2024年6月28日

PCB に適した表面仕上げの選択

プリント基板 (PCB) の設計と製造では、適切な表面仕上げを選択することが重要です。この決定は、基板の機能、信頼性、および寿命に大きな影響を与える可能性があります。表面仕上げは、露出した銅トレースを酸化から保護する上で重要な役割を果たします。酸化は時間の経過とともに腐食や故障につながる可能性があります。

表面仕上げにより PCB のはんだ付け性も向上し、組み立て工程でコンポーネントが確実に取り付けられるようになります。これは、電子機器の全体的な信頼性にとって不可欠です。適切な表面仕上げがないと、PCB の電気接続が悪くなり、機器の誤動作や故障につながる可能性があります。

PCB の適切な表面仕上げを慎重に検討することで、電子製品の最適なパフォーマンス、寿命、信頼性を確保できます。このガイドは、さまざまなオプションを検討し、次のプロジェクトについて十分な情報に基づいた決定を下すのに役立ちます。

機械で処理されている 2 つの緑色の PCB

PCB 表面仕上げとは何ですか?

PCB表面仕上げの定義

PCB 表面仕上げは、プリント回路基板上の露出した銅トレースに施される保護コーティングです。この仕上げにより、銅が酸化されるのを防ぎ、腐食を引き起こして基板の性能を低下させるのを防ぎます。また、表面仕上げにより基板はんだ付け工程の準備も整い、電子部品を安全に取り付けることができます。

銅配線の保護とはんだ付け性の向上における表面仕上げの役割

表面仕上げの主な役割は、酸化や腐食の原因となる湿気などの環境要因から銅トレースを保護することです。露出した銅は時間の経過とともに劣化し、電気接続が悪くなり、PCB が故障する可能性があるため、この保護は非常に重要です。

保護に加えて、表面仕上げははんだ付け性を高めるために不可欠です。組み立て工程では、コンポーネントが PCB にはんだ付けされます。表面仕上げが良好であれば、はんだが銅トレースに適切に付着し、強固で信頼性の高い接続が形成されます。はんだ接合部が不良だと接続が断続的になったり、ボードが完全に故障したりする可能性があるため、表面仕上げは PCB の全体的な機能と信頼性にとって不可欠です。

PCB表面仕上げの比較

表面仕上げに使用される一般的な材料の概要

PCB の表面仕上げには、一般的にいくつかの材料が使用され、それぞれに特性と利点があります。最も一般的なオプションの概要は次のとおりです。

  1. HASL (熱風はんだレベリング): この仕上げでは、PCB を溶融はんだでコーティングし、熱風で平らにします。コスト効率が高く、はんだ付け性も良好ですが、表面の質感が粗いため、ファインピッチのコンポーネントには適さない場合があります。
  2. ENIG (無電解ニッケル浸漬金)ENIG は、薄い金の層で覆われたニッケルの層で構成されています。優れたはんだ付け性と耐腐食性を備えており、複雑で信頼性の高いアプリケーションに最適です。
  3. OSP(有機はんだ付け性保存剤): OSP は有機化合物を使用して銅トレースを保護します。環境に優しくコスト効率に優れていますが、金属仕上げにはより耐久性が必要な場合があります。
  4. 浸漬缶: この仕上げは、PCB をスズの層でコーティングすることにより、平らでハンダ付け可能な表面を実現します。ハンダ付け性は良好でコスト効率に優れていますが、保存期間が短く、取り扱いに注意が必要です。
  5. 浸漬銀(ImAg): 浸漬銀は、はんだ付け性に優れた平らな表面を提供します。幅広い用途に適していますが、正しく取り扱わないと変色しやすくなります。
  6. 鉛フリーHASL: 従来のHASLと同様に鉛フリーはんだを使用しているため、環境に優しく、RoHS規制に準拠しています。優れたはんだ付け性と酸化防止機能を備えています。
  7. 有機表面仕上げこれらの仕上げでは、カーボン、金、銀などの有機材料を使用して PCB を保護します。例としては、カーボン インク、金メッキ、銀メッキなどがあり、それぞれ特定の用途に適しています。
複雑な金配線が施された PCB の詳細画像

表面仕上げの選択における重要な考慮事項

PCB に適した表面仕上げを選択するには、いくつかの重要な要素を考慮する必要があります。各要素は、回路基板の全体的なパフォーマンス、信頼性、およびコスト効率に重要な役割を果たします。

はんだ付け性

部品の組み立てにおけるはんだ付け性の重要性

はんだ付け性は、PCB 上にコンポーネントを組み立てる際に不可欠です。はんだ付け性が良好な表面仕上げにより、はんだが銅トレースにしっかりと付着し、強固で信頼性の高い接合部が形成されます。これは、ボードの電気的接続性と機械的安定性にとって非常に重要です。

信頼性の高いはんだ接合部の形成への影響

信頼性の高いはんだ接合部は、PCB の機能を支える重要な要素です。はんだ付け性が悪いと接合部が弱くなり、ストレスや時間の経過によって故障する可能性があります。表面仕上げが良好であれば、強固で耐久性のあるはんだ接合部が形成され、部品の故障のリスクが軽減されます。

