Выбор барьерных покрытий для пайки для надежной работы печатных плат

Выбор правильного покрытия для сварного барьера является важным решением, которое влияет на надежность, сварную способность и долгосрочную производительность печатных плат.покрытие защищает медные подкладки от окисления, обеспечивает прочные сварные соединения и защиту от экологических опасностей, таких как влага и химические вещества.Выбор зависит от уникальных потребностей вашего приложения, включая операционную среду., тип компонента и бюджет.

В данном руководстве приведены наиболее распространенные покрытия, сравниваются их ключевые свойства, а также приведены практические стратегии для выбора наилучшего варианта для вашего проекта.Независимо от того, проектируете ли вы высокочастотную радиочастотную плату или затратное потребительское устройство, понимание этих покрытий поможет вам избежать распространенных проблем, таких как плохое увлажнение, окисление и преждевременный отказ.

Ключевые выводы
1Поверхностные отделки (например, ENIG, HASL) защищают медные подушки перед сборкой, в то время как конформные покрытия (например, силикон, парилен) защищают собранные PCB после сварки.
2.ENIG и ENEPIG предлагают лучшее сочетание плоскости, сварчивости и долговечности, идеально подходит для тонкозвуковых компонентов и приложений с высокой надежностью.
3Проекты с низким уровнем затрат получают выгоду от HASL или OSP, хотя они жертвуют сроком годности и производительностью в суровых условиях.
4.Соответствующие покрытия, такие как парилен и силикон, обеспечивают критическую защиту в экстремальных условиях (например, аэрокосмические, медицинские), с компромиссом в переработаемости.
5Соответствие нормам (RoHS, IPC) и факторы окружающей среды (температура, влажность) должны влиять на выбор покрытия для обеспечения долгосрочной надежности.

Виды покрытий для препятствий для сварки
Покрытия, препятствующие сварке, подразделяются на две основные категории:Поверхностные отделки (наносимые на обнаженные ПХБ для защиты меди и облегчения пайки) и конформные покрытия (наносимые после сборки для защиты от повреждений окружающей среды)Каждый тип имеет уникальные применения и характеристики работы.

Поверхностные покрытия: защита медных подушек для пайки
Поверхностные отделки наносятся на открытые медные подкладки на обнаженные печатные платы для предотвращения окисления, обеспечения сварной способности и поддержки надежной крепления компонентов.
1. HASL (выравнивание сваркой горячим воздухом)
HASL является одной из старейших и наиболее широко используемых поверхностных отделочных материалов, особенно в затратно-чувствительных приложениях.Затем избыток удаляется горячим воздухом, оставляя покрытие сварки на подкладках..

Преимущества: низкая стоимость, отличная свариваемость, длительный срок годности (12 месяцев), совместимая с большинством компонентов.
Минусы: Неравномерная поверхность (из-за мениска сварки), не подходит для деталей с тонким наклоном (< 0,5 мм наклона), свинцовые версии не соответствуют требованиям RoHS.
Лучше всего использовать для: ПХБ общего назначения, прототипирования и некритической потребительской электроники (например, игрушек, базовых датчиков).

2. ENIG (неэлектрический никелевый погруженный золото)
ENIG состоит из тонкого слоя никеля (510 мкм), покрытого медью и покрытого золотым слоем (0,050,1 мкм).В то время как золото обеспечивает сварную поверхность.

Преимущества: плоская поверхность (идеально подходит для тонких BGA), отличная сварная способность, длительный срок годности (>12 месяцев), соответствие требованиям RoHS.
Минусы: более высокая стоимость, риск "черной подушки" (хрупкое никель-золотое соединение, которое ослабляет суставы), сложное производство.
Лучше всего подходит для: Приложения с высокой надежностью (медицинские устройства, аэрокосмическая техника), тонкозвуковые компоненты и высокочастотные печатные пластинки.

3. OSP (органический консервант для сварки)
OSP представляет собой тонкую органическую пленку (0,1 ‰ 0,3 мкм), которая защищает медь от окисления без добавления металла.

