طراحی برد مدار چاپی چند لایه
برد مدار چاپی چند لایه – مولتی لایر
شهریور ۲۹, ۱۳۹۷
نرم افزار آنالیز فیبر مدار چاپی
نرم افزار آنالیز فیبر مدار چاپی
شهریور ۳۰, ۱۳۹۷
نمایش همه
انواع پوشش نهایی برد مدار چاپی

انواع پوشش نهایی برد مدار چاپی در زیر بررسی شده است:

انواع پوشش نهایی برد مدار چاپی

Surface Finish یا همان پوشش نهایی برد مدار چاپی نقش مهمی دارند چرا که اگر ترک های مسی روی فیبر مدار چاپی به همان حال و بدون پوشش رها شوند امکان خراب شدن و اکسیدشدن بسیار بالایی دارند و موجب می شود برد مدار چاپی کارایی خود را از دست داده و غیر قابل استفاده شود.

در زیر برخی از مهمترین روشهای پوشش نهایی آورده شده است. پوشش نهایی OSP بدلیل استفاده از مواد آلی و عدم استفاده از سرب، در سالهای اخیر بسیار موردتوجه قرار گرفته است. لذا انواع پوشش های نهایی با OSP مقایسه شده است.

پوشش نهایی الکترولس نیکل-طلا (ENIG)

در این روش ابتدا یک لایه شیمیایی از نیکل روی سطح مس قرار می گیرد؛ سپس روی لایه نیکل طلا می نشیند. ضخامت معمول برای نیکل ۲٫۵ – ۵ میکرون و برای طلا ۰٫۰۵ – ۰٫۲۳ میکرون است.
شکل زیر نمونه ای از فیبری را نشان می دهد که پروسه الکترولس نیکل-طلا روی آن اعمال شده است.

مزایای پوشش نهایی الکترولس نیکل-طلا:

  • سطح کاملا مسطح و یکنواخت است.
  • یکنواختی آن از Hot Air بمراتب بهتر است.
  • ضخامت پوشش همه جا یکسان است.
  • قادر است چندین مرتبه Thermal Sycle را پاس کند.
  • براحتی لحیم کاری می شود.
  • برای محصولات با دانسیته بالا و خیلی فشرده بسیار مناسب است.
  • بهترین پروسه برای اتصال پین های آلومینیومی می باشد.
  • برای تست AOI آسان است.
  • بعد از لحیم کاری هیچ سطحی از مس در معرض دید وجود ندارد.

معایب پوشش نهایی الکترولس نیکل-طلا:

  • به علت استفاده طلا در آن بسیار گران است.
  • چون پروسه آسانی برای کنترل نیست، هزینه کنترل پروسه آبکاری آن زیاد است؛ در حالیکه کنترل پروسه OSP بسیار آسان است.
  • تصفیه پسماندهای آبکاری آبی نیکل بسیار زیاد است. لازم به ذکر است که این مشکل مربوط به تامین کننده PCB است نه کارخانه ای که PCB را مونتاژ می کند. عملیات خنثی سازی پساب های آبی نیکل، هزینه کل را افزایش می دهد.
  • در کارخانه های اسمبل کننده احتمال اینکه Rework انجام شود وجود ندارد.
  • همانطور که می دانید، در پروسه تولید PCB برای چسبندگی Solder Mask روی برد عملیات Micro Etch انجام می گیرد. استفاده از این روش روی Solder Mask تاثیر می گذارد.
  • برای استفاده در سیگنالهای سرعت بالا مناسب نیست.
  • ممکن است پدها سیاه شوند و باعث معیوب شدن PCB شود. اگر چه این ایراد براحتی قابل مشاهده است، اما دیگر از برد نمی توان استفاده کرد زیرا لحیم کاری درست انجام نمی شود.
  • لحیم کاری مستقیما روی مس انجام نمی شود.
  • سیاه شدن پدها را در پی دارد.

پوشش نهایی غوطه وری قلع

در این پروسه ابتدا قلع بصورت شیمیایی بر روی سطح می نشیند. ضخامت لایه قلع حدود ۱٫۶-۰٫۶ میکرون است؛ در مقایسه با روشهای دیگر، گرچه ضخامت لایه زیاد نیست اما در مقایسه با OSP ضخامتش زیاد است.

مزایای پوشش نهایی غوطه وری قلع:

  • مزایای پوشش نهایی الکترولس طلا را دارد.
  • برای بردهای مدار چاپی با دانسیته بالا مناسب است.
  • لایه قلع ایجاد شده، هنگام لحیم کاری ذوب می شود و اتصال خوبی را بوجود می آورد.
  • گرچه در مقایسه با پوشش نهایی الکترولس نیکل-طلا ارزانتر اما در مقایسه با OSP گرانتر می باشد.

