Vo výrobnom procese PCB technológia povrchovej úpravy ovplyvňuje nielen spájkovateľnosť a odolnosť PCB voči korózii, ale má tiež výrazný vplyv na jej elektrický výkon a dlhodobú-spoľahlivosť. S rýchlym rozvojom elektronických technológií,procesy povrchovej úpravy PCBsa neustále vyvíjajú, aby spĺňali vyššie požiadavky na výkon a environmentálne normy.
Teplovzdušné vyrovnávanie
Vyrovnávanie horúcim vzduchom, tiež známe ako vyrovnávanie horúcovzdušnou spájkou, bežne známe ako striekanie cínu. Tento proces zahŕňa potiahnutie povrchu dosky plošných spojov roztavenou cínovou olovenou spájkou - v súčasnosti sa z dôvodu environmentálnych požiadaviek častejšie používa bezolovnatá{2}}spájka. Potom sa na vyrovnanie spájky použije zohriaty stlačený vzduch, čím sa vytvorí povlaková vrstva, ktorá účinne odoláva oxidácii medi a poskytuje vynikajúcu spájkovateľnosť. Počas horúcej klimatizácie dochádza k interakcii spájky s meďou za vzniku kovovej zlúčeniny medi a cínu v mieste spojenia s hrúbkou približne 1-2 mil.
Tento proces je rozdelený na vertikálne a horizontálne typy. Vo všeobecnosti sa predpokladá, že horizontálne poťahovanie má výhody vďaka jeho rovnomernejšiemu poťahovaniu a schopnosti dosiahnuť automatizovanú výrobu. Všeobecný proces zahŕňa kroky ako mikroleptanie, predhrievanie, nanášanie taviva, striekanie cínu a čistenie. Proces vyrovnávania horúcim vzduchom je vyspelý, s dostatočnou zásobou, relatívne nízkymi nákladmi a dobrou zvárateľnosťou, vhodný na bezolovnaté{3}}spájkovanie a je jednou z široko používaných metód povrchovej úpravy v priemysle. Jeho povrch však nie je dostatočne hladký, čo sťažuje zváranie komponentov s jemným rozstupom a olovo obsahujúce HASL tiež čelí environmentálnym problémom.
Organický povlak
Organický povlak je proces chemického pestovania vrstvy organického filmu na čistom holom medenom povrchu. Táto vrstva filmu je ako verný strážca s odolnosťou proti oxidácii, tepelným šokom a odolnosťou proti vlhkosti, ktorá môže účinne chrániť medený povrch pred koróziou, ako je oxidácia alebo vulkanizácia v normálnych prostrediach. Zároveň ho možno v následnom vysokoteplotnom zváracom prostredí rýchlo odstrániť pomocou taviva, čím sa uvoľní miesto pre zváracie práce.
Proces organického poťahovania je široko používaný v priemysle kvôli jeho významným výhodám jednoduchého procesu a nízkej cene. Prvé organické povlakové molekuly boli väčšinou imidazol a benzotriazol, ktoré mali antikorózne účinky. V súčasnosti sú novými molekulami hlavne benzimidazol. Aby sa zabezpečila schopnosť odolať viacnásobnému spájkovaniu pretavením, na povrchu medi je potrebné vytvoriť viacero vrstiev organického povlaku, čo si vyžaduje pridanie medenej kvapaliny do chemického kúpeľa. Najprv naneste prvú vrstvu, ktorá adsorbuje meď. Potom sa druhá vrstva molekúl organického povlaku spojí s meďou a ukladá sa vrstva po vrstve, kým sa nevytvorí štruktúra dvadsiatich alebo dokonca stoviek zostáv organických povlakových molekúl. Odolnosť povlaku OSP proti korózii je však relatívne slabá a osobitná pozornosť by sa mala venovať podmienkam počas skladovania a používania.
Chemické poniklovanie/ponorové zlato
Proces bezprúdového niklovania/ponorenia zlata je starostlivo zabalená vrstva hrubej a elektricky vynikajúcej zliatiny niklového zlata na medený povrch, ako keď sa na dosku plošných spojov nanesie silné „brnenie“, ktoré môže doskovej dosky poskytnúť spoľahlivú ochranu na dlhú dobu. Na rozdiel od OSP, ktoré slúži len ako jednoduchá ochranná vrstva proti korózii, si bezprúdové poniklovanie/ponorné zlato môže zachovať dobrý elektrický výkon počas dlhodobého-používania dosiek s plošnými spojmi a má väčšiu odolnosť voči zmenám prostredia.
Dôvodom pokovovania niklom je vzájomná difúzia medzi zlatom a meďou a vrstva niklu môže pôsobiť ako silná bariéra, ktorá tejto difúzii účinne zabráni. Bez bariéry vo forme niklovej vrstvy môže zlato difundovať do medi v priebehu niekoľkých hodín. Okrem toho má bezprúdové poniklovanie/ponorné zlato mnoho výhod, ako je vysoká pevnosť niklu. Nikel s hrúbkou iba 5 um dokáže účinne kontrolovať expanziu v smere Z pri vysokých teplotách a zároveň zabraňuje rozpúšťaniu medi, čo je obzvlášť výhodné pre bezolovnaté spájkovanie-. Všeobecný proces tejto technológie zahŕňa kroky, ako je morenie a čistenie kyselinou, mikroleptanie, predbežné ponorenie, aktivácia, chemické niklovanie a chemické ponáranie do zlata. Proces zahŕňa šesť chemických nádrží a takmer sto chemikálií, čo robí proces pomerne zložitým.