Преимущества: очень низкая стоимость, плоская поверхность, соответствие требованиям RoHS, идеально подходит для высокочастотных конструкций (без потери металла).
Минусы: короткий срок годности (6 месяцев), чувствительный к обращению и влаге, не подходит для нескольких циклов повторного потока.
Лучше всего подходит для: недорогой потребительской электроники (смартфоны, телевизоры) и высокочастотных радиочастотных плат.

4Сильвер погружения (ImAg)
Погруженное серебро откладывает тонкий слой серебра (0,1 ‰ 0,2 мкм) на медные подушки посредством химической реакции.

Преимущества: Отличная сварная способность, плоская поверхность, низкая стоимость по сравнению с ENIG, соответствие требованиям RoHS.
Минусы: склонны к окрашиванию (окислению) в влажной среде, короткий срок годности (6 месяцев), требует тщательного хранения.
Лучше всего подходит для: радиочастотных схем, приложений для связывания проводов и потребительской электроники среднего класса.

5. ENEPIG (неэлектрический никель, неэлектрический палладий, погружение золота)
ENEPIG добавляет слой палладия (0,1 ‰ 0,2 мкм) между никелем и золотом, улучшая надежность по сравнению с ENIG.

Преимущества: превосходная долговечность, отлично подходит для скрепления проволоки и пайки, длительный срок годности (>12 месяцев), соответствие требованиям RoHS.
Минусы: самая высокая стоимость среди обычных отделочных материалов, более длительные сроки производства.
Лучше всего подходит для: критически важных приложений (аэрокосмические, медицинские имплантаты) и пластин, требующих как пайки, так и склеивания проволоки.

6Погруженный олово (ImSn)
Иммерсионный олово наносит тонкий слой олова (0,8 ∼1,2 мкм) на медь, обеспечивая плоскую поверхность и хорошую сварочность.

Преимущества: низкая стоимость, плоская поверхность для тонких компонентов, RoHS.
Минусы: риск развития оловянных усов (небольшие проводящие нити, вызывающие короткие шорты), короткий срок годности (6 месяцев).
Лучше всего подходит для: пресс-коннекторов и недорогих автомобильных компонентов (не критически важных для безопасности).

Конформированные покрытия: защита сборных ПХБ
Конформированные покрытия представляют собой тонкие полимерные пленки, нанесенные на полностью собранные ПХБ для защиты от влаги, пыли, химических веществ и механического напряжения.Они не помогают паре, но продлевают срок службы ПХБ в суровых условиях.

1. акриловые
Акриловые покрытия - это полимеры на основе растворителей или воды, которые быстро застывают при комнатной температуре.

Преимущества: легкое нанесение, низкая стоимость, отличная переработаемость (удаление с помощью растворителей), хорошая влагостойкость.
Минусы: низкая устойчивость к химическим веществам и абразию, ограниченная терпимость к температуре (до 125°C).
Лучше всего подходит для: потребительской электроники (носящиеся устройства, бытовые приборы) и среды с низким уровнем стресса.

2Силикон
Силиконовые покрытия - это гибкие, термостойкие полимеры, способные справляться с экстремальными колебаниями температуры.

Преимущества: Отличная теплостойкость (от -65 до 200 °C), гибкость (поглощает вибрации), хорошая защита от влаги.
Минусы: низкая устойчивость к абразию, трудность переработки, более высокая стоимость, чем акриловый.
Лучше всего подходит для автомобильных компонентов, аэрокосмической электроники и наружных датчиков.

3. Полиуретан
Полиуретановые покрытия обладают высокой химической и абразионной устойчивостью, что делает их идеальными для промышленной среды.

Преимущества: Отличная устойчивость к маслам, топливу и химическим веществам, долговечность в условиях высокой абразии.
Минусы: ломкость при высоких температурах (>125°C), трудность переработки, длительное время отверждения (24−48 часов).
Лучше всего подходит для: промышленных машин, нефтегазового оборудования и автомобильных топливных систем.

4Парилен
Парилен представляет собой полимер, осаждаемый паром, который образует тонкую пленку без отверстий с равномерным покрытием.

