پوشش نهایی برد مدار چاپی چیست؟

پوشش نهایی PCB آخرین لایه‌ایی است که روی سطح برد مدار چاپی قرار میگیرد. زمانی که قطعات یک دستگاه الکترونیکی را با دقت مورد بررسی قرار میدهیم برد مدار چاپی PCB بعنوان مهم‌ترین اجزا آن دستگاه در نظر گرفته می‌شود. اجزا و قطعات الکترونیک و همچنین اتصال بین آنها از طریق قرار گیری روی سطح همین برد صورت پذیر است.

با پیشرفت صنعت تولید PCB، تجهیزات و نرم افزارهای طراحی برد و همچنین قوانین مربوط به استانداردهای IPC باعث شد تا این محصول دیگر به راحتی گذشته طراحی و مونتاژ نشود. بلکه کلیه مراحل آن توسط افراد ماهر و متخصص انجام پذیرد. زمانی که فرد نسبت به فرآیند تولید تسلط و اطلاعات کافی را داشته باشد می‌تواند محصولاتی از pcb را تولید کند که قیمت مناسبتر و کارایی بالاتر نسبت به محصولات نمونه در بازار را داشته باشد.

بررسی ساختار PCB

بخش‌های مختلف و انعطاف پذیر یک برد PCB شامل موارد ذیل هستند که بررسی آنها میپردازیم:

برد PCB یک طرفه

ساده‌ترین نوع ساخت PCB برد یک طرفه است و در یک طرف آن هادی وجود دارد. معمولا این قسمت هادی در سمت پایین است. PCBهای یک طرفه همانند دیگر بردهای مدار چاپی هستند. این دسته از محصولات دارای یک بخش به نام هسته یا CORE هستند که مواد تشکیل دهنده آن می‌تواند موارد متعددی باشد که رایج‌ترین آن فایبرگلاس است.

هسته از یک سمت کاملا با لایه‌ایی از مس پوشانده شده. اما زمانی که قطعات آماده نصب و سوراخکاری روی برد می‌شوند مس به وسیله روش شیمایی Etching حذف می‌شود تا مسیر برای اجزای لکتریکی باقی بماند. قسمت بالایی سطح برد Component Side نام دارد و محلی برای نصب قطعاتی هستند که احتیاج به سوراخکاری دارند. اجزایی که احتیاج به سوراخکاری ندارند بوسیله لحیم نصب می‌شوند.

برد PCB دو طرفه

تفاوت برد PCB دو طرفه با یک طرفه در دو مورد است:

1- دو طرف برد دارای یک لایه نازک مسی است

2- قابیلت نصب قطعات در سطح بالایی و پایینی برد میسر است. همین امر باعث می‌شود تا برد فشرده‌تر شود.

سوراخکاری برد PCB

برای اینکه بتوانیم قطعات را به روی برد قرار دهیم باید سوراخکاری روی فیبر انجام دهیم تا بتوانیم از این طریق آنها را جایگزین کنیم و لحیم کاری روی آنها انجام دهیم.در بردهای دو طرفه برای اینکه اتصال برقرار شود لایه‌های بالا و پایین بعنون تکیه‌گاه خواهند بود. باید این موضوع را هم بدانید که همیشه این راهکار میسر نیست به همین دلیل در PCB دو طرفه از افزودنی به نام Plated Through Holes یا PTH استفاده می‌شود. آبکاری سوراخ‌ها با استفاده از فرآیند الکترولیز صورت میگیرد تا مس در آن رسوب کند و در نتیجه آن یک مسیر رسانا ایجاد می‌شود.

لحیم کاری

لحیم کاری در برد مدارچاپی به دو صورت انجام میگیرد:

1. لحیم کاری موجی یا Wave
2. لحیم کاری جریانی Reflow

دلیل استفاده از لحیم کاری روی PCB این است که لحیم مانع از چسبیدن زیاد مس می‌شود و همچنین میتواند از خوردگی مس نیز جلوگیری کند.

هنگام انتخاب پوشش به این نکات دقت کنید

1. نوع قطعاتی که میخواهید استفاده کنید
2. برآورد هزینه‌ها
3. اثرات مواد به روی محیط زیست
4. حجم تولید برد مدار چاپی

انواع پوشش نهایی برد مدار چاپی

از متداول‌ترین پوشش‌های نهایی در یک برد مدار چاپی میتوان به این موارد اشاره کرد:

HASL

Hot Air Solder Level یا پوشش قلع با هوای داغ. این روش بعنوان متداول‌ترین راه برای پوشش نهایی PCB است. روش انجام دهی آن می‌تواند با حضور سرب یا بدون آن باشد. در روش Hasl برد در ظرف قلع یا سرب مذاب قرار میگیرد و قسمت‌های اضافی بوسیله هوای گرم یا همان Hot Air از بین میرود. ضخامت مورد نظر در این روش 70 تا 200 میکرو اینچ است.

