Tembaga telah dipilih sebagai bahan konduktif oleh PCB (Papan Litar Bercetak) kerana kekonduksian dan prestasi fizikalnya yang sangat baik. Namun begitu, permukaan tembaga cenderung teroksida apabila terdedah kepada udara dengan lapisan oksida yang pejal dan nipis terbentuk pada permukaan, yang kebanyakannya menyebabkan kecacatan berlaku pada sambungan pateri dan seterusnya akan mengurangkan kebolehpercayaan produk serta memendekkan jangka hayat simpanan. Oleh itu, adalah sangat perlu untuk melaksanakan langkah perlindungan bagi menghalang permukaan tembaga daripada teroksida, yang merupakan sebab asal kemunculan salutan permukaan yang seharusnya tahan haba dan boleh dipateri. Sehingga kini, salutan permukaan PCB telah berkembang pesat dengan pelbagai pengelasan terhasil dan cara memilih jenis yang sesuai masih penting. Justeru, artikel ini akan membincangkan fungsi, pengelasan salutan permukaan PCB dan memperkenalkan beberapa prinsip pemilihan.
Apakah Salutan Permukaan PCB?
•Kepentingan Salutan Permukaan PCB
Untuk mengelakkan permukaan tembaga pad pada PCB daripada teroksida dan tercemar sebelum penyolderan, adalah sangat penting untuk menggunakan salutan permukaan (juga dipanggil kemasan permukaan) pada tembaga untuk menjalankan fungsi perlindungan.
Tembaga mempunyai kekonduksian dan sifat fizikal kedua terbaik (yang terbaik ialah perak) serta simpanannya yang banyak dan kos yang rendah, jadi tembaga telah dipilih sebagai bahan pengalir untuk PCB. Namun begitu, sebagai sejenis logam aktif, tembaga sangat mudah teroksida sehingga lapisan oksida (kuprum oksida atau kuprum oksida satu) cenderung terbentuk pada permukaannya, menyebabkan kecacatan pada sambungan pateri yang akan mengurangkan kebolehpercayaan produk dan memendekkan jangka hayat simpanannya.
Berdasarkan statistik, 70% daripada kecacatan pada papan PCB berpunca daripada sambungan pateri disebabkan oleh dua sebab berikut:
Sebab#1Pencemaran dan pengoksidaan yang berlaku pada pad di PCB cenderung menyebabkan penyolderan tidak lengkap dan sambungan solder sejuk.
Sebab#2: Lapisan resapan cenderung terbentuk akibat resapan antara perak dan kuprum manakala sebatian antara-logam (IMC) cenderung terbentuk antara timah dan kuprum, menyebabkan antara muka menjadi longgar dan rapuh.
Oleh itu, permukaan kuprum yang sedia untuk dipateri hendaklah menggunakan lapisan pelindung dengan kebolehpatrian atau fungsi pengasingan supaya kecacatan dapat dikurangkan atau dielakkan.
•Keperluan pada Salutan Permukaan PCB
Salutan permukaan pada pad PCB hendaklah serasi dengan keperluan berikut:
a. Rintangan Haba
Di bawah suhu tinggi semasa pematerian, kemasan permukaan juga harus mampu menghalang permukaan pad PCB daripada teroksida dan membenarkan pateri bersentuhan secara langsung dengan kuprum.
Rintangan haba salutan permukaan organik merujuk kepada prestasi takat lebur dan suhu penguraian terma. Takat lebur salutan permukaan hendaklah hampir sama atau lebih rendah daripada timah manakala suhu penguraian termanya hendaklah jauh lebih tinggi daripada takat lebur dan suhu pematerian pateri. Dengan demikian, pengoksidaan tidak akan berlaku pada permukaan kuprum semasa pematerian.
b. Kebolehtutupan
Pada asasnya, kemasan permukaan PCB mampu menutupi sepenuhnya permukaan pad tembaga tanpa teroksida atau tercemar sebelum dan semasa pematerian. Ia tidak akan hanyut, terurai atau terapung di atas permukaan sambungan pateri. Oleh itu, untuk memastikan pateri cair dapat dipateri sepenuhnya pada pad, tegangan permukaan salutan permukaan cair hendaklah kecil dan suhu penguraiannya hendaklah tinggi supaya kebolehtutupan yang tinggi dapat dijamin sebelum dan semasa pematerian.
c. Sisa
Sisa di sini merujuk kepada sisa yang tertinggal pada permukaan pad atau sambungan pateri selepas proses pematerian dijalankan. Secara umumnya, sisa ini berbahaya dan perlu disingkirkan, sebab itulah langkah pembersihan biasanya dilakukan selepas pematerian.
d. Koroșiviti
Kakisan di sini merujuk kepada kakisan yang disebabkan oleh pateri sisa pada permukaan papan litar selepas pematerian seperti bahan substrat PCB atau lapisan logam.
e. Kebimbangan Alam Sekitar
Pada masa kini, kebimbangan terhadap alam sekitar semakin mendapat perhatian tinggi daripada pihak industri. Apabila melibatkan salutan permukaan pada PCB, efluen yang terhasil semasa proses salutan serta selepas pembersihan dan pematerian hendaklah mudah dilupuskan dan mesra alam.
