در فرآیند تولید PCB، فناوری تصفیه سطح نه تنها بر قابلیت لحیم کاری و مقاومت در برابر خوردگی PCB تأثیر میگذارد، بلکه تأثیر عمیقی بر عملکرد الکتریکی و قابلیت اطمینان طولانی مدت- آن دارد. با پیشرفت سریع فناوری الکترونیک،فرآیندهای تصفیه سطح PCBبه طور مداوم در حال تکامل هستند تا الزامات عملکرد بالاتر و استانداردهای زیست محیطی را برآورده کنند.
تسطیح هوای گرم
تسطیح هوای گرم، همچنین به عنوان تسطیح لحیم کاری با هوای گرم شناخته می شود، که معمولا به عنوان اسپری قلع شناخته می شود. این فرآیند شامل پوشش دادن سطح PCB با لحیم سرب قلع مذاب است - امروزه به دلیل الزامات زیست محیطی از لحیم کاری بدون سرب استفاده می شود. سپس از هوای فشرده گرم شده برای تراز کردن لحیم استفاده می شود و یک لایه پوششی تشکیل می دهد که می تواند به طور موثر در برابر اکسیداسیون مس مقاومت کند و لحیم کاری عالی را ارائه دهد. در طول تهویه مطبوع گرم، لحیم کاری با مس در تعامل است و یک ترکیب فلزی قلع مس در محل اتصال ایجاد می کند، با ضخامت تقریباً 1-2 میل.
این فرآیند به دو نوع عمودی و افقی تقسیم می شود. پوشش افقی به دلیل پوشش یکنواخت تر و توانایی دستیابی به تولید خودکار به طور گسترده دارای مزایایی است. فرآیند کلی شامل مراحلی مانند میکرو اچینگ، پیش گرم کردن، پوشش فلاکس، اسپری قلع و تمیز کردن است. فرآیند تسطیح هوای گرم بالغ، با عرضه کافی، هزینه نسبتا کم، و جوش پذیری خوب، مناسب برای لحیم کاری بدون سرب است و یکی از روش های تصفیه سطحی است که به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، سطح آن به اندازه کافی صاف نیست، و جوش دادن اجزای گام ریز را دشوار می کند، و سرب حاوی HASL نیز با مشکلات زیست محیطی مواجه است.
پوشش ارگانیک
پوشش آلی فرآیند رشد شیمیایی یک لایه از فیلم آلی بر روی یک سطح مسی تمیز است. این لایه از فیلم مانند یک محافظ وفادار است، با مقاومت در برابر اکسیداسیون، مقاومت در برابر شوک حرارتی و مقاومت در برابر رطوبت، که می تواند به طور موثر سطح مس را از خوردگی مانند اکسیداسیون یا ولکانیزاسیون در محیط های معمولی محافظت کند. در همان زمان، در محیط جوشکاری در دمای بالا، میتوان آن را به سرعت توسط شار حذف کرد و راه را برای کار جوشکاری باز کرد.
فرآیند پوشش ارگانیک به دلیل مزایای قابل توجه فرآیند ساده و هزینه کم به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است. مولکولهای اولیه پوشش آلی عمدتاً ایمیدازول و بنزوتریازول بودند که اثرات ضد زنگ داشتند. امروزه مولکول های جدید عمدتاً بنزیمیدازول هستند. برای اطمینان از توانایی مقاومت در برابر لحیم کاری مجدد، چندین لایه پوشش آلی باید روی سطح مس تشکیل شود که نیاز به افزودن مایع مس در حمام شیمیایی دارد. ابتدا لایه اول را که مس را جذب می کند، بپوشانید. سپس، لایه دوم مولکول های پوشش آلی با مس ترکیب می شود و لایه به لایه روی هم قرار می گیرد تا ساختاری از بیست یا حتی صدها مجموعه مولکول پوشش آلی تشکیل شود. اما مقاومت به خوردگی پوشش OSP نسبتاً ضعیف است و باید به شرایط نگهداری و استفاده توجه ویژه داشت.
