पीसीबी सतह परिष्करण वर्गीकरण: प्रकार, विशेषताएं और अनुप्रयोग

पीसीबी सतह खत्म इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण के अज्ञात नायकों हैं, नंगे तांबे के निशान और मिलाप जोड़ों के बीच की खाई को पाटते हैं।ये सुरक्षात्मक कोटिंग्स विश्वसनीय विद्युत कनेक्शन सुनिश्चित करती हैं, संक्षारण प्रतिरोधी, और शेल्फ जीवन का विस्तार करें स्मार्टफोन से लेकर एयरोस्पेस सिस्टम तक सब कुछ के लिए महत्वपूर्ण। लागत प्रभावी HASL से उच्च विश्वसनीयता ENIG तक के विकल्पों के साथ,सही खत्म का चयन आवेदन की जरूरतों पर निर्भर करता हैइस गाइड में सबसे आम पीसीबी सतह खत्म का वर्गीकरण किया गया है, उनकी विशेषताओं की तुलना की गई है,और आपकी परियोजना के लिए सबसे अच्छा विकल्प चुनने में मदद करता है.

महत्वपूर्ण बातें
1पीसीबी की सतह की समाप्ति ऑक्सीकरण से तांबे के निशानों की रक्षा करती है, जिससे असेंबली और दीर्घकालिक विश्वसनीयता के दौरान वेल्डिंग सुनिश्चित होती है।
2.एनआईजी (इलेक्ट्रोलेस निकेल इमर्शन गोल्ड) चिकित्सा और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए आदर्श, उच्च आवृत्ति प्रदर्शन और शेल्फ जीवन के लिए सबसे अच्छा संयोजन प्रदान करता है।
3एचएएसएल (हॉट एयर सोल्डर लेवलिंग) उच्च मात्रा के उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए लागत प्रभावी है लेकिन ठीक-पीच घटकों के साथ संघर्ष करता है।
4डुबकी टिन और चांदी सीसा मुक्त, उच्च घनत्व वाले डिजाइनों में उत्कृष्ट हैं, जबकि ओएसपी (ऑर्गेनिक सोल्डरेबिलिटी कंजर्वेटिव) को कम लागत, कम शेल्फ जीवन वाली परियोजनाओं के लिए पसंद किया जाता है।
5चयन ऐसे कारकों पर निर्भर करता है जैसे कि पिच का आकार (≤0.4 मिमी को ENIG/टेन की आवश्यकता होती है), शेल्फ लाइफ (ENIG > 1 वर्ष तक रहता है), और पर्यावरण तनाव (ऑटोमोटिव को उच्च तापमान प्रतिरोध की आवश्यकता होती है) ।

पीसीबी सतह खत्म क्या हैं?
पीसीबी सतह परिष्करण एक पतली कोटिंग है जो उत्कीर्णन के बाद निकले तांबे के निशान और पैड पर लागू होती है। उनकी प्राथमिक भूमिकाएं हैंः
ऑक्सीकरण को रोकें: नंगे तांबे हवा के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, घंटों के भीतर एक गैर-सोल्ड करने योग्य ऑक्साइड परत बनाते हैं। खत्म एक बाधा के रूप में कार्य करते हैं।
सुलझाने की क्षमता में सुधारः रिफ्लो या वेव सोल्डरिंग के दौरान सॉल्डर को गीला करने और मजबूत जोड़ बनाने के लिए एक स्थिर सतह प्रदान करें।
संभालने के दौरान सुरक्षाः इकट्ठा करने और भंडारण के दौरान खरोंच, नमी और रसायनों का विरोध करें।
समाप्ति के बिना, पीसीबी कुछ दिनों के भीतर असंगठित हो जाते हैं, और यहां तक कि मामूली ऑक्सीकरण क्षेत्र के उपयोग में सोल्डर जोड़ों की विफलता का कारण बन सकता है।

पीसीबी सतह खत्म का वर्गीकरण
सतह परिष्करणों को उनकी सामग्री और आवेदन प्रक्रियाओं के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है। नीचे उनकी विशेषताओं, पेशेवरों और विपक्षों के साथ सबसे आम प्रकार हैं।