Bagaimanakah Salutan Permukaan PCB Dikelaskan?
•Berdasarkan Teknologi Pembuatan
Berdasarkan teknologi pembuatan, kemasan permukaan PCB boleh diklasifikasikan kepada salutan permukaan dan salutan logam.
a. Salutan Permukaan
Salutan permukaan merujuk kepada proses menambah satu salutan nipis yang tahan haba dan boleh dipateri pada permukaan kuprum melalui kaedah fizikal. Sifat utama salutan permukaan terletak pada hakikat bahawa satu permukaan kuprum tulen boleh disediakan kepada pateri untuk proses pematerian. Kemasan permukaan, seperti HASL (Hot Air Solderability Level) atauOSP (Pengawet Kebolehpatuhan Pateri Organik), tergolong dalam pengelasan ini.
b. Salutan Logam
Salutan logam merujuk kepada proses di mana satu salutan logam yang tahan haba dan boleh dipateri dihasilkan pada permukaan kuprum tulen pada pad PCB melalui kaedah penyaduran tanpa elektrik dan penyaduran elektrik, seperti ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold), ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold), Immersion Gold dan sebagainya.
•Berdasarkan Kesan Aplikasi
Berdasarkan kesan aplikasi, kemasan permukaan boleh diklasifikasikan kepada tiga kategori: fluks pematerian dipateri pada salutan pada lapisan penebat, fluks pematerian dipateri pada salutan logam pada lapisan resapan dan fluks pematerian dipateri pada lapisan penebat salutan logam.
Kategori#1: Fluks pematerian dipateri pada salutan pada lapisan penebat.
Ciri utama bagi jenis salutan permukaan ini ialah pateri cair akan hanyut di atas permukaan pateri selepas meninggalkan tembaga semasa pematerian bersuhu tinggi. Namun begitu, IMC akan terbentuk pada antara muka sambungan pateri, yang akan meningkatkan kemungkinan berlakunya kecacatan.
Kategori#2: Fluks pematerian dipateri pada salutan logam pada lapisan resapan.
Kemunculan teknologi jenis ini bertujuan untuk menghapuskan IMC tetapi ia mempunyai kelemahan yang jelas. Di satu pihak, ia cenderung menimbulkan penyebaran; di pihak yang lain, ia cenderung menyebabkan papan menjadi rapuh, yang seterusnya mencetuskan berlakunya kecacatan pada litar.
Kategori#3: Fluks pematerian dipateri pada lapisan pengasingan salutan logam.
Keunggulan utama teknologi jenis ini ialah pateri disolder pada permukaan lapisan penebat salutan logam dan bukannya terus pada permukaan kuprum. Oleh itu, IMC yang stabil tidak akan terbentuk pada antara muka dan penyebaran tidak akan berlaku antara logam.
Bagaimana Memilih Salutan Permukaan PCB?
Perhatian yang besar perlu diberikan kepada salutan permukaan PCB kerana ia berkait rapat dengan keboleh-solderan, kebolehpercayaan dan jangka hayat simpanan PCB. Ia perlu dipilih dengan teliti khususnya berdasarkan keadaan dan bidang aplikasi.
Disebabkan oleh sifat dan kesan aplikasi salutan permukaan yang berbeza, ia hendaklah dipilih mengikut keperluan aplikasi dan bidang aplikasi khusus semasaProses pembuatan PCBdan kerumitan serta kos pembuatan tidak boleh menjadi asas penilaian utama.
Secara umumnya, dari segi produk elektronik yang digunakan untuk industri awam atau industri biasa, salutan permukaan yang fluks pematerinya dipateri tanpa lapisan pengasing hendaklah dipilih, seperti HASL, OSP dan sebagainya.
Dari segi aplikasi yang berusaha mencapai kebolehpercayaan tinggi dan jangka hayat simpan yang panjang, seperti penjagaan perubatan, pengangkutan, ketenteraan, aeroangkasa dan sebagainya, namun begitu, salutan permukaan harus dipilih di mana fluks pematerian dipateri pada lapisan penebat, sepertiENIG dan ENEPIG.