روش HASL کم هزینه و قابل دسترس است. علاوه بر این توانایی مدت نگهداری طولانی را نیز دارد. اما می‌تواند سطح ناهموار و ظاهری نازیبا را روی سطح برد ایجاد کند. شوک حرارتی، اتصال و کاهش حفره در سراسر برد از معایب روش پوشش قلع با هوای داغ است.

غوطه وری قلع

Immersion Tin یا ISN از نام‌های دیگر این روش هستند. در این روش پوششی از جنس قلع با ضخامت 20 تا 50 میکرو اینچ طی فرآیند و واکنش شیمیایی با روش غوطه وری، روی مس قرار میگیرد. در روش غوطه وری قلع سطح همواردی رو برد ایجاد می‌شود. همچنین قابلیت Rework و ذوب شدن راحت قلع در آن به راحتی صورت پذیر است.

در مقابل اگر با دست تماس مستقیم داشته باشد به راحتی خراب می‌شود. بدلیل وجود ترکیبات تیوریا ممکن است در بدن فرآیند سرطان زایی را تشدید کند. بالا بودن احتمال زنگ زدن، نامناسب بودن برای مونتاژهای چند مرحله‌ایی و سخت بودن در اندازه‌گیری ضخامت از معایب روش ISN هستند.

پوشش OSP

Organic Solder ability Preservative روشی است که در آن از اکسیداسیون مس جلوگیری می‌شود. در روش OSP یک ترکیب شیمیایی آلی بر پایه آب روی سطح مس متصل می‌شود و باعث ایجاد لایه نازک میگردد. این لایه هنگام مونتاژ و اسمبل کردن قطعات از بین میرود تا لحیم کاری روی سطح مس انجام شود.

OSP باعث ایجاد سطح صاف روی برد می‌شود. علاوه بر این یک فرآیند ساده و بدون سرب است و برای مونتاژ قطعات الکترونیکی مناسب است. از معایب آن میتوان به حساسیت نسبت به تماس دستی، کوتاه بودن عمر مفید، سخت بودن انجام تست و نامناسبق بودن برای مونتاژهای چند مرحله‌ایی اشاره کرد.

پوشش ENIG

Electroless Nickel Immersion یا الکترولس طلا. نوعی پوشش متشکل از دو لایه نیکل و طلا است. لایه طلا به ضخامت 2 تا 8 میکرواینچ روی لایه نیکل که ضخامت 120 تا 240 میکرواینچ را دارد قرار میگیرد. روی سطح نیکل لحیم کاری صورت میگیرد. دلیل وجود لایه طلا بخاطر محافظت از نیکل است. بعلت به کاری گیری مقررات RoHS در پوشش ENIG، این روش بیشترین استفاده را نسب به روش‌های نامبرده دارد.

ایجاد سطح صاف و هموار، عدم وجود سرب و عمر مفید طولانی از مزایای ENIG است. در مقابل گران بودن، ایجاد لایه سیاه بخاط نیکل، پیچیدگی فرآیند و تلفات سیگنال RF از معایب این روش است.

Hard Gold

روش hard gold دارای شباهت و تفاوت با روش Enig است. شباهت این دو روش وجود دو آلیاژ طلا و نیکل است و تفاوت آن در ضخامت به کار رفته طلا است که در روش hard gold بیشتر است. نام دیگر این روش طلا الکترولیت سخت است که یک لایه طلا به روی پوشش حائلی که از جنس نیکل است قرار میگیرد. ضخامت طلا در این روش بنا به مدت زمان انجام فرآیند تغییر میکند. به دلیل هزینه بالا عدم انجام لحیم کاری مناسب این روش برای نواحی و قطعاتی که احتیاج به لحیم کاری دارند انجام نمیشود.

از مزایای این روش میتوان به ایجاد سخت با مقاومت بالا، طول عمر مفید و بالا و عدم وجود سرب اشاره کرد. اما به دلیل وجود طلا روشی پر هزینه در تهیه مواد اولیه و نیروی کار بین دیگر پوشش های نهایی PCB است.

جمع بندی

به طور کلی اگر بخواهیم بین روش های ایجاد کننده پوشش نهایی PCB مقایسه‌ایی انجام دهیم باید بگوییم که روش Hard Gold از 4 روش دیگر گرانتر است. روش HASL ارزانتر و مدت زمان انجام آن 10 تا 15 دقیق است. بنا به نوع کاربردو قطعاتی که دارید میتوانید مناسبترین روش را انتخاب کنید تا از این طریق در بودجه و زمانبندی به بهترین نوع صرفه جویی انجام دهید.