Avec l'amélioration continue des exigences humaines pour le cadre de vie, les problèmes environnementaux impliqués dans le processus de production des 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, ce qui semble être une chose lointaine, il convient de noter que des changements lents à long terme entraîneront de grands changements.Avec les appels croissants à la protection de l'environnement, le processus de traitement de surface des PCB va certainement changer radicalement à l'avenir.
But du traitement de surface
L'objectif le plus 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, il doit donc être traité d'une autre manière.Bien que dans l'assemblage ultérieur, un flux puissant puisse être utilisé pour éliminer la plupart des oxydes de cuivre, le flux puissant lui-même n'est pas facile à éliminer, 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, les plus courants sont 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 ci-dessous.
1. Nivellement à air chaud
Le nivellement à l'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 circuit imprimé 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 .Après nivellement à l'air chaud, la soudure et le cuivre forment un composé intermétallique cuivre-étain à la jonction.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;Le couteau à vent peut minimiser le ménisque de 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.D'une manière générale, 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 → revêtement de flux → 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 ;Le processus de revêtement organique est simple et le coût est faible, ce qui le rend largement utilisé dans l'industrie.Les premières molécules de revêtement organique sont l'imidazole et le benzotriazole, qui jouent un rôle antirouille.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, 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 ou même des centaines de molécules de revêtement organique soient concentrées sur la surface de cuivre, ce qui peut assurer une soudure par refusion multiple.Le test montre que le dernier procédé 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 dégraissage → la micro-gravure → le décapage → le nettoyage à l'eau pure → le revêtement organique → le nettoyage, et le contrôle du processus est plus facile que les autres processus de traitement de surface.
3. Nickelage autocatalytique / immersion dans l'or : procédé de nickelage autocatalytique / immersion dans l'or
Contrairement au revêtement organique, le nickelage autocatalytique / l'immersion dans l'or semble mettre une armure épaisse sur le PCB ;De plus, le processus de nickelage autocatalytique / immersion dans l'or n'est pas comme le revêtement organique en tant que couche barrière antirouille, ce qui 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 les PCB pendant une longue période;De plus, il a également la tolérance à l'environnement 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.S'il n'y a pas de couche de nickel, l'or se diffusera dans le cuivre en quelques heures.Un autre avantage du nickelage autocatalytique / immersion dans l'or est la résistance du nickel.Seul le nickel d'une épaisseur de 5 microns peut 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 à l'acide → microgravure → préimprégné → activation → nickelage autocatalytique → lixiviation chimique à l'or.Il y a principalement 6 réservoirs de produits chimiques, impliquant près de 100 produits chimiques, de sorte que le contrôle du processus est relativement difficile.
4. Processus d'immersion en argent par immersion dans l'argent
Entre revêtement organique et immersion nickel/or autocatalytique, le procédé est relativement simple et rapide ;Ce n'est pas aussi complexe que le nickelage autocatalytique / immersion dans l'or, ni une armure épaisse pour PCB, mais il peut toujours fournir de bonnes performances électriques.L'argent est le petit frère de l'or.Même lorsqu'il est exposé à la chaleur, à l'humidité et à la pollution, l'argent peut 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 à l'argent a de bonnes propriétés de stockage et il n'y aura pas de problèmes majeurs lors de son assemblage pendant quelques années après l'imprégnation à l'argent.L'immersion 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 d'immersion 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, dans le passé, le PCB apparaissait comme des barbes d'étain après le processus de trempage à l'étain, et la migration des barbes d'étain et de l'étain pendant le processus de soudage posait des problèmes de fiabilité, de sorte que l'utilisation du processus de trempage à l'étain était 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 structure granulaire, surmonter les problèmes précédents et également 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 permet au trempage à l'étain d'avoir 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 ;L'immersion dans l'étain n'a pas non plus de problème de diffusion entre le nickelage autocatalytique / les métaux d'immersion en or - les composés intermétalliques cuivre-étain peuvent être fermement combinés.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.Examinons les procédés de placage nickel-or et de placage autocatalytique au palladium qui sont relativement plus appliqués.Le nickelage or est à l'origine de la technologie de traitement de surface des PCB.Il est apparu depuis l'émergence du PCB, et a progressivement évolué vers d'autres méthodes depuis lors.Il s'agit de déposer d'abord une couche de nickel sur le conducteur de surface du circuit imprimé, puis une couche d'or.Le nickelage sert principalement à empêcher la diffusion entre l'or et le cuivre.Il existe 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 la surface en or semble brillant).L'or doux est principalement utilisé pour fabriquer des fils d'or lors de l'emballage des puces;L'or dur est principalement utilisé pour l'interconnexion électrique à des endroits non soudés.Compte tenu du coût, l'industrie procède souvent à un placage sélectif par transfert d'image pour 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 conduira à la fragilisation de l'or plaqué, ce qui raccourcira la durée de vie, il est donc nécessaire d'éviter de souder sur l'or plaqué;Cependant, étant donné que l'or dans le nickelage autocatalytique / immersion dans l'or est très mince et cohérent, 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 généré 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.
