique → lixiviation à l'or autocatalytique.Il y a principalement 6 réservoirs de produits chimiques, impliquant près de 100 produits chimiques, de sorte que le contrôle du processus est difficile.
4. Processus de lixiviation de l'argent
Entre le revêtement organique et le nickelage autocatalytique/la lixiviation de l'or, le procédé est relativement simple et rapide ;Ce n'est pas aussi compliqué que le nickelage autocatalytique / l'immersion dans l'or, et cela ne met pas non plus une épaisse couche d'armure sur le PCB, mais cela peut toujours fournir de bonnes performances électriques.L'argent est le petit frère de l'or.Même s'il est exposé à la chaleur, à l'humidité et à la pollution, l'argent peut toujours conserver une bonne soudabilité, mais il perdra de son éclat.L'immersion en argent n'a pas la bonne résistance physique du nickelage autocatalytique / immersion en or car il n'y a pas de nickel sous la couche d'argent.De plus, l'imprégnation d'argent a une bonne propriété de stockage et il n'y aura pas de gros problème lorsqu'elle sera mise en assemblage pendant plusieurs années après l'imprégnation d'argent.L'imprégnation d'argent est une réaction de déplacement, qui est un revêtement d'argent pur presque submicronique.Parfois, certaines substances organiques sont incluses dans le processus de lixiviation de l'argent, principalement pour empêcher la corrosion de l'argent et éliminer la migration de l'argent ;Il est généralement difficile de mesurer cette fine couche de matière organique, et l'analyse montre que le poids de l'organisme est inférieur à 1 %.
5. Immersion dans l'étain
Étant donné que toutes les soudures sont à base d'étain, la couche d'étain peut correspondre à n'importe quel type de soudure.De ce point de vue, le procédé de trempage à l'étain a de grandes perspectives de développement.Cependant, des moustaches d'étain apparaissent après que le PCB précédent a été plongé dans l'étain.Au cours du processus de soudage, la migration des trichites d'étain et de l'étain entraînera des problèmes de fiabilité.Par conséquent, l'utilisation du procédé de trempage à l'étain est limitée.Plus tard, des additifs organiques ont été ajoutés à la solution d'immersion d'étain, ce qui peut donner à la structure de la couche d'étain une apparence granulaire, surmonter les problèmes précédents et avoir une bonne stabilité thermique et une bonne soudabilité.Le processus de trempage à l'étain peut former un composé intermétallique plat de cuivre et d'étain, ce qui confère au trempage à l'étain la même bonne soudabilité que le nivellement à l'air chaud sans le mal de tête de la planéité causé par le nivellement à l'air chaud ;Il n'y a pas de problème de diffusion entre le nickelage autocatalytique / les métaux trempés dans l'or dans le trempage à l'étain - les composés intermétalliques cuivre-étain peuvent être fermement liés ensemble.La plaque d'immersion en étain ne doit pas être stockée trop longtemps et le montage doit être effectué selon la séquence d'immersion en étain.
6. Autres procédés de traitement de surface
Les autres procédés de traitement de surface sont moins appliqués.Les procédés de placage nickel-or et de placage autocatalytique au palladium qui sont relativement plus appliqués sont les suivants.Le nickelage à l'or est à l'origine du processus de traitement de surface des PCB.Il est apparu depuis l'apparition du PCB, et a progressivement évolué vers d'autres méthodes.Il consiste à enduire d'abord le conducteur sur la surface du PCB d'une couche de nickel puis d'une couche d'or.Le nickelage sert principalement à empêcher la diffusion entre l'or et le cuivre.Il existe actuellement deux types de placage à l'or nickel: le placage à l'or doux (or pur, la surface en or n'a pas l'air brillante) et le placage à l'or dur (la surface est lisse et dure, résistante à l'usure, contient du cobalt et d'autres éléments, et le la surface dorée semble brillante).L'or doux est principalement utilisé pour le fil d'or lors de l'emballage des puces;L'or dur est principalement utilisé pour l'interconnexion électrique aux endroits non soudés.Compte tenu du coût, l'industrie utilise souvent la méthode de transfert d'image pour le placage sélectif afin de réduire l'utilisation de l'or.
