エクスプレスプリント基板の表面仕上げについて知る

キーワード: Express PCB

プリント基板やExpress PCBの表面仕上げには、金属材料または有機材料のいずれかを選択できます。どのような種類の表面仕上げが存在するかを知ることは簡単ですが、基板に最適なものをどうやって判断すればよいのでしょうか？ それぞれに類似点はあるものの、技術的な考慮事項、欠点、利点があります。

この記事では、適切な仕上げ技術を選択する方法について悩んでいる方のために、無電解ニッケル置換金（ENIG）、有機はんだ付け性保存剤（OSP）、および熱風はんだレベリング（HASL）という3つの一般的なタイプについて詳しく説明します。

Express PCBの表面仕上げの重要性

基板に選択する表面仕上げは、その品質と親部品内での有用性に大きな影響を与えます。表面仕上げは、プリント基板の銅層が酸化してはんだ付け性が低下するのを防ぎます。部品を実装する前に、基板の酸化を防ぐ仕上げを施すことで、必要なときに追加の要素をはんだ付けできるようになります。プリント基板の電気的接続は、適切な銅の導電性に依存しています。必要な部品に確実に接着し、酸化を防ぐことが不可欠です。

適切な表面仕上げの選択は、最終結果の品質、プリント基板の設計、および仕上げプロセスなど、さまざまな要因に依存します。すべての仕上げタイプがすべてのプリント基板に適しているわけではありません。さまざまな仕上げを検討する際に、留意すべきいくつかの特性を以下に示します。

腐食

銀などの一部の表面仕上げタイプは、他のものよりもマイグレーション腐食に対して脆弱になる可能性があります。基本的にどのようなタイプの仕上げを使用してもこの種の腐食は発生する可能性がありますが、置換銀で最も一般的です。金属元素の腐食がプリント基板の表面に沿って広がるにつれて、基板上の隣接する機能と相互作用して短絡を引き起こす可能性があります。鉛フリー仕上げの使用が増加するにつれて、この問題は一般的なものになりました。鉛は耐食性を提供するのに効果的でした。

硫黄分が多く湿度の高い環境では、マイグレーション腐食もより一般的です。特定の表面仕上げに決定する前に、プリント基板がさらされる環境の種類を考慮してください。製品のライフサイクルを決定する上で、環境が主要な役割を果たす可能性があります。

処理時間

特定の仕上げの場合、処理ウィンドウは小さい場合も大きい場合もあります。HASLのような仕上げは、より大きな処理ウィンドウを提供します。

プロセスにかかる時間は、アセンブリの複雑さに依存します。OSPのような一部の表面仕上げは、多数のはんだ付けプロセスに耐えることができず、熱サイクルが限られています。数サイクル後に消失し、プリント基板は酸化に対する保護を失います。ただし、製造中にプリント基板のOSP表面仕上げを再加工することは可能です。これは置換銀にも当てはまります。

ENIGは完了までに時間がかかり、より複雑な仕上げプロセスです。そのため、短時間に大量のプリント基板を出力する必要がないプリント基板生産ラインに適しています。

はんだ付け性

意図したとおりに動作するプリント基板を作成するには、はんだ付けの問題を回避することが不可欠です。適切に機能する接続を確保するには、所定の環境内で平滑な表面が必要です。ENIGのような置換スズの場合や層状技術の場合など、表面仕上げが銅に直接はんだ付けできるかどうかを考慮してください。

同じ環境でも異なる金属は挙動が異なり、独自の製造技術を必要とするため、良好なワイヤボンディングも重要です。ワイヤは銅、アルミニウム、金などの材料で構成される場合があり、各表面仕上げタイプはこれらの要素と互換性があるか、または互換性がありません。

信頼性

選択された表面処理がその環境にどれだけ効率的に耐えられるか？ 特定の信頼性要件を満たす必要がある場合、プリント基板にはこれらに対応する処理を求めるでしょう。コストが主要な要素ではあるものの、プリント基板の処理が表面を保護できず意図した通りに機能しなかった場合の故障コストがどれほど高くなるかを考慮すべきです。

IPCは、さまざまな方法を詳述した試験方法マニュアルTM-650に基づき、プリント基板の品質と信頼性を試験するための一連の基準を提供しています。これには、信号損失量、耐薬品性、寸法検証、銅の延性などの手法が含まれます。これらの物質がプリント基板の誘電体材料に与える影響は、イソプロパノールや硫酸などの化学薬品を使用する試験によって判断されます。

エクスプレスPCBの表面処理に影響を与える要因

どのタイプのプリント基板処理を採用するかは、さまざまな要因によって影響を受けます。統合的な全体として、これらすべての要素を考慮することが不可欠です。ある特性を他のものより大幅に優先すると、それらはプロセス内で重要ではありますが、完成したプリント基板が意図した通りにならない可能性があります。例えば、コスト効率の良さからリードフリーHASLを選んでも、他の処理プロセスと比較して平坦性に欠けることに後で気づくかもしれません。

さまざまなエクスプレスPCB表面処理を検討する際には、以下の重要な要素を念頭に置いてください。

外観

ENIGよりも美的価値を高めるために、OSPやHASLなどのプロセスが採用される傾向があり、別の要素がどの種類を選ぶかに影響を与えています。ウィスカや腐食などの問題を抑えるために、影響を受けにくい光沢のある表面が必要ですか？ 銀やスズなどの材料の取り扱いは避けられるかもしれません。大きな腐食を引き起こさないオプションを選択することも可能です。

数量

生産数量は、使用する表面処理の種類に大きな影響を与える可能性があります。例えば、銅のプリント基板に析出された後、浸漬スズからなる表面処理はすぐに変色し始めます。しかし、プリント基板の大量生産により変色を避けることができます。少量生産の場合は、浸漬シルバーのような処理を選ぶ方が良いかもしれません。

コスト

選択するタイプによって、表面処理にかける費用が決まります。仕上げ品質のコストもまた要素です。ENIGタイプと比較して、HASL処理はより手頃ですが、期待する正確な品質基準を満たさない可能性があります。

基板製造価格も重要です。ENIGのようなより高度な処理方法を選択する場合、初期製造後の予算に余裕はありますか？ 製造において、民生用電子機器などの業界向けエクスプレスPCBは明らかに安価です。より高品質な結果を得るためには、より高価な処理を使用することもできます。