Penutup Tin Immersion dalam Desain PCB: Praktik Terbaik, Pertimbangan Desain, dan Kinerja

Citra-citra yang dibuat oleh pelanggan

Tin immersion telah muncul sebagai finishing permukaan serbaguna untuk PCB, biaya keseimbangan, solder,dan kompatibilitas dengan komponen-komponen dengan nada halus yang membuatnya menjadi favorit di industri dari otomotif hingga elektronik konsumen. Tidak seperti ENIG (berbasis emas) atau HASL (berbasis solder), tin immersi menggunakan proses deposisi kimia untuk menciptakan lapisan tipis, seragam dari timah murni pada bantalan tembaga,menawarkan keuntungan unik untuk desain PCB modernNamun, memanfaatkan manfaatnya membutuhkan pilihan desain yang cermat, dari geometri pad ke protokol penyimpanan.meliputi pertimbangan utama, perangkap untuk menghindari, dan bagaimana menumpuk terhadap finishing lainnya.

Hal-Hal Utama
1Timah immersion memberikan permukaan datar, soldable yang ideal untuk komponen pitch 0,4 mm, mengurangi solder bridging sebesar 50% dibandingkan dengan HASL.
2.Peraturan desain untuk tin immersion termasuk ukuran pad minimum (≥ 0,2 mm), peningkatan jarak trace-to-pad (≥ 0,1 mm), dan kompatibilitas dengan solder bebas timbal (Sn-Ag-Cu).
3Ini menawarkan jalan tengah yang hemat biaya: 30% lebih murah daripada ENIG tetapi 20% lebih mahal daripada HASL, dengan umur simpan 12+ bulan dalam penyimpanan terkontrol.
4Desain yang tepat mengurangi risiko seperti kumis timah dan korosi bantalan, memastikan keandalan dalam aplikasi industri dan otomotif.

Apa Itu Penutup Tin Immersion?
Timah immersi adalah proses imersi kimia yang mendepositkan lapisan tipis (0,8 ∼2,5 μm) timah murni ke pad PCB tembaga tanpa menggunakan listrik.atom tembaga pada permukaan PCB larut dalam larutan plating, sementara ion timah dalam larutan direduksi dan dilapisi pada tembaga yang terpapar.

Permukaan datar (toleransi ± 3μm), penting untuk komponen dengan nada halus seperti BGA dan QFN.
Lapisan yang dapat dilas yang membentuk ikatan intermetallik yang kuat dengan solder selama aliran kembali.
Penghalang terhadap oksidasi, melindungi bantalan tembaga dari korosi selama penyimpanan dan perakitan.

Berbeda dengan pelapisan timah elektrolitik (yang menggunakan arus listrik), timah imersi memastikan cakupan yang seragam bahkan pada pad kecil yang padat, menjadikannya ideal untuk PCB dengan kepadatan tinggi.

Mengapa Memilih Tin Immersi untuk Desain PCB?
Popularitas tin immersion berasal dari perpaduan unik dari kinerja dan kepraktisan, mengatasi poin-poin penting dalam desain PCB modern:
1. Kompatibilitas dengan komponen Fine-Pitch
PCB modern semakin sering menggunakan BGA pitch 0,4 mm, 01005 pasif, dan komponen QFN pitch sempit yang berjuang dengan finishing yang tidak merata seperti HASL.

a. Mengurangi solder bridging antara pad yang berjarak dekat (0,2mm celah atau kurang).
b.Memastikan pemasangan solder yang konsisten pada bantalan kecil (0,2mm × 0,2mm), menghindari "pembatasan kering".

c.Studi oleh IPC menemukan bahwa timah perendaman mereduksi cacat pengelasan pitch halus sebesar 40% dibandingkan dengan HASL, dengan tingkat jembatan turun dari 12% menjadi 7% dalam perakitan pitch 0,5 mm.

2. Kepatuhan bebas timbal dan solderable
Timah immersi bekerja dengan lancar dengan solder bebas timbal (Sn-Ag-Cu, atau SAC), yang membutuhkan suhu aliran balik yang lebih tinggi (245 ∼ 260 ° C) daripada solder timah tradisional.:

a.Mengelembabkan cepat: Solder menyebar di atas bantalan berlapis timah dalam < 1 detik (menurut standar IPC-TM-650), lebih cepat daripada ENIG yang berusia.
b.Penggabungan yang kuat: Timah membentuk senyawa intermetal yang dapat diandalkan (Cu6Sn5) dengan tembaga, memastikan stabilitas mekanik dan listrik.
c. Toleransi rework: bertahan 2 ∼ 3 siklus reflow tanpa degradasi yang signifikan, berguna untuk pembuatan prototipe atau perbaikan lapangan.