1HASL (हॉट एयर सोल्डर लेवलिंग)
एचएएसएल सबसे पुराने और सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले परिष्करणों में से एक है, विशेष रूप से उच्च मात्रा में उत्पादन में। इस प्रक्रिया में शामिल हैंः
पीसीबी को पिघले हुए मिलाप में डुबोना (लीड-मुक्त या टिन-लीड) ।
अतिरिक्त मिलाप को हटाने के लिए सतह पर गर्म हवा को उड़ाकर एक सपाट (लेकिन थोड़ा असमान) कोटिंग छोड़ना।
विशेषताएं:
संरचनाः 99.3% टिन, 0.7% तांबा (लीड रहित) या 63% टिन/37% लीड (पारंपरिक, अब दुर्लभ) ।
मिलाप करने की क्षमताः छेद के माध्यम से और बड़े एसएमटी घटकों के लिए उत्कृष्ट; आसानी से गीला हो जाता है।
शेल्फ लाइफः 6 से 9 महीने (ऑक्सीकरण धीरे-धीरे वेल्डेबिलिटी को खराब करता है) ।
लागतः समाप्ति के बीच सबसे कम (1x आधार रेखा) ।
फायदे:
बड़ी मात्रा में उत्पादन (100,000 से अधिक इकाइयां) के लिए आर्थिक।
कई रिफ्लो चक्रों (35x) का सामना करता है।
विपक्ष:
असमान सतह (±10μm) से ठीक पिच वाले घटकों (<0.8mm पिच) में सोल्डर ब्रिजिंग का खतरा होता है।
सीसा रहित संस्करणों में उच्च पिघलने का बिंदु होता है, जिसके लिए गर्म रिफ्लो प्रोफाइल की आवश्यकता होती है।
इसके लिए सबसे अच्छाः उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स (टीवी, राउटर), बड़े घटकों के साथ कम लागत वाले पीसीबी।

2. ENIG (इलेक्ट्रोलेस निकेल इमर्शन गोल्ड)
एनआईजी एक दो-परत की फिनिश हैः एक निकेल बैरियर (36μm) पर एक पतली सोने की परत (0.05 ¢ 0.2μm) है। यह प्रक्रिया रासायनिक जमाव (बिना बिजली के) का उपयोग करती है, जिससे छोटे पैड पर भी समान कवरेज सुनिश्चित होती है।
विशेषताएं:
संरचनाः निकेल-फॉस्फोरस (6% फॉस्फोरस) + शुद्ध सोना।
वेल्डिंग क्षमताः उत्कृष्ट; निकल वेल्डिंग के साथ मजबूत बंधन बनाता है, जबकि सोना ऑक्सीकरण को रोकता है।
शेल्फ लाइफः > 1 वर्ष (सोना असीमित रूप से ऑक्सीकरण का विरोध करता है) ।
लागतः एचएएसएल से 1.5 गुना अधिक।
फायदे:
फ्लैट सतह (±2μm) ठीक-पीच घटकों के लिए आदर्श (≤0.4mm BGA, QFN) ।
सोने की चालकता के कारण उच्च आवृत्ति प्रदर्शन (40GHz तक कम संकेत हानि) ।
जंग और अत्यधिक तापमान (-40°C से 125°C) के प्रतिरोधी।
विपक्ष:
यदि प्लेटिंग मापदंड बंद हैं तो ब्लैक पैड (सोने के नीचे निकेल जंग) का जोखिम।
सोना महंगा होता है; मोटी परतें (>0.2μm) से सोल्डर भंगुर हो जाता है।
इसके लिए सबसे अच्छाः चिकित्सा उपकरण, एयरोस्पेस, 5जी उपकरण और ठीक-पीच घटकों वाले पीसीबी।

3विसर्जन टिन
विसर्जन टिन रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से एक शुद्ध टिन परत (0.8-2,5μm) जमा करता है, जो बिना बिजली के एक soldable सतह बनाता है।
विशेषताएं:
रचनाः 99.9% टिन।
मिलाप करने की क्षमता: बहुत अच्छी; मजबूत, लचीला मिलाप जोड़ बनाता है।
शेल्फ लाइफः 12 महीने से अधिक उचित भंडारण (सूखे, सील बैग) के साथ।
लागतः 1.2 ¢ 1.5x HASL।
फायदे:
फ्लैट सतह (± 3μm) ठीक-पिच (0.5 मिमी पिच) और उच्च घनत्व डिजाइन के लिए उपयुक्त है।
लीड मुक्त और RoHS- अनुरूप।
सीसा रहित और पारंपरिक मिलाप दोनों के साथ संगत।
विपक्ष:
नम वातावरण में टिन मूंछों (छोटे प्रवाहकीय तंतुओं) के प्रति अतिसंवेदनशील, शॉर्ट सर्किट का खतरा।
सावधानीपूर्वक संभालने की आवश्यकता होती है; टिन आसानी से खरोंच करता है।
इसके लिए सबसे अच्छाः ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स (एलईडी हेडलाइट्स), औद्योगिक सेंसर और मध्यम बारीक पिच घटकों के साथ पीसीबी।