Преимущества: непревзойденная однородность (покрывает небольшие пробелы и компоненты), отличная химическая устойчивость, биосовместимость (утверждена FDA).
Минусы: Очень дорого, трудно переделать, требует специализированного оборудования для отложения пара.
Лучше всего для: медицинских имплантатов, аэрокосмической электроники и высоконадежных датчиков.

5Эпоксид
Эпоксидные покрытия - это твердые, жесткие пленки, отвержденные теплом или ультрафиолетовым светом.

Преимущества: исключительная устойчивость к химическим веществам и абразию, высокая терпимость к температуре (до 150°C).
Минусы: Хрупкий (склонный к трещинам при вибрации), трудно переделывать, длительный срок заживления.
Лучше всего подходит для: тяжелого промышленного оборудования и ПХБ в химически неблагоприятной среде (например, на заводах).

Сравнительная таблица: Поверхностные отделки

Сравнительная таблица: Конформированные покрытия

Ключевые факторы при выборе покрытия
Выбор правильного покрытия для препятствий для сварки требует сбалансированности нескольких факторов, от условий окружающей среды до производственных ограничений.

1. Окружающая среда
a.Уровень влажности: среды с высокой влажностью (например, ванные комнаты, наружные датчики) требуют покрытий с высокой устойчивостью к влаге (ENIG, парилен, силикон).
b.Экстремальные температуры: для применения в автомобильной промышленности (125°C+) или аэрокосмической промышленности (-55°C-150°C) требуются высокотемпературные покрытия (ENEPIG, силикон, парилен).
c.Химикаты/масла: Промышленные или автомобильные топливные системы нуждаются в химической устойчивости (полиуретан, эпоксид).

2Тип компонента и конструкция ПКБ
a.Компоненты с тонким углом (< 0,5 мм): требуют плоской поверхности для предотвращения сварных мостов (ENIG, ENEPIG, OSP).
b.Высокочастотные/РЧ-схемы: для поддержания целостности сигнала требуются плоские отделки с низкими потерями (OSP, ImAg, ENIG).
c.Связывание проводов: ENEPIG или ImAg предпочтительнее для надежных соединений проводов-накопителей.
d.Многочисленные циклы обратного потока: ENIG или ENEPIG выдерживают повторное нагревание лучше, чем OSP или ImAg.

3. Соляемость и срок годности
a.Сплавляемость: ENIG, ENEPIG и ImAg обеспечивают наилучшее намокание (равномерный поток сварки), что имеет решающее значение для прочных соединений.
b.Срок годности: для длительного хранения (например, военных запасов) ENIG или ENEPIG (24+ месяцев) превосходят OSP или ImAg (6 месяцев).

4Затраты и производственные ограничения
a.Бюджетные проекты: HASL или OSP являются наиболее экономичными, хотя они жертвуют эффективностью.
b. Производство большого объема: OSP и HASL наиболее быстро применяются, сокращая время производства.
c. Низкий объем, высокая надежность: ENEPIG или парилен оправдывают их стоимость для критически важных приложений.

5. Соблюдение нормативных требований
a.RoHS: избегайте HASL с содержанием свинца; выбирайте ENIG, OSP, ImAg или ENEPIG.
b. Медицинское (ISO 13485): Парилен или ENEPIG биосовместимы и соответствуют требованиям стерилизации.
c. аэрокосмическая (MIL-STD-883): ENEPIG и парилен соответствуют строгим стандартам долговечности.

Частые ошибки, которых следует избегать
Даже опытные инженеры допускают ошибки при выборе покрытия, которые приводят к проблемам надежности:
1С видом на срок годности
Использование OSP или ImAg для ПХБ, хранящихся дольше 6 месяцев, часто приводит к окислению, что приводит к плохому увлажнению сварки.

2. Выбор HASL для тонкопрочных компонентов
Неравномерная поверхность HASL® вызывает сварные мосты на BGA с толщиной 0,4 мм. Переключитесь на ENIG или ENEPIG для тонких конструкций.

3Игнорирование экологической совместимости
Применение акрилового покрытия на ПХБ в химическом заводе (излагаемом на масла/топливо) гарантирует раннее отказ.