À l'heure actuelle, l'utilisation du placage d'or sélectif dans l'industrie continue d'augmenter, ce qui est principalement dû à la difficulté de contrôler le processus de nickelage autocatalytique / lixiviation de l'or.Dans des circonstances normales, le soudage entraînera une fragilisation de l'or plaqué, ce qui raccourcira la durée de vie.Par conséquent, la soudure sur de l'or plaqué doit être évitée ;Cependant, en raison de l'or fin et constant du nickelage autocatalytique / immersion dans l'or, la fragilisation se produit rarement.Le processus de placage de palladium autocatalytique est similaire à celui du placage de nickel autocatalytique.Le processus principal consiste à réduire les ions palladium en palladium sur la surface catalytique à l'aide d'un agent réducteur (tel que l'hypophosphite dihydrogène de sodium).Le palladium nouvellement formé peut devenir un catalyseur pour favoriser la réaction, de sorte que n'importe quelle épaisseur de revêtement de palladium peut être obtenue.Les avantages du placage autocatalytique au palladium sont une bonne fiabilité de soudage, une stabilité thermique et une planéité de surface.
Sélection du procédé de traitement de surface
Le choix du procédé de traitement de surface dépend principalement du type de composants assemblés finaux ;Le processus de traitement de surface affectera la production, l'assemblage et l'utilisation finale des PCB.Ce qui suit présentera spécifiquement les occasions d'application des cinq processus de traitement de surface courants.
1. Nivellement à air chaud
Le nivellement à l'air chaud jouait autrefois un rôle majeur dans le processus de traitement de surface des PCB.Dans les années 1980, plus des trois quarts des PCB utilisaient la technologie de nivellement à air chaud.Cependant, l'industrie a réduit l'utilisation de la technologie de nivellement à air chaud au cours de la dernière décennie.On estime qu'environ 25 à 40 % des PCB utilisent actuellement la technologie de nivellement à air chaud.Le processus de nivellement à air chaud est sale, malodorant et dangereux, il n'a donc jamais été un processus préféré.Cependant, le nivellement à l'air chaud est un excellent processus pour les composants plus grands et les fils avec un espacement plus important.Dans le PCB à haute densité, la planéité du nivellement à air chaud affectera l'assemblage ultérieur;Par conséquent, le processus de nivellement à air chaud n'est généralement pas utilisé pour les panneaux HDI.Avec les progrès de la technologie, le processus de nivellement à air chaud adapté à l'assemblage de QFP et de BGA avec un espacement plus petit est apparu dans l'industrie, mais l'application réelle est moindre.À l'heure actuelle, certaines usines utilisent un revêtement organique et un processus de nickelage autocatalytique / trempage à l'or pour remplacer le processus de nivellement à l'air chaud ;L'évolution technologique a également conduit certaines usines à adopter des procédés d'imprégnation à l'étain et à l'argent.Avec la tendance sans plomb de ces dernières années, l'utilisation du nivellement à air chaud est encore plus restreinte.Bien que le nivellement à air chaud dit sans plomb ait fait son apparition, il peut impliquer la compatibilité des équipements.
2. Revêtement organique
On estime qu'à l'heure actuelle, environ 25 % à 30 % des PCB utilisent la technologie de revêtement organique, et la proportion a augmenté (il est probable que le revêtement organique ait maintenant dépassé le nivellement à l'air chaud en premier lieu).Le processus de revêtement organique peut être utilisé pour les PCB low-tech ou high-tech, tels que les PCB TV simple face et les panneaux d'emballage de puces haute densité.Pour BGA, le revêtement organique est également largement utilisé.Si le PCB n'a pas d'exigences fonctionnelles pour la connexion de surface ou la période de stockage, le revêtement organique sera le processus de traitement de surface le plus idéal.