معایب پوشش نهایی غوطه وری قلع:

  • قبل از اینکه قلع استفاده شود باید تست شود.
  • کسی که از این روش پوشش نهایی استفاده می کند، در معرض ترکیبات مواد Thourea قرار می گیرد که برای سلامتی مضر است.
  • دوباره کاری با محدودیتهایی مواجه است.
  • محلول پوشش دهی ویسکوزیته بالایی دارد و برای بردهای دارای سوراخهای ریز، مناسب نیست.
  • اشکال بعدی تشکیل Whisker ها روی لایه قلع است. شکل زیر نحوه تشکیل Whisker روی لایه قلع را نشان می دهد. ممکن است از سطح قلع رشد پیدا کند و باعث اتصال کوتاه بشود و حین اسمبل کردن قطعات درون سوراخهایی که با قلع پوشیده شده اند دچار مشکل می شود.

پوشش نهایی HASL

Hot Air Solder Level یکی دیگر از روشهای پوشش نهایی است که تا سال ۲۰۰۶ بیشترین سهم را در بین انواع روشهای پوشش نهایی داشت. آلیاژ مورد استفاده در این روش قلع-سرب می باشد و بدلیل اینکه حاوی سرب است، بتدریج در حال از رده خارج شدن می باشد. زیرا از سال ۲۰۰۷ استفاده از سرب در هر گونه تجهیزات الکترونیکی محدود شده است. شکل زیر نمونه ای از برد مدار چاپی را نشان می دهد که پروسه HASL روی آن اعمال شده است.

مزایای پوشش نهایی HASL

  • هیچ چیز جای لحیم کاری HASL را نمی گیرد.
  • اعمال آن آسان است.
  • تجربه و قدمت HASL زیاد است.
  • Rework آن آسان است.
  • سیکلهای حرارتی را می توان روی آن اعمال کرد.
  • بصورت ظاهری براحتی می توان آن را بازرسی کرد.
  • اتصال لحیم کاری آن بهتر است.
  • هزینه های آن پایین است.
  • تاثیر منفی روی AOI ندارد.

معایب پوشش نهایی HASL

  • اختلاف ضخامت بین MIN , MAX بسیار زیاد و بسیار غیر مسطح است.
  • بر روی بردهای مدار چاپی ضخامتش بسیار غیریکنواخت است.
  • حاوی سرب است.
  • در سال ۲۰۰۷ استفاده از سرب در هرگونه محصولات الکترونیکی محدود شده است.
  • در بردهایی که نسبت ضخامت برد به تعداد و سطح سوراخها زیاد است، این روش مناسب نیست. جدایی قلع و سرب از تمام سوراخها مشکل است.
  • برای بردهای با طراحی فشرده مناسب نیست.
  • از آنجاییکه برد مدار چاپی در این روش در دمای بالایی قرار می گیرد، ممکن است به فیبر آسیب برسد و در تولید بردهای مدار چاپی مولتی لایر از آنجاییکه در این پروسه ، برد در دمای بالایی قرار می گیرد چسبندگی بین لایه های مختلف را ممکن است تحت الشعاع قرار دهد.
  • در بردهای مدار چاپی با دانسیته بالا استفاده از این روش با محدودیتهایی مواجه است.
  • از آنجاییکه ضخامت لایه غیریکنواخت است، هنگام اسمبل کردن قطعات روی ،PCB ممکن است عملیات اسمبلی بخوبی روی برد انجام نشود.

پوشش نهایی HASL بدون سرب

پوشش نهایی HASL بدون سرب ( Lead Free HASL ) یکی دیگر از روشهای پوشش نهایی فیبرهای مدار چاپی می باشد. بدلیل مشکلاتی که سرب در پروسه HASL پوشش نهایی دارد پروسه HASL ای توسعه پیدا کرده است که بدون سرب است؛ اما همچنان مشکل ضخامت غیریکنواخت حل نشده است. آلیاژ HASL مورد استفاده در قلع و سرب، اما آلیاژ Hot Air بدون سرب، قلع-نقره-مس، و یا قلع-مس-کبالت می باشد. شکل زیر یک نمونه از فیبری را نشان می دهد که پروسه HASL روی آن اعمال شده است.

HASL بدون سرب هم دمای ذوب و هم دمای عملیاتی بالاتری دارد. شوک حرارتی ای که در این پروسه بر روی برد مدار چاپی اتفاق می افتد، بسیار بیشتر از روش HASL است.

