PCB 設計の表面仕上げを選択する方法
Ⅱ 評価と比較
鉛フリーのHASLは平坦度を一定にするのが難しいなど、表面仕上げに関するヒントはたくさんあります。電解 Ni/Au は非常に高価であり、パッド上に金が堆積しすぎると、はんだ接合部が脆くなる可能性があります。浸漬錫は、上面と下面の PCBA リフロープロセスなどで複数の熱サイクルにさらされると、はんだ付け性が低下します。上記の表面仕上げの違いを明確に認識する必要がありました。以下の表は、プリント基板によく施される表面仕上げのおおよその評価を示しています。
表1 PCBの一般的な鉛フリー表面仕上げの製造プロセス、重要な長所と短所、および一般的な用途の簡単な説明
| プリント基板の表面仕上げ | プロセス | 厚さ | 利点 | 短所 | 代表的なアプリケーション |
| 鉛フリーHASL | PCB ボードは溶融錫バスに浸漬され、熱風ナイフで吹き付けられ、平らな部分と余分なはんだが除去されます。 | 30μインチ(1μm) -1500μインチ(40μm) | 良好なはんだ付け性。広く入手可能。修理/再加工が可能です。長い棚が長い | 凹凸のある表面。熱衝撃;濡れが悪い。はんだブリッジ。PTH が接続されている。 | 広く適用可能;より大きなパッドとスペースに適しています。20 ミル (0.5mm) 未満のファインピッチおよび BGA を備えた HDI には適していません。PTH には良くありません。厚い銅の PCB には適していません。通常の用途: 電気試験用の回路基板、手はんだ付け、航空宇宙機器や軍事機器などの一部の高性能電子機器。 |
| OSP | 有機化合物を基板表面に化学的に塗布して有機金属層を形成し、露出した銅を錆から保護します。 | 46μインチ (1.15μm) ～ 52μインチ (1.3μm) | 低コスト;パッドは均一で平らです。良好なはんだ付け性。他の表面仕上げと組み合わせることができます。プロセスは簡単です。再加工可能（ワークショップ内）。 | 取り扱いには敏感です。賞味期限が短い。はんだの広がりは非常に限られています。高温やサイクルによるはんだ付け性の劣化。非導電性;検査が難しい、ICTプローブ、イオンおよび圧入の懸念 | 広く適用可能;SMT/ファインピッチ/BGA/小型部品に最適。サーブボード。PTH には良くありません。圧着技術には適していません |
| ENIG | 露出した銅をニッケルと金でメッキする化学プロセスで、二重層の金属コーティングで構成されます。 | 2µin (0.05µm) ～ 5µin (0.125µm) の金、120µin (3µm) ～ 240µin (6µm) のニッケル | 優れたはんだ付け性。パッドは平らで均一です。アルミニウム線の曲げ性。低い接触抵抗。長い保存期限。優れた耐食性と耐久性 | 「ブラックパッド」の懸念。シグナルインテグリティアプリケーションの信号損失。やり直しができない | ファインピッチおよび複雑な表面実装配置 (BGA、QFP など) のアセンブリに最適。複数のはんだ付けタイプに最適。PTH には圧入が好ましい。ワイヤーボンディング可能。航空宇宙、軍事、医療、ハイエンド消費者などの高信頼性アプリケーションを備えた PCB に推奨。タッチコンタクトパッドには推奨されません。 |
| 電解Ni/Au（ソフトゴールド） | 純度 99.99% – 24 カラットの金を、ソルダーマスクの前に電解プロセスを通じてニッケル層上に塗布します。 | 99.99% 純金、24 カラット 30 µin (0.8µm) ～ 50µin (1.3µm)、100µin (2.5µm) ～ 200µin (5µm) のニッケル | 硬くて耐久性のある表面。優れた導電性。平坦度;アルミニウム線の曲げ性。低い接触抵抗。長い保存期間 | 高い;Au が厚すぎると脆化します。レイアウトの制約。余分な処理/労力がかかる。はんだ付けには適していません。コーティングが均一ではない | 主にCOB (Chip on Board) などのチップパッケージ内のワイヤ (Al & Au) ボンディングに使用されます。 |