آبکاری نیکل شیمیایی/طلا غوطه ور
فرآیند آبکاری نیکل الکترولس/غوطه ور شدن طلا یک لایه با دقت پیچیده شده از آلیاژ طلای نیکل ضخیم و عالی از نظر الکتریکی بر روی سطح مس است، مانند قرار دادن یک "زره" قوی روی PCB، که می تواند محافظت قابل اعتمادی را برای مدت طولانی از PCB ارائه دهد. برخلاف OSP که فقط به عنوان یک لایه مانع ساده ضد زنگ عمل می کند، آبکاری نیکل الکترولس/طلای غوطه وری می تواند عملکرد الکتریکی خوبی را در طول استفاده طولانی مدت از PCB حفظ کند و مقاومت قوی تری در برابر تغییرات محیطی داشته باشد.
دلیل آبکاری نیکل این است که بین طلا و مس انتشار متقابل وجود دارد و لایه نیکل می تواند به عنوان یک مانع قوی برای جلوگیری از انتشار موثر عمل کند. بدون مانع یک لایه نیکل، طلا ممکن است در عرض چند ساعت به مس پخش شود. علاوه بر این، آبکاری نیکل الکترولس/طلای غوطه وری دارای مزایای بسیاری مانند استحکام بالای نیکل است. فقط نیکل با ضخامت 5 میلی متر می تواند به طور موثر انبساط در جهت Z را در دماهای بالا کنترل کند، در حالی که از انحلال مس نیز جلوگیری می کند، که به ویژه برای لحیم کاری{4} بدون سرب مفید است. فرآیند کلی این فناوری شامل مراحلی مانند اسیدکاری و تمیز کردن، میکرو اچینگ، پیش غوطه وری، فعال سازی، آبکاری شیمیایی نیکل و غوطه وری شیمیایی طلا می باشد. این فرآیند شامل شش مخزن شیمیایی و نزدیک به صد ماده شیمیایی است که فرآیند را نسبتاً پیچیده می کند.
غوطه ور شدن در نقره
فرآیند غوطه وری نقره بین OSP و آبکاری نیکل/طلا الکترولس است و فرآیند آن نسبتاً ساده و سریع است. غوطه ور شدن نقره در واقع از طریق واکنش های جابجایی به دست می آید و یک لایه پوشش نقره خالص در سطح تقریباً زیر میکرون روی سطح PCB تشکیل می شود. گاهی اوقات برخی از ترکیبات آلی در طول فرآیند غوطه وری نقره اضافه می شود، عمدتا برای جلوگیری از خوردگی نقره و از بین بردن مشکلات مهاجرت نقره. با این حال، اندازه گیری دقیق این لایه نازک از ترکیبات آلی معمولاً دشوار است و تجزیه و تحلیل نشان می دهد که نسبت وزنی آن کمتر از 1٪ است.
حتی زمانی که در معرض محیط های پیچیده مانند گرما، رطوبت و آلودگی قرار می گیرد، لایه نقره ای تشکیل شده توسط فرآیند غوطه وری همچنان می تواند خواص الکتریکی و جوش پذیری خوبی از خود نشان دهد، اما درخشندگی آن ممکن است کاهش یابد. به دلیل عدم وجود لایه نیکل در زیر لایه نقره، نقره غوطه ور از نظر فیزیکی به اندازه آبکاری نیکل الکترولس/طلای غوطه وری قوی نیست.