quatre
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'utilisation 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, mais 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 désormais 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 il est rarement appliqué dans la pratique.À l'heure actuelle, certaines usines utilisent un revêtement organique et un procédé de trempage nickel/or autocatalytique pour remplacer le procédé 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.De plus, la tendance du sans plomb ces dernières années a encore restreint l'utilisation du nivellement à air chaud.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 cette proportion est en augmentation (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 sur les PCB low-tech et les PCB high-tech, tels que les PCB TV simple face et les cartes 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 / immersion dans l'or : procédé de nickelage autocatalytique / immersion dans l'or
Contrairement au revêtement organique, il est principalement utilisé sur les cartes avec des exigences fonctionnelles de connexion et une longue durée de vie en surface, telles que la zone clé des téléphones mobiles, la zone de connexion de bord de la coque du routeur et la zone de contact électrique de la connexion élastique de la puce processeurs.En raison de la planéité du nivellement à air chaud et de l'élimination du flux de revêtement organique, le nickelage autocatalytique / immersion dans 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 nickel-phosphore cassant, l'application du processus de placage au nickel / trempage à l'or a été réduite.Cependant, à l'heure actuelle, presque toutes les usines de circuits imprimés de haute technologie disposent de lignes de nickelage autocatalytique / de trempage à l'or.Si l'on considère que le joint de soudure deviendra cassant lors du retrait du composé intermétallique de cuivre-étain, 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 / trempage 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 de connexion 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'immersion à l'argent, le procédé d'immersion à l'argent doit être sélectionné.L'immersion en argent est largement utilisée dans les produits de communication, les automobiles, 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 inégalées par d'autres traitements de surface.EMS recommande le processus d'immersion à l'argent car il est facile à assembler et offre une bonne capacité d'inspection.Cependant, en raison de défauts tels que le ternissement et le trou de soudure dans l'immersion d'argent, sa croissance est lente (mais pas diminuée).On estime qu'à l'heure actuelle, environ 10 à 15 % des PCB utilisent un procédé d'imprégnation à l'argent.
5. Immersion dans l'étain
L'étain a été introduit dans le procédé de traitement de surface depuis près d'une décennie, et l'émergence de ce procédé est le résultat des exigences de l'automatisation de la production.L'immersion dans l'étain n'apporte aucun élément nouveau dans le joint de soudure, ce qui est particulièrement adapté 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'immersion dans l'étain est restreinte en raison de la présence de substances cancérigènes.On estime qu'à l'heure actuelle, environ 5 à 10 % des PCB utilisent 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 quel procédé de traitement de surface avec des perspectives d'évolution et une polyvalence plus forte.Il est impossible de prédire exactement où la technologie de traitement de surface des PCB ira à l'avenir.Dans tous les cas, répondre aux exigences des clients et protéger l'environnement doit être une priorité !