4Недооценка потребностей в переработке
Париленовые или эпоксидные покрытия почти невозможно удалить, поэтому переработать их дорого.

5Не учитывая требований по безсвинцу
Свинцовый HASL может сэкономить на расходах, но он нарушает RoHS и рискует получить штрафы.

Примеры реального применения
1ПКБ для смартфонов
Потребности: высокочастотные (5G), экономичные, тонкие (0,4 мм BGA), короткий срок годности (быстрая сборка).
Выбор покрытия: OSP (поверхностная отделка) + акриловое конформное покрытие.
Почему: Плоская поверхность OSP и низкая потеря поддерживают сигналы 5G; акриловый защищает от влаги в карманах/кошельках.

2Автомобильный радар ADAS
Требования: высокая надежность, работа при температуре от -40 до 125 °C, компоненты с толщиной 0,3 мм, длительный срок годности.
Выбор покрытия: ENEPIG (поверхностная отделка) + силиконовое покрытие.
Почему: ENEPIG устойчив к окислению и поддерживает тонкозвуковые радиолокационные интерфейсы; силикон справляется с тепловым ударом.

3Медицинские имплантаты PCB
Потребности: биосовместимость, устойчивость к стерилизации, отсутствие коррозии в жидкостях организма.
Выбор покрытия: ENEPIG (поверхностная отделка) + париленовое конформное покрытие.
Почему: ENEPIG предотвращает коррозию меди; парилен одобрен FDA и не имеет отверстий, что предотвращает попадание жидкости в организм.

4Промышленный датчик
Потребности: устойчивость к химическим веществам (масла/топливо), терпимость к вибрациям, низкая стоимость.
Выбор покрытия: HASL без свинца (поверхностная отделка) + полиуретановое конформное покрытие.
Почему: HASL сбалансирует стоимость и сварную способность; полиуретановый сопротивляется промышленным химикатам.

Часто задаваемые вопросы о полейке барьерных покрытий
Q1: Могу ли я использовать несколько покрытий (например, ENIG + силикон) на одном PCB?
О: Да, поверхностные отделки и конформные покрытия служат разным целям.

Вопрос 2: Как я узнаю, соответствует ли покрытие требованиям RoHS?
Ответ: Проверьте информационный лист производителя. Большинство современных отделочных материалов (ENIG, OSP, ImAg) и соответствующих покрытий (акрил, силикон) соответствуют требованиям RoHS. Избегайте HASL с свинцом.

Вопрос 3: Стоит ли ENEPIG дополнительных затрат по сравнению с ENIG?
Ответ: Для критически важных приложений (аэрокосмические, медицинские) ENIG устраняет риск "черной прокладки" и улучшает надежность соединения проводов.

Вопрос 4: Можно ли наносить конформные покрытия над OSP?
Ответ: Да, но OSP должен быть сварен сначала. Соответствующие покрытия, нанесенные на несваренный OSP, задержат окисление, предотвращая последующую правильную сварку.

Q5: Какое лучшее покрытие для высокочастотных РЧ ПК?
Ответ: OSP или ImAg (поверхностные отделки) без конформного покрытия (для предотвращения потери сигнала) лучше всего работают.

Заключение
Выбор правильного покрытия для препятствий для сварки требует соответствия потребностей ПХБ с прочностью покрытия.Для высоконадежных приложений, таких как аэрокосмическая или медицинская, ENEPIG и парилен стоят инвестиций.

Ключевые шаги к успеху:

a.Оценивайте окружающую среду (температуру, влажность, химические вещества).
b. Сопоставьте тип компонента (тонкоуровневый, RF) с плоскостью и потерями поверхности.
c.Учитывать срок годности и потребности в переработке.

d.Обеспечить соответствие стандартам RoHS, ISO или MIL.

Избегая распространенных ошибок и расставляя приоритеты для критических факторов, вы сможете выбрать покрытие, обеспечивающее надежную производительность, независимо от того, находится ли ваш PCB в смартфоне, автомобиле или медицинском имплантате.

Помните: лучшее покрытие - это то, которое соответствует уникальным требованиям вашего проекта, не затрачивая слишком много денег на ненужные функции.