فرو بردن قلع
با توجه به اینکه همه مواد لحیم کاری در حال حاضر بر پایه قلع هستند و لایه قلع می تواند کاملاً با هر نوع لحیم کاری مطابقت داشته باشد، از این منظر، فرآیند غوطه وری قلع چشم انداز توسعه گسترده ای دارد. با این حال، در گذشته، PCBهای تحت درمان با تکنولوژی غوطه وری قلع مستعد مشکلات سبیل قلع بودند. در طول فرآیند لحیم کاری، پدیده مهاجرت سبیل قلع و قلع چالش های جدی برای قابلیت اطمینان ایجاد کرد که کاربرد فناوری غوطه وری قلع را بسیار محدود کرد. بعداً، با افزودن مواد افزودنی آلی به محلول غوطهوری قلع، ساختار لایه قلع با موفقیت به ذرات تبدیل شد و به طور مؤثر بر مشکلات ذکر شده غلبه کرد و همچنین فرآیند غوطهوری قلع را با پایداری حرارتی و لحیمکاری خوب اعطا کرد.
فرآیند غوطه وری قلع می تواند ترکیبات بین فلزی قلع مس مسطح را تشکیل دهد، که باعث می شود قلع غوطه ور را از نظر جوش پذیری با تسطیح هوای گرم مقایسه کند، بدون مشکلات مسطح بودن که با تسطیح هوای داغ مشکل ساز است، و بدون خطرات پنهان انتشار فلز در آبکاری نیکل شیمیایی/طلا غوطه ور شود. با این حال، زمان نگهداری صفحات قلع غوطه ور محدود است و اگر برای مدت طولانی باقی بماند، اکسید قلع روی سطح آنها تشکیل می شود که بر اثر جوشکاری تاثیر می گذارد. بنابراین لازم است در هنگام مونتاژ، ترتیب غوطه وری قلع را به شدت رعایت کنید.
سایر فرآیندهای تصفیه سطح
طلای نیکل آبکاری شده
آبکاری نیکل طلا را می توان به عنوان "برادر بزرگتر" فناوری تصفیه سطح pcb در نظر گرفت که از زمان تولد PCB وجود داشته است و به تدریج فرآیندهای دیگر را به دست آورده است. این فرآیند شامل آبکاری یک لایه نیکل بر روی سطح هادی PCB و به دنبال آن آبکاری یک لایه طلا است. عملکرد اصلی آبکاری نیکل جلوگیری از انتشار بین طلا و مس است. امروزه، طلای نیکل آبکاری شده عمدتاً به دو دسته تقسیم می شود: یکی آبکاری طلای نرم است که عمدتاً برای آبکاری سیم طلا در هنگام بسته بندی تراشه استفاده می شود. نوع دیگر آبکاری طلای سخت است که عمدتاً برای اتصال الکتریکی در اتصالات غیر لحیم کاری مانند انگشتان طلا استفاده می شود. لازم به ذکر است که در شرایط عادی، عملیات جوشکاری ممکن است باعث شکننده شدن طلای آبکاری شده شود و در نتیجه عمر مفید آن را کاهش دهد. بنابراین تا حد امکان باید از جوشکاری روی طلای آبکاری شده خودداری شود. با این حال، احتمال تردی در طلای آبکاری/غوطهوری نیکل الکترولس به دلیل لایه نازک و یکنواخت طلا نسبتاً کم است.
آبکاری پالادیوم شیمیایی
فرآیند آبکاری پالادیوم الکترولس کاملاً شبیه به آبکاری نیکل الکترولس است. اصل اصلی استفاده از یک عامل احیا کننده مانند سدیم دی هیدروژن فسفات برای کاهش یون های پالادیوم به پالادیوم در سطح فعال کاتالیزوری است. پالادیوم تازه تولید شده همچنین می تواند به عنوان یک کاتالیزور برای ترویج واکنش پیوسته عمل کند و در نتیجه لایه های آبکاری پالادیوم با هر ضخامتی را به دست آورد. آبکاری پالادیوم شیمیایی دارای مزایای قابلیت اطمینان جوش بالا، پایداری حرارتی خوب و صافی سطح عالی است. با این حال، پالادیوم یک فلز گرانبها نسبتا کمیاب است که منجر به هزینه نسبتاً بالایی برای این فرآیند می شود.