Ponorenie do striebra
Proces ponorenia do striebra je medzi OSP a bezprúdovým niklom/zlatením a jeho proces je relatívne jednoduchý a rýchly. Ponorenie do striebra sa v skutočnosti dosahuje pomocou vytesňovacích reakcií, pričom sa na povrchu dosky plošných spojov vytvorí takmer submikrónová vrstva čistého striebra. Niekedy sa niektoré organické zlúčeniny pridávajú počas procesu ponorenia do striebra, hlavne na zabránenie korózie striebra a odstránenie problémov s migráciou striebra. Táto tenká vrstva organických zlúčenín sa však zvyčajne ťažko presne zmeria a analýza ukazuje, že jej hmotnostný podiel je menší ako 1 %.
Aj keď je strieborná vrstva vytvorená procesom ponorenia vystavená zložitým prostrediam, ako je teplo, vlhkosť a znečistenie, môže stále vykazovať dobré elektrické vlastnosti a zvárateľnosť, ale jej lesk sa môže znížiť. Kvôli absencii niklovej vrstvy pod striebornou vrstvou nie je ponorné striebro tak fyzicky silné ako bezprúdové poniklovanie/ponorné zlato.
namáčanie cínu
Vzhľadom na to, že všetky spájkovacie materiály sú v súčasnosti na báze cínu a vrstva cínu sa môže dokonale zhodovať s akýmkoľvek typom spájky, z tohto pohľadu má proces ponorného cínu široké perspektívy vývoja. Avšak v minulosti boli dosky plošných spojov ošetrené technológiou namáčania cínu náchylné na problémy s cínovými fúzmi. Počas procesu spájkovania predstavovali javy migrácie cínu a migrácie cínu vážne problémy so spoľahlivosťou, čo značne obmedzovalo použitie technológie namáčania cínu. Neskôr, pridaním organických prísad do roztoku na ponorenie do cínu, sa štruktúra cínovej vrstvy úspešne premenila na častice, čím sa účinne prekonali vyššie-spomínané ťažkosti a proces ponárania do cínu sa tiež vybavil dobrou tepelnou stabilitou a spájkovateľnosťou.
Proces imerzného cínu môže vytvárať ploché intermetalické zlúčeniny medi a cínu, vďaka čomu je imerzný cín porovnateľný s niveláciou horúcim vzduchom, pokiaľ ide o zvariteľnosť, bez problémov s rovinnosťou, ktoré sú problematické pri vyrovnávaní horúcim vzduchom, a bez skrytých nebezpečenstiev difúzie kovu pri chemickom pokovovaní niklom/ponorením zlata. Doba skladovania ponorných cínových platní je však obmedzená a pri príliš dlhom ponechaní sa na ich povrchu vytvorí oxid cínu, ktorý ovplyvní efekt zvárania. Preto je potrebné pri montáži dôsledne dodržiavať poradie ponorného plechu.
Iné procesy povrchovej úpravy
Galvanicky pokovované niklové zlato
Galvanické pokovovanie niklovým zlatom možno považovať za „staršieho brata“ technológie povrchovej úpravy PCB, ktorá existuje od zrodu PCB a postupne odvodených ďalších procesov. Tento proces zahŕňa galvanické pokovovanie vrstvy niklu na povrchu vodiča PCB, po ktorom nasleduje galvanické pokovovanie vrstvy zlata. Hlavnou funkciou niklovania je zabrániť difúzii medzi zlatom a meďou. V súčasnosti sa galvanicky pokovované niklové zlato delí hlavne do dvoch kategórií: jedna je pokovovanie mäkkým zlatom, ktoré sa používa hlavne na pokovovanie zlatým drôtom počas balenia čipov; Ďalším typom je tvrdé pozlátenie, ktoré sa používa hlavne na elektrické prepojenie na nespájaných spojoch, ako sú zlaté prsty. Treba poznamenať, že za normálnych okolností môžu zváracie operácie spôsobiť, že galvanicky pokovované zlato skrehne, čím sa skráti jeho životnosť. Zváraniu na galvanickom zlate by sa preto malo čo najviac vyhnúť; Pravdepodobnosť skrehnutia pri bezprúdovom poniklovaní/ponornom zlate je však relatívne nízka v dôsledku tenkej a rovnomernej vrstvy zlata.
Chemické pokovovanie paládiom
Proces bezprúdového pokovovania paládiom je celkom podobný procesu bezprúdového pokovovania niklom. Hlavným princípom je použitie redukčného činidla, ako je dihydrogenfosforečnan sodný, na redukciu paládiových iónov na paládium na katalyticky aktívnom povrchu. Novo vytvorené paládium môže tiež slúžiť ako katalyzátor na podporu kontinuálnej reakcie, čím sa získajú vrstvy pokovovania paládiom akejkoľvek hrúbky. Chemické pokovovanie paládiom má výhody vysokej spoľahlivosti zvárania, dobrej tepelnej stability a vynikajúcej rovinnosti povrchu. Paládium je však pomerne vzácny vzácny kov, čo má za následok relatívne vysoké náklady na tento proces.