酸化からの保護

表面仕上げが銅配線の酸化と劣化を防ぐ仕組み

酸化により銅のトレースが著しく劣化し、電気性能が低下する可能性があります。表面仕上げはバリアとして機能し、銅を空気や湿気から保護します。これにより酸化が防止され、銅の完全性が長期間維持されます。

長期的な信頼性のメリット

酸化を防ぐことは、銅トレースを保護するだけでなく、PCB の長期的な信頼性も向上させます。適切に選択された表面仕上げが施されたボードは、過酷な環境に耐え、長年にわたって機能し続けることができます。

貯蔵寿命

PCBの保存期間に影響を与える要因

PCB の保管寿命は、湿度、温度、汚染物質などの環境要因に左右されます。表面仕上げは、保管中および組み立て前にボードを保護する上で非常に重要です。

表面仕上げの違いが保存期間に与える影響

表面仕上げによって保護レベルは異なります。たとえば、ENIG は長期保護に優れていますが、OSP は短期的な用途に適しています。適切な仕上げを選択すると、PCB は使用されるまで良好な状態が保たれます。

組立工程への適合性

リフローはんだ付け、ウェーブはんだ付け、その他の組立工程との互換性

表面仕上げは、リフローやウェーブはんだ付けなどの組み立てプロセスと互換性がある必要があります。各プロセスには、温度とはんだ付け性に関する特定の要件があります。表面仕上げが互換性があることで、スムーズで効果的な組み立てが保証されます。

適切な接合とはんだ付け性の確保

適切な接着とはんだ付け性は、信頼性の高い組み立てに不可欠です。表面仕上げは、はんだの流れと接着を容易にし、コンポーネントが PCB にしっかりと取り付けられるようにする必要があります。これにより、欠陥が最小限に抑えられ、ボード全体の品質が向上します。

環境への配慮

RoHSなどの環境規制への準拠

多くの業界では、有害物質の使用を制限する RoHS などの環境規制に準拠する必要があります。これらの規制に適合する表面仕上げを選択することは、コンプライアンスを確保し、法的問題を回避するために不可欠です。

環境に優しい表面仕上げオプション

表面仕上げの中には、他の仕上げよりも環境に優しいものがあります。鉛フリーの HASL と OSP は、より環境に優しい選択肢と考えられています。環境に優しい仕上げを選択すると、規制要件を満たし、持続可能性の取り組みをサポートします。

コストと材料の考慮

パフォーマンス要件と予算制約のバランスをとる

コストは常に製造上の決定要因となります。ENIG のような高性能仕上げは優れた利点を提供しますが、高価でもあります。パフォーマンス要件と予算の制約とのバランスを取ることは、経済的な選択を行う上で重要です。

さまざまな表面仕上げの費用対効果

仕上げによってコストとパフォーマンスが異なります。たとえば、HASL は一般的な用途ではコスト効率に優れていますが、ENIG は高価ですが、高信頼性の用途には欠かせません。コスト効率を評価すると、最も価値の高い仕上げを選択するのに役立ちます。

信頼性と長寿命

選択した仕上げが性能と耐久性の基準を満たしていることを確認する

表面仕上げは、アプリケーションの特定のパフォーマンスと耐久性の基準を満たす必要があります。これにより、予想される動作条件下で PCB が正しく機能することが保証されます。

PCBの全体的な信頼性と寿命への影響

適切な表面仕上げにより、PCB の全体的な信頼性と寿命が向上します。ボードを環境による損傷から保護し、良好なはんだ接合部を確保し、長期間にわたって電気性能を維持するため、より耐久性と信頼性の高い製品が実現します。

これらの要素を考慮すると、PCB の要件に最適な表面仕上げを選択でき、最適なパフォーマンス、コスト効率、長期的な信頼性を確保できます。

PCB 表面仕上げ層の図

一般的な表面仕上げオプション

PCB の適切な表面仕上げを選択することは、そのパフォーマンスと耐久性にとって重要です。ここでは、標準的な表面仕上げのオプション、説明、利点、欠点、適切な用途について説明します。

HASL (熱風はんだレベリング)

説明とプロセス

HASL では、PCB を溶融はんだに浸し、熱風ナイフを使用してはんだを平らにします。これにより、均一なはんだコーティングされた表面が作成されます。

長所と短所

  • 利点: コスト効率が良く、広く入手可能で、はんだ付け性が良好です。
  • 短所: 表面が不均一なため、ファインピッチ部品には適していません。また、熱応力により多層基板にも適さない場合があります。

適切なアプリケーション

HASL は、汎用 PCB やコストが重要なアプリケーションに適しています。スルーホール コンポーネントや大型の表面実装デバイスに適しています。

ENIG (無電解ニッケル浸漬金)

説明とプロセス

ENIG は、無電解ニッケルの層を浸漬金の薄い層で覆ったものです。ニッケルは銅を保護するバリアとして機能し、金ははんだ付け可能な表面を提供します。

長所と短所

  • 利点: はんだ付け性に優れ、表面が平坦でファインピッチ部品にも適しており、耐腐食性にも優れています。
  • 短所: 他の仕上げよりもコストが高く、正しく適用しないと「ブラックパッド」欠陥が発生しやすくなります。

適切なアプリケーション

ENIG は、航空宇宙、医療、通信業界の複雑で信頼性の高いアプリケーションに最適です。また、ファインピッチ コンポーネントや高密度相互接続 (HDI) PCB にも適しています。

OSP(有機はんだ付け性保存剤)

説明とプロセス

OSP は銅トレースを有機化合物でコーティングします。この有機層は銅を酸化から保護し、はんだ付けプロセス中に除去され、はんだ付け用のきれいな銅が露出されます。

長所と短所

  • 利点: 環境に優しく、コスト効率に優れ、最初のはんだ付けサイクルで優れたはんだ付け性を実現します。
  • 短所: メタリック仕上げよりも耐久性が低く、複数回のリフローサイクルには適していません。また、保存期間も限られています。

適切なアプリケーション

OSP は、片面 PCB、民生用電子機器、およびボードが完成後すぐに組み立てられるその他のコスト重視のアプリケーションに最適です。

浸漬缶

説明とプロセス

浸漬錫メッキでは、化学処理によって銅のトレース部分を薄い錫の層でコーティングします。錫によって、はんだ付け可能な平らな表面が形成されます。

長所と短所

  • 利点: 表面が平坦で、はんだ付け性も良好、コスト効率に優れています。
  • 短所: 他の仕上げよりも保存期間が短く、錫のウィスカーや変色を防ぐために注意深い取り扱いが必要です。

適切なアプリケーション

浸漬錫は、汎用 PCB およびアプリケーションに適しています。その平坦な表面は、ファインピッチのコンポーネントに最適であり、コスト重視のアプリケーションにも使用されます。

浸漬銀(ImAg)

説明とプロセス

浸漬銀は、化学処理によって銅トレースを銀の薄い層でコーティングするものです。銀は、はんだ付け可能な平らな表面を提供します。

長所と短所

  • 利点: はんだ付け性に優れ、表面が平坦でコストパフォーマンスに優れています。また、環境にも優しい製品です。
  • 短所: 変色しやすいので、取り扱いや保管には注意が必要です。

適切なアプリケーション

浸漬銀は、RF やマイクロ波 PCB などの高周波アプリケーションや、表面が平坦ではんだ付け性が良好なアプリケーションに適しています。

鉛フリーHASL

説明とプロセス

鉛フリー HASL は従来の HASL と似ていますが、鉛フリーはんだを使用します。このプロセスでは、PCB を鉛フリーはんだでコーティングし、熱風ナイフで平らにします。

長所と短所

  • 利点: 環境に優しく、RoHS に準拠しており、はんだ付け性も良好です。
  • 短所: 他の仕上げと比較して、表面が粗いため、ファインピッチのコンポーネントには適さない場合があります。

適切なアプリケーション

鉛フリー HASL は、汎用 PCB や環境コンプライアンスが必須のアプリケーションに適しています。スルーホール コンポーネントや大型の表面実装デバイスに最適です。

有機表面仕上げ

説明とプロセス

有機表面仕上げでは、炭素、金、銀などの有機材料を使用して PCB 上に保護層を形成します。

  • カーボンインク: スイッチ接点やキーパッドに使用されます。
  • 金メッキ: エッジコネクタや摩耗しやすい部分に使用します。
  • 銀メッキ: 優れた導電性とはんだ付け性が求められるさまざまな用途に使用されます。

長所と短所

  • 利点: 特定の用途に適した多様なオプションがあり、優れた保護とはんだ付け性を提供します。
  • 短所: 使用する材質によって異なり、注意して取り扱う必要がある場合があります。

適切なアプリケーション

使用される特定の材料に応じて、有機表面仕上げは、スイッチ接点やキーパッドからエッジコネクタや摩耗しやすい領域まで、さまざまな用途に適しています。

金色のパターンと部品を備えた緑色の PCB のクローズアップ

結論

PCB に適した表面仕上げを選択することは非常に重要です。これは、ボードの機能、信頼性、および全体的な寿命に影響します。優れた表面仕上げは、銅トレースを酸化から保護し、はんだ付け性を高め、PCB が長期間にわたって良好なパフォーマンスを発揮することを保証します。

適切な表面仕上げを選択することは、PCB を保護するだけではありません。電子部品がしっかりと取り付けられ、ボードがさまざまな環境条件に耐えられることを確認することも重要です。適切な仕上げにより、故障を防ぎ、パフォーマンスを向上させ、電子機器の寿命を延ばすことができます。

globalwellpcba では、適切な表面仕上げを選択することの重要性を理解しています。当社の専門家が、お客様のプロジェクトに最適なオプションの選択をお手伝いし、最高品質のパフォーマンスと耐久性を保証します。今すぐ当社にお問い合わせいただき、PCB のニーズにどのように対応できるかをご確認ください。

によって書かれた記事 アリス・リー