مزایای HASL بدون سرب:

  • همه مزایای HASL حاوی سرب را دارد.
  • برای تولیدکنندگان PCB تبدیل از HASL سرب دار به HASL بدون سرب دار آسان است. زیرا ترکیباتشان یکسان است.

معایب HASL بدون سرب:

  • تمامی ایراداتی که HASL سرب دار دارد، HASL بدون سرب نیز دارا می باشد.
  • بدلیل دمای بالاتر عملیات، احتمال انحلال بیشتر مس وجود دارد.
  • برد مدار چاپی ظاهر تیره و خشنی پیدا می کند.
  • از آنجایی که مذاب دارای یک آلیاژ سه تایی است، کنترل آن بسیار سخت تر است.
  • دمای آلیاژ Hot Air بدون سرب بسیار بالاتر از Hot Air سرب دار است.

پوشش نهایی OSP

OSP لایه بسیار نازکی از مواد آلی است که قادر است سطح مس را قبل از اسمبل محافظت کند و هنگام اسمبل کردن این لایه از بین می رود و لحیم کاری مستقیما روی سطح مس انجام می شود.
مراحل اجرای پروسه OSP بسیار کوتاه است :

مرحله اول Cleaner می باشد و هدف آن حذف اثر انگشت اپراتورها و هر گونه آلودگی سطحی می باشد که از مراحل قبلی باقیمانده است. این عمل بصورت اسپری انجام می شود که هم واکنش شیمیایی محلول با سطح و هم عمل مکانیکی اسپری باعث می شود که سطح بخوبی پاک شود.

سپس فیبر با آب شستشو داده می شود. بعد از چند مرحله شستشو، مرحله بعد Micro Etch می باشد. در این مرحله حدود ۰٫۳ میکرون از سطح مس برداشته شده و روی سطح تازه و Fresh ای از مس قرار می گیرد. با این عمل مقداری زبری سطح ایجاد می شود تا برای لایه نهایی چسبندگی خوبی بوجود بیاید تا بهتر به سطح بچسبد. و سپس فیبر با آب شسته می شود.

در مرحله بعد فیبر درون محلول اسیدی غوطه ور می شود تا اگر در مراحل شستشو و مراحل قبلی اکسیدی در سطح مس ایجاد شده باشد، این لایه اکسیدی از سطح فیبر پاک شود و مجددا سطح فیبر شستشو داده می شود.

در مرحله قبل از OSP با دمش هوای فشرده سعی می شود که تمام محلول آبی که روی سطح برد است، از سطح برد جدا شود. زیرا محلول OSP محلول بسیار حساسی است و هیچ گونه آلودگی از مراحل قبل نباید وارد این مرحله شود.

نهایتا پروسه اصلی که OSP است و لایه نازکی از مواد آلی می باشد روی سطح برد انجام می شود و در نهایت عمل خشک کردن انجام می شود.

طول خط OSP حدود ۱۰ متر است و سرعت حرکت برد به صورت افقی روی دستگاه قابل تنظیم و تغییر است. اغلب محلولهایی که در این دستگاه استفاده می شود قابل آنالیز هستند تا همواره محصول نهایی خروجی از این دستگاه با کیفیت مشخص و مطابق استاندارد بیرون بیاید.

قابل آنالیز بودن یک پروسه شیمیایی یک مزیت بشمار می آید. زیرا به این ترتیب می توان غلظت محلول را آنالیز کرد که اگر غلظت محلول کم یا زیاد شده باشد، بتوان غلظت آنرا بطریقی جبران کرد تا کیفیت خروجی همواره یکسان باشد.

آزمایشهای مختلفی روی OSP انجام گرفته است تا مشخص شود که آیا OSP می تواند در مراحل مونتاژ سیکلهای حرارتی مختلف را پاسخگو باشد. این آزمایشات نشان می دهد که گرچه از این لحاظ بخوبی HASL نمی تواند پاسخگو باشد اما بمعنای این نیست که از نظر پاسخگویی ترمال سایکلهای متعدد رد شود. عملکرد OSP از این نظر قابل قبول است. در شکل زیر نمونه ای از برد OSP را مشاهده می کنید.

ملاحظه می کنید که سطح مس هیچ تغییری نکرده و بخوبی نمایان است. زیرا OSP یک لایه بسیار نازک از مواد آلی است که شفاف است و در نگاه اول بخوبی تشخیص داده نمی شود که آیا سطح مس لایه OSP را دارد یا خیر.