4ओएसपी (ऑर्गेनिक सोल्डरेबिलिटी कंजर्वेटिव)
ओएसपी एक पतली कार्बनिक कोटिंग है (0.1~0.5μm) जिसे डुबकी के माध्यम से लगाया जाता है, जो एक सुरक्षात्मक परत बनाता है जो मिलाप के दौरान भंग हो जाती है, ताजा तांबा उजागर करती है।
विशेषताएं:
संरचना: एज़ोल आधारित कार्बनिक पदार्थ (बेंजोट्रियजोल व्युत्पन्न) ।
मिलाप करने की क्षमताः 1 ¢ 2 रिफ्लो चक्रों के लिए अच्छा; मिलाप के दौरान साफ घुल जाता है।
शेल्फ लाइफः 3~6 महीने (नमी में गिरावट > 60%) ।
लागतः 0.8 गुना एचएएसएल (कम मात्रा के लिए सबसे सस्ता) ।
फायदे:
अल्ट्रा-फ्लैट सतह (± 1μm) ठीक-ठीक पिच घटकों (< 0.4mm) के लिए एकदम सही है।
कोई धातु परत नहीं, उच्च आवृत्ति संकेत अखंडता (5G के लिए आदर्श) को संरक्षित करती है।
विपक्ष:
एकल उपयोग के लिए; OSP मिलाप के दौरान घुल जाता है, जिसके बाद तांबा ऑक्सीकरण के संपर्क में रहता है।
खराब स्थायित्व; खरोंच या नमी से मिलाप की क्षमता खराब हो जाती है।
इसके लिए सबसे अच्छाः कम मात्रा वाले प्रोटोटाइप, उच्च आवृत्ति वाले पीसीबी (5जी, रडार) और कम जीवन वाले उपकरण।

5विसर्जन रजत
विसर्जन चांदी रासायनिक रूप से जमा की गई एक पतली चांदी की परत है, जो प्रदर्शन और लागत का संतुलन प्रदान करती है।
विशेषताएं:
शुद्ध चांदी।
वेल्डेबिलिटीः उत्कृष्ट; न्यूनतम प्रवाह के साथ मजबूत जोड़ बनाता है।
शेल्फ लाइफः 6-9 महीने (उच्च आर्द्रता में दाग) ।
लागत: 1.3 ¢ 1.6 X HASL।
फायदे:
सपाट सतह (±3μm) ठीक-पिच (0.5mm) और उच्च गति संकेतों के लिए काम करती है।
एनआईजी की तुलना में तेज़ प्रसंस्करण, लीड समय को कम करना।
विपक्ष:
आर्द्र वातावरण (> 60% आरएच) में धुंधलापन (कालापन) से मिलाप की क्षमता कम हो जाती है।
उच्च वोल्टेज पीसीबी में चांदी के पलायन से शॉर्ट सर्किट का खतरा होता है।
के लिए सबसे अच्छाः दूरसंचार उपकरण, सैन्य पीसीबी, और परियोजनाओं को एनआईजी की तुलना में तेजी से टर्नअराउंड की आवश्यकता होती है।

तुलनात्मक तालिकाः पीसीबी सतह परिष्करण

सतह की सही फिनिश कैसे चुनें
चयन आपकी परियोजना की विशिष्ट आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।

1घटक पिच आकार
ठीक-पिच (<0.4 मिमी): ENIG या OSP (सपाट सतहों से ब्रिजिंग को रोका जा सकता है) ।
मध्यम पिच (0.5×0.8 मिमी): विसर्जन टिन, चांदी, या ENIG।
बड़ा पिच (>0.8 मिमी): एचएएसएल (सबसे किफायती) ।

2. शेल्फ लाइफ आवश्यकताएं
>6 महीनेः ENIG या विसर्जन टिन (ऑक्सीकरण का सबसे लंबा प्रतिरोध) ।
३-६ माह: विसर्जन चांदी या एचएएसएल।
अल्पकालिक (प्रोटोटाइप): ओएसपी (सबसे कम लागत) ।

3अनुप्रयोग वातावरण
उच्च आर्द्रताः ENIG (सोना धुंधला होने का प्रतिरोध करता है) या विसर्जन टिन (चांदी से बेहतर) ।
उच्च तापमानः ENIG (निकेल 300°C+ का सामना करता है) या डुबकी का टिन।
उच्च आवृत्ति (5G/रडार): OSP (बिना धातु की परत) या ENIG (कम संकेत हानि) ।

4उत्पादन मात्रा और लागत
उच्च मात्रा (100k+): एचएएसएल (सबसे कम प्रति इकाई लागत) ।
मध्यम आयतन (10k~100k): विसर्जन टिन या चांदी।
कम मात्रा/उच्च विश्वसनीयताः ENIG (अधिक लागत को उचित ठहराता है) ।

5उद्योग मानक
ऑटोमोटिव (IATF 16949): ENIG या विसर्जन टिन (कंपन/गर्मी का सामना करें) ।
चिकित्सा (आईएसओ 13485): ENIG (जैव संगत, लंबी शेल्फ लाइफ) ।
एयरोस्पेस (AS9100): ENIG (अत्यधिक परिस्थितियों का सामना करता है) ।

पीसीबी सतह खत्म के बारे में आम मिथक
मिथक: एनआईजी हमेशा बेहतर होता है।
तथ्य: ENIG कम लागत वाले, बड़े पिच वाले पीसीबी के लिए अतिसंवेदनशील है; HASL अच्छा काम करता है और कम लागत का होता है।

मिथक: ओएसपी अविश्वसनीय है।
तथ्य: OSP अल्पकालिक उपकरणों (जैसे, मौसमी इलेक्ट्रॉनिक्स) और उच्च आवृत्ति डिजाइनों के लिए अच्छा प्रदर्शन करता है।

मिथक: डुबकी टिन सभी मामलों में मूंछें पैदा करता है।
तथ्य: उचित रूप से मूंछों को ढंकने के लिए जोड़ों का प्रयोग करना और इसे सुरक्षित रखना इस जोखिम को कम करता है।

सामान्य प्रश्न
प्रश्न: उच्च आवृत्ति पीसीबी (28GHz+) के लिए कौन सा परिष्करण सबसे अच्छा है?
उत्तर: ओएसपी (कोई धातु परत नहीं) या ईएनआईजी (स्वर्ण का कम नुकसान) सबसे अच्छा है। एचएएसएल (असमान सतह संकेत प्रतिबिंब का कारण बनती है) से बचें।

प्रश्न: क्या मैं सीसा मुक्त संयोजन के लिए ENIG का उपयोग कर सकता हूँ?
उत्तर: हाँ। ENIG सीसा मुक्त मिलाप (Sn-Ag-Cu) के साथ काम करता है और RoHS आवश्यकताओं को पूरा करता है।

प्रश्न: मैं ओएसपी के शेल्फ जीवन का विस्तार कैसे करूं?
उत्तर: पीसीबी को सूखी सामग्री के साथ सील बैग में रखें, आर्द्रता < 50% रखें और उत्पादन के 3 महीने के भीतर उपयोग करें।

प्रश्न: एनआईजी में ब्लैक पैड का क्या कारण है?
उत्तर: निकेल का अत्यधिक उत्कीर्णन या सोने के गलत पैरामीटर। इससे बचने के लिए IPC-4552 के अनुसार प्रमाणित निर्माताओं का चयन करें।

प्रश्न: क्या एचएएसएल अभी भी सीसा मुक्त नियमों के साथ प्रासंगिक है?
उत्तर: हाँ, सीसा मुक्त एचएएसएल (एसएन-क्यू) रोएचएस के अनुरूप है और बड़े घटकों के लिए लागत प्रभावी है।

निष्कर्ष
पीसीबी सतह खत्म विश्वसनीयता, असेंबली सफलता और प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण हैं। लागत के लिए प्रत्येक प्रकार की ताकत को समझकर,उच्च आवृत्ति के लिए ओएसपी आप अपनी परियोजना के लिए इष्टतम खत्म का चयन कर सकते हैं. चाहे स्मार्टफोन या उपग्रह का निर्माण हो, सही सतह खत्म सुनिश्चित करता है कि आपका पीसीबी असेंबली, भंडारण, और क्षेत्र के उपयोग के वर्षों से जीवित रहे।