3. Nickelage autocatalytique / nickelage autocatalytique par immersion dans l'or / processus d'immersion dans l'or
Différent du revêtement organique, il est principalement utilisé sur les cartes avec des exigences fonctionnelles pour la connexion et une longue durée de stockage sur la surface, telles que la zone clé du téléphone portable, la zone de connexion de bord de la coque du routeur et la zone de contact électrique de la connexion élastique du processeur de puce.En raison de la planéité du nivellement à air chaud et de l'élimination du flux de revêtement organique, le nickelage autocatalytique / imprégnation à l'or a été largement utilisé dans les années 1990;Plus tard, en raison de l'apparition d'un disque noir et d'un alliage de nickel-phosphore cassant, l'application du procédé de placage au nickel autocatalytique / trempage à l'or a été réduite.Cependant, à l'heure actuelle, presque toutes les usines de circuits imprimés de haute technologie disposent d'une ligne de trempage au nickel/or autocatalytique.Si l'on considère que le joint de soudure deviendra cassant lorsque le composé intermétallique de cuivre-étain sera retiré, de nombreux problèmes se produiront au niveau du composé intermétallique de nickel-étain relativement fragile.Par conséquent, presque tous les produits électroniques portables (tels que les téléphones portables) utilisent des joints de soudure composés intermétalliques de cuivre et d'étain formés par un revêtement organique, une immersion dans l'argent ou une immersion dans l'étain, tandis que le nickelage autocatalytique / l'immersion dans l'or est utilisé pour former des zones clés, des zones de contact et un blindage EMI. domaines.On estime qu'à l'heure actuelle, environ 10 % à 20 % des PCB utilisent un procédé de nickelage autocatalytique / d'imprégnation à l'or.
4. Immersion argentique
C'est moins cher que le nickelage autocatalytique / l'immersion dans l'or.Si le PCB a des exigences fonctionnelles et doit réduire les coûts, l'immersion en argent est un bon choix ;En plus de la bonne planéité et du bon contact de l'imprégnation à l'argent, le procédé d'imprégnation à l'argent doit être sélectionné.L'immersion en argent est largement utilisée dans les produits de communication, les automobiles et les périphériques informatiques, ainsi que dans la conception de signaux à grande vitesse.L'imprégnation d'argent peut également être utilisée dans les signaux haute fréquence en raison de ses excellentes propriétés électriques qui ne peuvent être égalées par d'autres traitements de surface.EMS recommande le processus d'imprégnation à l'argent car il est facile à assembler et offre une bonne capacité d'inspection.Cependant, en raison des défauts tels que le ternissement et le trou de soudure dans l'imprégnation d'argent, sa croissance est lente (mais pas diminuée).On estime qu'environ 10 à 15 % des PCB utilisent actuellement un procédé d'imprégnation à l'argent.
5. Immersion dans l'étain
Cela fait près de dix ans que l'étain a été introduit dans le processus de traitement de surface.L'apparition de ce processus est le résultat des exigences de l'automatisation de la production.L'imprégnation à l'étain n'apporte aucun élément nouveau dans le poste de soudage et convient particulièrement au fond de panier de communication.L'étain perdra sa soudabilité au-delà de la période de stockage de la carte, de meilleures conditions de stockage sont donc nécessaires pour l'immersion dans l'étain.De plus, l'utilisation du procédé d'imprégnation à l'étain est limitée en raison des substances cancérigènes.On estime qu'environ 5 à 10 % des PCB utilisent actuellement le procédé de trempage à l'étain.V Conclusion : avec les exigences de plus en plus élevées des clients, des exigences environnementales de plus en plus strictes et de plus en plus de procédés de traitement de surface, il semble qu'il soit un peu déroutant et déroutant de choisir le procédé de traitement de surface avec de meilleures perspectives de développement et une universalité plus forte.Il est actuellement impossible de prédire avec précision où ira le processus de traitement de surface des PCB à l'avenir.Dans tous les cas, répondre aux exigences des clients et protéger l'environnement doit être une priorité !