Technologie

Jak vybrat z nejširšího porftolia povrchových úprav?

Jak správně vybrat povrchovou úpravu desek plošných spojů? Zatímco dříve stačilo jednoduše chránit desku proti korozi a základem veškerých úprav byla obyčejná měď, dnes zákazníci vybírají ze široké škály možných řešení. Rostou nároky na vyšší frekvence, delší životnost a celkově lepší odolnost materiálů. Nové technologie také umožňují návrhářům desek větší hustotu spojů a menší vzdálenosti mezi jednotlivými prvky. V tuhle chvíli tak jen v Gatemě nabízejí šest různých variant povrchových úprav. Bezolovnatý a olovnatý HAL, imerzní stříbro, imerzní zlato, chemický cín či galvanický nikl a zlato.

Přičemž každý z nich má svá pro a proti. Liší se v tloušťce vrstvy, maximálních rozměrech, ROHS kompatibilitě, rovinnosti, možnostech vícenásobného pájení, bondování hliníkem či zlatem nebo dobou skladovatelnosti. „Požadavky našich zákazníků se s postupem času proměňují. Základních prototypových desek sice stále vyrábíme nejvíce, ale zároveň doplňujeme portfolio povrchových úprav tak, abychom včas zareagovali na poptávku na trhu. Troufnu si tvrdit, že máme k dispozici nejširší portfolio povrchových úprav. V tuhle chvíli je jasným trendem přechod k jiným typům. Ať už kvůli rozvoji 5G sítí nebo práci v náročných podmínkách,“ říká Ondřej Horký, vedoucí prodeje společnosti Gatema PCB a.s.

Pojďme se tedy v celé problematice trochu zorientovat a představit, pro jaké typy využití se ideálně hodí jednotlivé materiály.

Imerzní stříbro se nejvíce hodí pro využití ve vysokofrekvenčních aplikacích. Kvůli chybějícímu niklu skvěle nese signál. Stříbro je také lepším vodičem než zlato nebo měď. Navíc je povrchová úprava snadno pájitelná, protože tloušťka stříbra je pouze 0,1 mikrometru. Díky menší tloušťce je také lepší rovinnost povrchu desky, a proto se imerzní stříbro hodí pro vyšší konstrukční třídy s tenkými spoji a mezerami. „S příchodem 5G sítí bude využívání imerzního stříbra zřejmě povinností. Směrem do budoucna tak může být jedním z tahounů v portfoliu finálních povrchových úprav,“ říká Michal Horní, R&D Manager společnosti Gatema PCB.

Olovnatý a bezolovnatý (Hot Air Levelling) HAL je proces, při kterém je deska plošných spojů ponořena do roztavené pájky a při zpětném pohybu bývá ofouknuta vzduchovými noži tak, aby byla pájka vyfouknuta z otvoru a z povrchu nepájivé masky. Pro většinu aplikací metody HAL je používána bezolovnatá pájka. Tloušťka a struktura povrchu závisí na povrchovém napětí pájky a pohybuje se v rozmezí od 2 do 40 mikrometrů. Ponor znamená pro desku výrazný teplotní šok spojený s rozpouštěním mědi do pájky, a může zároveň způsobit zkroucení nebo ohýbání samotné desky plošného spoje. „Olovnatý HAL se dnes už prakticky nevyužívá, protože nenaplňuje požadavky na ROHS certifikaci a obsahuje nebezpečné materiály. Na druhé straně jsou obory, jež mají výjimku, typicky vojenství, ale i další speciální aplikace. V naší výrobě používáme taveninu cín-olovo v přibližném poměru 60:40,popisuje Ondřej Horký.

 

Image
povrchove prav dps

Imerzní zlato (ENIG, Electroless Nickel Immersion Gold) vychází ze sloučeniny niklu a zlata. Z chemického hlediska je zlato ideálním prvkem pro svrchní krytí desky. Vzhledem k tomu, že zlato běžně netvoří oxidy, mají teplota a skladovací podmínky o poznání nižší vliv na životnost oproti jiným povrchovým úpravám. Zlato se při pájení rozpouští do pájky a samotná pájka vytváří spoj s vrstvou niklu. ENIG se vyznačuje velkou rovinností povrch, dobrou pájitelností a dlouhou dobou skladování, proto je tato povrchová úprava vhodná pro SMD technologie, součástky s malou roztečí vývodů nebo pro kontaktování. Nevýhodami může být difúze zlata do pájecí slitiny, při větší koncentraci pak může dojít i ke křehnutí spoje a jeho metalických vlastností (typicky vyšší obsah hypofosfátu nebo vyšší vrstva zlata a jeho koroze do vrstvy niklu).  „DPS pokovené touto technologií poznáte podle zářivě zlaté barvy. Výhodou je určitě bezolovnaté pájení a velmi dobrá odolnost proti korozi,“ říká Ondřej Horký.

Chemický cín tvoří tenký nános cínu, obvykle mezi 0,9 až 1,1 mikrometry, který chrání základní měď proti oxidaci a poskytuje vysoce pájitelný povrch. „Pro jeho využívání používáme kyselou bezproudou cínovací lázeň, která svými příměsemi zabraňuje tvorbě whiskerů"(neřízená tvorba kovových vlasových útvarů, které často způsobují tvrdé zkraty) a je ve vertikální úpravě,“ popisuje Michal Horní, R&D Manager společnosti Gatema. Vzhledem k vysoké citlivosti imerzního cínu je třeba dbát na opatrné zacházení s ním a striktně dodržet vhodné skladovací podmínky. Ve všech krocích zpracování je doporučena manipulace výhradně v rukavicích. Stejně jako v případě imerzního stříbra navíc musíte počítat se zkrácenou dobou skladovatelnosti. Namísto standardních 12 měsíců je v tomto případě maximálně 6 měsíců a vícekrokové pájení desky musí proběhnout co nejdříve po sobě. Díky rovinatosti je skvělý pro využívání u SMD technologií.

Galvanický nikl a zlato

Tato technologická operace nanáší 3 až 7 µm galvanického niklu a 1 µm galvanického zlata. Jedná se tzv. o tvrdé galvanické zlacení. Nejčastěji se používá jako ochrana pro konektory a ze všech povrchových úprav je vhodná pro bondování drátkem.

 

Zajímá Vás k tématu více?
Spojte se s našimi odborníky:
Ondřej Horký
Sales Manager