Baskı Devre Kartı Yüzey Kaplamaları: Kapsamlı Bir İnceleme

Basılı devre kartlarında kullanılan birçok lehimlenebilir yüzey kaplaması bulunmaktadır. Bu yüzey kaplamaları, bakır pedlerini oksidasyon ve korozyondan korumak için gereklidir. Bakır çok hızlı bir şekilde oksitlenir ve oksit tabakası zamanla kalınlığını artırır. Bakır oksitleri, özellikle düşük aktiviteli temizleme gerektirmeyen akış maddeleri ile lehimleme yapmak çok zorlaşır. Lehimlenebilir yüzey kaplamaları, bakır pedleri ve delikleri korurken iyi lehimlenebilirlik sağlar.

Tarihsel olarak, en yaygın yüzey kaplaması kalay-kurşun (Sn63/Pb37) sıcak hava lehimleme seviyesiydi (HASL). HASL ile devre kartlarını kaplamak için kullanılan süreç şu şekildedir: Bakır oksitleri gidermek için bakır temizlenir, ardından devre kartı sıcak hava akışı ile kaplanır. Devre kartı erimiş lehim içine batırılır. Devre kartı lehimden çıkarıldığında, delikleri temizlemek ve lehim yüzeyini düzleştirmek için sıcak hava kullanılır.

Son olarak, devre kartları akış kalıntılarını temizlemek için yıkanır. Kalay-kurşun HASL’ın doğasında olan bir sorun, düz olmaması veya “dik” olmasıdır. Bu, lehim pastası baskısını ve bileşen yerleştirmeyi olumsuz etkileyebilir.

Kalay-kurşun HASL günümüzde hala kullanılmaktadır çünkü çok iyi lehim yapma yeteneğine sahiptir ve çoklu lehimleme döngülerine toleranslıdır. Kurşunsuz HASL, birçok uygulamada kalay-kurşun HASL’ı değiştiren yaygın bir kaplamadır. Devre kartlarını kurşunsuz HASL ile kaplamak için kullanılan süreç, kalay-kurşun HASL süreciyle temelde aynıdır. Tek fark kullanılan lehim alaşımdır. Kalay-kurşun HASL’da Sn63/Pb37 alaşımı kullanılırken, kurşunsuz HASL’da SN100C gibi kalay/bakır tabanlı alaşımlar kullanılır. Kurşunsuz HASL’ın da dik olmama sorunu vardır, ancak çoklu lehimleme döngülerinde oldukça iyi performans gösterir. HASL kaplamaları çok dayanıklıdır ve mekanik hasara karşı iyi bir dayanıklılık gösterir.

Organik lehimlenebilir koruyucu (OSP), diğer yüzey kaplamalarına göre düşük maliyeti nedeniyle popüler bir kaplamadır. Devre kartlarını OSP ile kaplamak için kullanılan süreç şu şekildedir: Bakır temizlenir ve kontaminanlar ile oksitleri giderilmek üzere temizlik yapılır. Daha sonra bakır, azol karışımı ile kaplanır. Fazla sıvı çıkarılır ve kaplama kurutulur.

OSP dikkatlice ele alınmalıdır çünkü mekanik hasara duyarlıdır. OSP kaplı devre kartları, raf ömrünü uzatmak için havadan ve nemden korunmalıdır. OSP düz olduğu için HASL’ın dik olma sorunlarına sahip değildir.

OSP’nin çoklu lehimleme döngülerinde sorun yaşadığı bilinir ve genellikle sınırlı sayıda lehimleme döngüsü gereken maliyet duyarlı uygulamalarda kullanılır.

Akımsız Nikel Daldırma Altın (ENIG) çok popüler bir yüzey kaplamasıdır. ENIG’nin karşıtı akımsız nikel akımsız paladyum daldırma altın (ENEPIG) giderek daha popüler hale gelmektedir. Devre kartlarını ENIG ile kaplamak için kullanılan süreç şu şekildedir: Bakır temizlenir ve kontaminanlar ile oksitleri giderilmek üzere kazınır. Daha sonra bakır, paladyum gibi bir metal katalizatör ile kaplanır. Nikel, nikel yatağına fosforun dahil edildiği akımsız bir kaplama işlemiyle kaplanır. Nikel metalinin çözündüğü ve yerini altın metalinin aldığı bir daldırma işlemi yoluyla nikel yatağının üzerine ince bir altın tabakası kaplanır. ENIG, yaygın olarak “siyah ped” olarak bilinen nikelin aşırı korozyonu sorununa karşı hassastır.

ENIG süreçleri, yıllar içinde “siyah ped” riskini en aza indirmek için iyileştirilmiştir.

ENIG, en pahalı yüzey kaplamalarından biridir. ENIG, iyi lehim pastası baskısını destekleyen düz bir kaplamadır. ENIG ayrıca çoklu döngülerle lehimlenebilir ve uzun bir raf ömrüne sahiptir.

Daldırma kalay, esas olarak Avrupa ve Asya’da kullanılan popüler bir yüzey kaplamasıdır. Devre kartlarını daldırma kalay ile kaplamak için kullanılan işlem aşağıdaki gibidir. Bakır, kirleri ve oksitleri çıkarmak için temizlenir ve kazınır. Bakır yüzey, bir ön işlem adımıyla kalay kaplama için hazırlanır, ardından daldırma kalay ile kaplanır. Kalay metali devre kartı pedlerine kaplanırken bakır kaplama çözeltisi içinde çözülür.

Daldırma kaplama işlemi, kalayın maksimum kalınlığını sınırlayan kendi kendini sınırlayan bir işlemdir. Daldırma kalay düzdür ve başlangıçta iyi lehimlenir. Kurşunsuz lehimleme sıcaklıkları kaplamaya zarar verebilir ve sonraki lehimleme adımlarının zorlu olmasına neden olabilir. Daldırma kalay, nispeten ince olduğu için taşıma hasarına karşı da hassastır.

Daldırma gümüşü, daldırma kalayına benzer bir kaplamadır ancak bakır pedlerin üzerine gümüş metal kaplanmıştır. Gümüşü devre kartlarına daldırmak için kullanılan işlem aşağıdaki gibidir. Bakır, kirleri ve oksitleri çıkarmak için temizlenir ve kazınır. Bakır yüzeyi, bir ön işlem adımıyla gümüş kaplama için hazırlanır, ardından daldırma gümüşüyle kaplanır. Gümüş metal devre kartı pedlerine kaplanırken bakır kaplama çözeltisi içinde çözülür. Daldırma kaplama işlemi, gümüşün maksimum kalınlığını sınırlayan kendi kendini sınırlayan bir işlemdir. Kararmayı önleyici maddeler ya gümüş kaplama adımına dahil edilir ya da son adım olarak uygulanır.

Daldırma gümüşü düzdür ve başlangıçta iyi lehimlenir, ancak havaya maruz kalma ve lehimleme için uygulanan ısı nedeniyle kararabilir.
Kararmış daldırma gümüşünü lehimlemek çok zordur. Daldırma gümüşü, nispeten ince olduğundan dolayı hasara karşı hassastır ve hava ve kükürt maruziyetinden korunmalıdır. Hem daldırma gümüşü hem de daldırma kalay uygun maliyetli kaplamalardır.