مزایای پوشش نهایی OSP

  • ایجاد لایه مسطح و بسیار یکنواخت که تمام سطح مس را می پوشاند.
  • اگر در این پروسه مشکلی در محل کارخانه سازنده PCB وجود داشته باشد، در کارخانه براحتی می توان این لایه را برداشت و لایه دیگری را ایجاد کرد.
  • این لایه بصورت یکنواخت درون سوراخها را می پوشاند و برخلاف بسیاری از پروسه های دیگر که اجرای آنها وابسته به سایز و قطر سوراخ برد مدار چاپی است، در این روش هیچ نوع وابستگی وجود ندارد.
  • اجرای پروسه بسیار کوتاه و کنترل آن بسیار آسان است.ضایعات آن بسیار کم است زیرا پروسه قابل کنترل و قابل آنالیز می باشد.
  • هزینه های تمام شده آن کمتر است.
  • هنگام لحیم کاری بدلیل اینکه لحیم کاری مستقیما روی سطح مس انجام می شود، کیفیت لحیم کاری بهتر است. قبل از لحیم کاری از FLUX استفاده می شود که لایه OSP را کاملا از
    بین می برد بنابراین لحیم کاری مستقیما بر روی سطح مس که تمیز نگه داشته شده، اجرا می شود.
  • برخلاف پروسه های دیگر که ممکن است لایه چاپ سولدر ماسک ( Solder Mask ) را ازبین ببرند، در این روش واکنش شیمیایی هیچ تاثیری روی Solder Mask ندارد. و این در حالیست که در Hot Air شوک حرارتی ای که اجرا می شود به Solder Mask ممکن است آسیب بزند. و یا در آبکاری قلع غوطه وری و پروسه های مشابه بدلیل ماهیت مواد مورد استفاده، لایه Solder Mask تحت تاثیر قرار گرفته و ممکن است آسیب ببیند.
  • بدون سرب است. این پروسه کاملا مطابق با خواسته های زیست محیطی است و خروجی های آن فاقد مواد آلاینده محیط زیست می باشد.

معایب پوشش نهایی OSP

  • بدلیل سطح شفاف OSP ، تشخیص آن در نگاه اول مشکل است. اما با کسب چندین بار تجربه می توان براحتی آنرا تشخیص داد.
  • بعد از اسمبل قطعات، سطح مس در معرض هوا قرار می گیرد.
  • در ابتدا این پروسه در برابر سیکلهای حرارتی ضعیف بود؛ اما با پیشرفتهایی که اخیرا در زمینه مواد شیمیایی آن شده آزمایشات نشان می دهد که در حال حاضر کاملا جوابگوی نیازها می باشد.
  • در برابر بعضی حلالها که برای تمیزکاری سطح برد استفاده می شوند، ممکن است حساس باشد و در برابر خراش خوردگی آسیب ببیند. لذا باید موارد ایمنی و بسته بندی مناسب را انجام داد.
  • در کارخانه ای که مونتاژ PCB را انجام می دهد، اگر یک قطعه نصب شده روی برد را با یک قطعه دیگر بخواهیم جایگزین کنیم اینکار براحتی قابل انجام است اما اگر بخواهیم کل لایه را برداریم این امکان وجود ندارد و باید به کارخانه ای که OSP را اجرا کرده مراجعه کرده تا یک لایه OSP جدید روی سطح اعمال شود.
  • تاثیر منفی روی تستهای AOI دارد؛ لذا تستهای الکتریکی باید قبل از OSP باشد چون OSP سطح مس را می پوشاند و شار الکتریکی ای که روی برد انجام می گیرد را جواب نمی دهد. بنابراین هر گونه تست الکتریکی برد مدار چاپی، باید قبل از OSP صورت بگیرد.
  • بازرسی برد مدار چاپی OSP مشکل است اما به این معنا نیست که امکان پذیر نباشد. در حال حاضر، اندازه گیری ضخامت لایه OSP براحتی در آزمایشگاهها قابل اندازه گیری است.
  • سطح OSP در حال حاضر ۵۸ % تمام پوشش های نهایی است. علیرغم ایراداتی که دارد مزایای آن قابل توجه تر است و بیشترین سهم را در صنایع مخابرات و بردهای یکرو، دورو و
    فیبرهای مولتی لایر دارد.

چاپ سولدر ماسک (Solder Mask)
جنس برد مدار چاپی
برد (فیبر) مدار چاپی ( PCB ) چیست؟
مراحل تولید و ساخت PCB چند لایه

1 دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *