Povrchové úpravy desek plošných spojů

Datum: 28.06.2017

Kategorie: Výroba desek plošných spojů

Na výsledný povrch desky plošných spojů jsou zpravidla kladeny dva základní požadavky: dobrá smáčitelnost pájecích ploch pro součástky, a to i po delším skladování desek plošných spojů, pokrytí plošných vodičů desky s cílem zabránit zkratům (při pájení) a korozi.

Druhý požadavek se řeší nanesením nepájivé masky na plochy s výjimkou koncových kontaktů plošného obvodu.

K zajištění dobré smáčitelnosti je možno použít různé metody. Nejobvyklejší variantou je pokrytí měděné plochy desky plošných spojů cínem nebo slitinou cínu a olova.

Existují následující procesy pokrytí měděných ploch DPS:

cínování za tepla (HAL),
elektrolytické cínování,
tisk pájecí pasty.

První z nich je nejpoužívanější, tvoří asi 90% světové produkce. Označuje se HASL (Hot Air Solder Leveling), příp. HAL. Další dva druhy se používají na specifické aplikace.

Koncem padesátých let se začala zavádět povrchová úprava cín/olovo. Tato kombinace je dodnes nejrozšířenější užívanou povrchovou úpravou desek. Toto je přehled mnoha jejích předností: je to slitina s nízkým bodem tavení, která s mědí vytváří intermetalický spoj (nezbytný pro mechanicky trvanlivé spoje), pájitelnost je udržována po přijatelnou dobu, slitina se poměrně snadno nanáší a je relativně levná. Slitina cín/olovo se obvykle nanáší procesem označovaným jako vyrovnávání pájky horkým vzduchem. Tuto techniku zpravidla používá výrobce desky, a spočívá v tom, že se sestava svisle ponoří do roztavené slitiny, pomalu se vytáhne a pomocí nožů s horkým vzduchem se odfoukne přebytečná pájka. Výsledný povrch je poměrně rovný a hodí se pro součástky až do rozteče kontaktů 1 mm - 0,040". Avšak v důsledku slučivosti slitiny Sn/Pb s mědí, vlivu zemské tíže a směru působení vzduchového nože může být ploška zvýšená nebo klenutá. Tloušťka při vyrovnávání pájky horkým vzduchem se může měnit od 1 mm tam, kde deska vstupuje do vzduchového nože, až po 20 mm tam, kde jej opouští. Kromě toho, že to vede k potížím při tisku, někteří tvrdí, že je tato skutečnost příčinou potíží při vsazování prvků s malou roztečí kontaktů (0,5 mm - 0,020"), protože vyklenutí může odchýlit křehké vývody mimo pájecí plošky.

Byla vyvinuta metoda vodorovného vyrovnávání pájky horkým vzduchem, jež kombinuje snadné nanášení slitiny Sn/Pb s rovnějším povrchem, vhodným pro součástky s malou roztečí kontaktů. Při této metodě se deska plošných spojů, vložená mezi dva sítové dopravníky, dopravuje skrze roztavenou slitinu, přičemž vzduchové nože i zde slouží k odstranění přebytečné slitiny, avšak zemská tíže nyní přispívá k vyrovnání povrchové úpravy. Pokovení obrazce a otvorů cínem se používá v mezioperaci výroby obrazce plošného spoje.

Příklad povrchové úpravy nanášením pájecí pasty může být metoda SIPAD. Princip povrchové úpravy je znázorněn na obrázku.

Povrchová úprava desky plošných spojů metodou SIPAD

Zpracování desek plošných spojů s měděnými plochami je alternativou, která se z cenových důvodů zvažuje nejdříve. Aby se zajistila uspokojivá pájitelnost, je však nezbytné bezprostředně před výrobou modulů provést aktivování ploch. Čistá měď poskytuje dobře pájitelný povrch; bohužel však trpí významným nedostatkem - oxiduje a velmi rychle se potahuje matným povlakem, jenž pájitelnost podstatně zhoršuje. Výsledkem je, že je nutno pájecí plošky součástek na holé desce plošných spojů chránit pájitelnou povrchovou úpravou.

Příklady pájecích past