PCB表面処理の最も基本的な目的は、良好な溶接性や電気特性を確保することです。銅は自然界では空気中で酸化物として存在する傾向があるため、長期間にわたって元の銅の状態を維持することは困難です。そのため、銅で処理する必要があります。
PCB表面処理には様々なプロセスがあり、一般的なものとしては、フラット、有機溶接保護剤（OSP）、全板ニッケルメッキ金、神金、神西、神銀、化学ニッケル、金、電気硬質金メッキなどがあります。
1. 熱風は平らです（スプレー缶）
熱風レベリング工程の一般的なプロセスは、マイクロエロージョン→予熱→コーティング溶接→スプレースズ→洗浄です。
熱風溶接（通称：スズスプレー）は、溶融スズ（鉛）をPCB表面に塗布し、加熱圧縮による整流（吹き付け）によって銅の酸化防止層を形成するプロセスです。また、良好な溶接性コーティング層を提供することもできます。溶接部全体と熱風の銅が結合し、銅-スズ金属導電性化合物を形成します。PCBは通常、溶融溶接水中に沈んでいます。溶接前に、風切りナイフで液体を吹き付け、平らな液体を溶接します。
熱風のレベルは垂直型と水平型の2種類に分けられます。一般的には水平型の方が優れていると考えられています。主に水平方向の熱風整流層が比較的均一であるため、自動化生産を実現できます。
利点: 保管時間が長い; PCB が完成した後、銅の表面は完全に濡れている (溶接前に錫が完全に覆われている); 鉛溶接に適している; 成熟したプロセス、低コスト、目視検査および電気テストに適している
デメリット：ラインバインディングには適していません。表面平坦性の問題により、SMTにも制限があります。接点スイッチの設計には適していません。錫をスプレーすると銅が溶解し、基板が高温になります。特に厚板や薄板の場合、錫スプレーの適用範囲が限られ、生産作業が不便です。
2、有機溶接保護剤（OSP）
一般的なプロセスは、脱脂→マイクロエッチング→酸洗→純水洗浄→有機コーティング→洗浄であり、処理プロセスを示すプロセス制御は比較的容易です。
OSPは、RoHS指令の要求に従ってプリント回路基板（PCB）銅箔の表面を処理するプロセスです。OSPはOrganic Solderability Preservatives（有機はんだ付け性防腐剤）の略で、英語ではPrefluxとも呼ばれます。簡単に言えば、OSPはきれいな裸の銅の表面に化学的に成長した有機皮膜です。この膜は抗酸化、耐熱衝撃、耐湿性があり、通常の環境で銅の表面が錆びないように保護します（酸化や加硫など）。ただし、その後の溶接の高温では、この保護膜はフラックスによってすばやく簡単に除去されなければなりません。そうすることで、露出したきれいな銅の表面がすぐに溶融はんだと非常に短時間で結合し、強固なはんだ接合部になります。
利点：プロセスがシンプルで、表面が非常に平坦であるため、鉛フリー溶接やSMTに適しています。後処理が容易で、生産工程が簡便で、水平ラインでの作業に適しています。基板は多重加工（例：OSP+ENIG）に適しています。低コストで環境に優しいです。
デメリット：リフロー溶接回数に制限がある（複数回の溶接は厚くなるため、フィルムが破損する可能性があるが、基本的に2回程度であれば問題ない）。圧着技術や結束線には適していない。目視検査や電気検査は容易ではない。SMTにはN2ガスによる保護が必要。SMTリワークには適していない。保管要件が高い。
3、プレート全体にニッケルゴールドメッキ
ニッケルめっきは、PCB表面導体にニッケル層をめっきし、さらに金層をめっきするものです。ニッケルめっきは主に金と銅の拡散を防ぐことを目的としています。電気ニッケル金めっきには、ソフト金めっき（純金、金表面は光沢がない）とハード金めっき（滑らかで硬い表面、耐摩耗性、コバルトなどの他の元素を含む、金表面はより光沢がある）の2種類があります。ソフト金めっきは主にチップパッケージの金線に使用され、ハード金めっきは主に非溶接の電気配線に使用されます。
利点：12ヶ月以上の長期保管が可能。接点スイッチの設計や金線結束に最適。電気試験にも最適。
弱点：コストが高く、金が厚くなる。電気めっきフィンガーは、追加のワイヤ導通設計が必要となる。金の厚さが均一ではないため、溶接に適用すると、金が厚すぎることが原因ではんだ接合部が脆化し、強度に影響を与える可能性がある。電気めっき面の均一性に問題がある。電気めっきされたニッケル金はワイヤのエッジを覆わないため、アルミワイヤボンディングには適さない。
4. 金を沈める
一般的なプロセスは、酸洗洗浄→マイクロ腐食→前浸出→活性化→無電解ニッケルめっき→化学金浸出です。プロセスには6つの化学タンクがあり、約100種類の化学薬品が使用され、プロセスはより複雑です。
沈金処理は、銅表面に厚く電気的に良好なニッケル金合金を塗布することで、PCBを長期にわたって保護します。さらに、他の表面処理プロセスにはない耐環境性も備えています。さらに、沈金処理は銅の溶解を防ぐため、鉛フリー実装にも役立ちます。
利点：酸化しにくく、長期保存が可能で、表面が平坦であるため、微細ギャップピンやはんだ接合部の小さい部品の溶接に適しています。ボタン付きPCB基板（携帯電話基板など）に最適です。リフロー溶接を複数回繰り返しても溶接性に大きな変化はありません。COB（Chip On Board）配線の母材としても使用できます。
デメリット：高コスト、溶接強度が低い、ニッケルめっきを施さないプロセスのため、ブラックディスクが発生しやすい。ニッケル層は時間の経過とともに酸化するため、長期的な信頼性に問題が生じる。
5. 沈没するブリキ缶
現在のはんだはすべて錫ベースであるため、錫層はあらゆる種類のはんだに適合します。錫沈下工程では、平坦な銅-錫金属間化合物を形成できるため、沈下後の錫は熱風レベリングと同等の良好なはんだ付け性を有し、熱風レベリングに伴う平坦化の問題は発生しません。ただし、錫板は長期間保管できないため、組み立ては錫沈下工程の順序に従って行う必要があります。
利点：水平ライン生産に適しています。微細ライン加工に適しており、鉛フリー溶接に適しており、特に圧着技術に適しています。非常に良好な平坦性で、SMTに適しています。
デメリット：スズウィスカの成長を抑制するため、良好な保管条件（できれば6ヶ月以内）が必要です。接点スイッチの設計には適していません。製造工程では、溶接抵抗膜のプロセスが比較的高温になるため、高温になると溶接抵抗膜の剥離が発生します。複数回の溶接には、窒素ガスによる保護が最適です。電気測定にも問題があります。
6. 沈む銀
銀沈下工程は、有機コーティングと無電解ニッケルめっき／金めっきの中間に位置し、比較的簡便かつ迅速に処理できます。銀は熱、湿気、汚染にさらされても良好な溶接性を維持できますが、光沢は失われます。銀めっきは、銀層の下にニッケルが存在しないため、無電解ニッケルめっき／金めっきのような優れた物理的強度を備えていません。
利点：シンプルなプロセス、鉛フリー溶接、SMTに適しています。非常に平坦な表面、低コスト、極細配線に適しています。
欠点：保管条件が厳しく、汚染されやすい。溶接強度に問題が生じやすい（マイクロキャビティ問題）。溶接抵抗膜下の銅によるエレクトロマイグレーションやジャバニバイト現象が発生しやすい。電気測定にも問題がある。
7、化学ニッケルパラジウム
金の沈殿と比較して、ニッケルと金の間にはパラジウムという余分な層があり、パラジウムは置換反応による腐食現象を防ぎ、金の沈殿に十分な準備をします。金はパラジウムでしっかりと覆われ、良好な接触面を提供します。
利点：鉛フリー溶接に適しています。表面が非常に平坦で、SMTに適しています。スルーホールはニッケル金メッキも可能です。長期保管が可能で、保管条件も厳しくありません。電気試験に適しています。スイッチ接点設計に適しています。アルミ線結束に適しており、厚板にも適しており、環境攻撃に対する耐性が強いです。
8. 硬質金の電気めっき
製品の耐摩耗性を向上させるために、挿抜回数を増やし、硬質金メッキを施します。
PCB表面処理プロセスの変化はそれほど大きくなく、比較的遠い未来のことのように思われますが、長期的な緩やかな変化が大きな変化につながることに留意する必要があります。環境保護への要請が高まる中、PCBの表面処理プロセスは今後間違いなく劇的に変化するでしょう。
投稿日時: 2023年7月5日