| 電解Ni/Au（ハードゴールド） | 純度 98% – 23 カラットのゴールド。めっき浴に硬化剤が添加され、電解プロセスを通じてニッケル層上に適用されます。 | 98% 純金、23 カラット 30µin(0.8µm) ～ 50µin(1.3µm)、100µin(2.5µm) ～ 150µin(4µm) のニッケル | 優れたはんだ付け性。パッドは平らで均一です。アルミニウム線の曲げ性。低い接触抵抗。再加工可能 | 高硫黄環境での変色 (取り扱いおよび保管) 腐食。この仕上げをサポートするためのサプライチェーンのオプションの削減。組立段階間の短い稼働時間枠。 | 主にエッジコネクタ(ゴールドフィンガー)、ICキャリアボード(PBGA/FCBGA/FCCSP...)、キーボード、バッテリーコンタクト、一部のテストパッドなどの電気的相互接続に使用されます。 |
| 浸漬銀 | エッチングの後、はんだマスクの前に、無電解めっきプロセスを通じて銅表面に銀層が堆積されます。 | 5μインチ(0.12μm) -20μインチ(0.5μm) | 優れたはんだ付け性。パッドは平らで均一です。アルミニウム線の曲げ性。低い接触抵抗。再加工可能 | 高硫黄環境での変色 (取り扱いおよび保管) 腐食。この仕上げをサポートするためのサプライチェーンのオプションの削減。組立段階間の短い稼働時間枠。 | ファイントレースおよび BGA 用の ENIG に代わる経済的な代替品。高速信号アプリケーションに最適です。メンブレン スイッチ、EMI シールド、アルミニウム ワイヤ ボンディングに適しています。圧入に適しています。 |
| 浸漬錫 | 無電解化学浴では、酸化を避けるためのバリアとして、錫の白い薄い層が回路基板の銅の上に直接堆積します。 | 25μインチ (0.7μm) ～ 60μインチ (1.5μm) | プレスフィット技術に最適。費用対効果が高い。平面;優れたはんだ付け性 (新品の場合) と信頼性。平面度 | 高温やサイクルによるはんだ付け性の劣化。最終アセンブリで露出した錫は腐食する可能性があります。問題の処理。ティン・ウィスカーリング。PTH には適していません。発がん性物質として知られるチオ尿素が含まれています。 | 大量生産に推奨。SMD の配置、BGA に適しています。プレスフィットおよびバックプレーンに最適です。PTH、接触スイッチ、および剥離可能なマスクとの使用には推奨されません |
表 2 製造および用途における最新の PCB 表面仕上げの典型的な特性の評価
| 最も一般的に使用される表面仕上げの製造 | |||||||||
| プロパティ | ENIG | エネピグ | ソフトゴールド | ハードゴールド | IAg | ISn | ハスル | HASL-LF | OSP |
| 人気 | 高い | 低い | 低い | 低い | 中くらい | 低い | 低い | 高い | 中くらい |
| プロセスコスト | 高 (1.3x) | 高 (2.5x) | 最高（3.5倍） | 最高（3.5倍） | 中 (1.1x) | 中 (1.1x) | 低 (1.0x) | 低 (1.0x) | 最低 (0.8x) |
| デポジット | 浸漬 | 浸漬 | 電解 | 電解 | 浸漬 | 浸漬 | 浸漬 | 浸漬 | 浸漬 |
| 貯蔵寿命 | 長さ | 長さ | 長さ | 長さ | 中くらい | 中くらい | 長さ | 長さ | 短い |
| RoHS対応 | はい | はい | はい | はい | はい | はい | No | はい | はい |
| SMT の表面の同一平面性 | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 貧しい | 良い | 素晴らしい |
| 露出した銅 | No | No | No | はい | No | No | No | No | はい |
| 取り扱い | 普通 | 普通 | 普通 | 普通 | 致命的 | 致命的 | 普通 | 普通 | 致命的 |
| プロセスの労力 | 中くらい | 中くらい | 高い | 高い | 中くらい | 中くらい | 中くらい | 中くらい | 低い |
| リワーク能力 | No | No | No | No | はい | 提案されません | はい | はい | はい |
| 必要な熱サイクル | 複数 | 複数 | 複数 | 複数 | 複数 | 2-3 | 複数 | 複数 | 2 |
| ウィスカーの問題 | No | No | No | No | No | はい | No | No | No |
| 熱衝撃（PCB MFG） | 低い | 低い | 低い | 低い | とても低い | とても低い | 高い | 高い | とても低い |
| 低抵抗・高速 | No | No | No | No | はい | No | No | No | 該当なし |
| 最も一般的に使用される表面仕上げの用途 | |||||||||
| アプリケーション | ENIG | エネピグ | ソフトゴールド | ハードゴールド | IAg | ISn | ハスル | LF-HASL | OSP |
| 硬い | はい | はい | はい | はい | はい | はい | はい | はい | はい |
| フレックス | 制限付き | 制限付き | はい | はい | はい | はい | はい | はい | はい |
| フレックスリジッド | はい | はい | はい | はい | はい | はい | はい | はい | 好ましくない |
| ファインピッチ | はい | はい | はい | はい | はい | はい | 好ましくない | 好ましくない | はい |
| BGA＆μBGA | はい | はい | はい | はい | はい | はい | 好ましくない | 好ましくない | はい |
| 複数のはんだ付け性 | はい | はい | はい | はい | はい | はい | はい | はい | 制限付き |
| フリップチップ | はい | はい | はい | はい | はい | はい | No | No | はい |
| 圧入 | 制限付き | 制限付き | 制限付き | 制限付き | はい | 素晴らしい | はい | はい | 制限付き |
| スルーホール | はい | はい | はい | はい | はい | No | No | No | No |
| ワイヤーボンディング | はい（アル） | はい (Al、Au) | はい (Al、Au) | はい（アル） | 変数(Al) | No | No | No | はい（アル） |
| はんだ濡れ性 | 良い | 良い | 良い | 良い | とても良い | 良い | 貧しい | 貧しい | 良い |
| はんだ接合部の完全性 | 良い | 良い | 貧しい | 貧しい | 素晴らしい | 良い | 良い | 良い | 良い |
保存期間は、製造スケジュールを立てるときに考慮する必要がある重要な要素です。貯蔵寿命は、仕上げに完全な PCB 溶接性を与える有効なウィンドウです。すべての PCB が有効期限内に組み立てられていることを確認することが重要です。表面仕上げを行う材料とプロセスに加えて、仕上げの保存寿命も大きく影響されます。PCB の梱包と保管による.IPC-1601 ガイドラインで推奨されている適切な保管方法を厳密に適用すると、仕上げ材の溶接性と信頼性が維持されます。
表3 PCBの一般的な表面仕上げの保存寿命の比較
|
| 典型的なシェル寿命 | 推奨保存期間 | リワークチャンス |
| HASL-LF | 12ヶ月 | 12ヶ月 | はい |
| OSP | 3ヶ月 | 1ヶ月 | はい |
| ENIG | 12ヶ月 | 6ヵ月 | いいえ* |
| エネピグ | 6ヵ月 | 6ヵ月 | いいえ* |
| 電解Ni/Au | 12ヶ月 | 12ヶ月 | NO |
| IAg | 6ヵ月 | 3ヶ月 | はい |
| ISn | 6ヵ月 | 3ヶ月 | はい** |
* ENIG および ENEPIG の仕上げには、表面の濡れ性と保存寿命を改善するための再活性化サイクルが利用可能です。
** 化学錫の再加工は推奨されていません。
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投稿日時: 2022 年 11 月 16 日