3Biaya dan Efisiensi Produksi
Timah immersion mencapai keseimbangan antara kinerja dan biaya:

a.Biaya bahan: 30% lebih rendah dari ENIG (tidak ada emas) dan 20% lebih tinggi dari HASL, tetapi dengan lebih sedikit cacat mengurangi biaya pengolahan ulang.
b.Kecepatan pengolahan: Lebih cepat dari ENIG (5 ‰ 10 menit per papan vs 15 ‰ 20 menit), mendukung produksi volume tinggi (10.000 unit / hari).
Kompatibilitas dengan jalur standar: Terintegrasi ke dalam alur kerja manufaktur PCB yang ada tanpa peralatan khusus.

4. ketahanan korosi untuk lingkungan moderat
Meskipun tidak sekuat ENIG dalam kondisi ekstrim, timah penyelaman menawarkan perlindungan yang cukup untuk banyak aplikasi:

a.Menghadapi 300+ jam pengujian semprotan garam (ASTM B117), mengungguli OSP (24×48 jam) dan cocok dengan HASL.
b. Bertahan terhadap kelembaban (85% RH) selama 6+ bulan dalam penyimpanan tertutup, cocok untuk elektronik konsumen dan sistem industri dalam ruangan.

Pertimbangan Desain Kritis untuk Tin Immersi
Untuk memaksimalkan kinerja tin immersion, desain PCB harus memperhitungkan sifat dan keterbatasannya yang unik.
1. Pad Geometri dan Ukuran
Lapisan tipis timah perendaman dan proses deposisi kimia memerlukan desain pad khusus:

a.Ukuran pad minimum: ≥ 0,2 mm × 0,2 mm. Pad yang lebih kecil (misalnya, 0,15 mm) mungkin menderita cakupan timah yang tidak merata, yang menyebabkan oksidasi.
b.Bentuk bantalan: Hindari sudut tajam; gunakan bantalan bulat (berujung ≥ 0,05 mm) untuk mencegah variasi ketebalan timah di tepi.
c. Transisi trace-to-pad: Trace taper ke pad secara bertahap (sudut 10° ∼ 15°) untuk menghindari konsentrasi stres, yang dapat menyebabkan pelapisan timah selama siklus termal.

2. Jarak dan Clearances
Timah immersion lebih sensitif terhadap kontaminasi dan sirkuit pendek daripada akhir yang lebih tebal seperti HASL:

a.Jarak antara pad-to-pad: ≥ 0,1 mm untuk komponen dengan pitch halus untuk mengurangi risiko jembatan. Untuk BGA pitch 0,4 mm, tingkatkan jarak menjadi 0,12 mm.
b. Jarak jejak-ke-pad: ≥0,08mm untuk mencegah "pencemaran" timah dari pad ke jejak, yang dapat menyebabkan sirkuit pendek.
c.Pembukaan topeng solder: Jauhkan topeng solder 0,05 mm dari tepi bantalan untuk menghindari penutup timah, yang merusak soldering.

3. Kompatibilitas dengan Bahan dan Proses
Timah immersion berinteraksi dengan bahan PCB lainnya, yang membutuhkan seleksi yang cermat:

a.Substrat: Bekerja dengan FR4 standar, FR4 Tg tinggi, dan bahkan poliamida fleksibel tanpa pembatasan bahan.
b. Topeng solder: Gunakan topeng solder cair yang dapat diobati UV (misalnya, LPISM) daripada film kering, karena topeng cair lebih mudah melekat pada timah.
c. Pemilihan fluks: Pilih fluks tidak bersih atau rendah residu yang dirancang untuk finishing timah; fluks agresif dapat mengorosi timah dari waktu ke waktu.

4. Tekanan Termal dan Mekanis
Timah immersion adalah ductile tapi bisa retak di bawah tekanan yang ekstrim:

a. Zona lentur (PCB kaku-flex): Hindari menempatkan bantalan berlapis timah di area lentur; jika perlu, gunakan timah yang lebih tebal (2,0 × 2,5 μm) dan radius lentur untuk mengurangi ketegangan.
b. Siklus termal: Dirancang untuk ΔT maksimum 125°C (misalnya, -40°C sampai 85°C) untuk mencegah delaminasi timah-tembaga.
c. Berat komponen: Untuk komponen berat (misalnya, konektor), gunakan bantalan yang lebih besar (≥ 1,0 mm2) untuk mendistribusikan tegangan dan mencegah bantalan mengangkat.

Mengurangi Keterbatasan Pencelupan Tin
Seperti semua finishing, tin immersion memiliki kelemahan yang dapat diatasi dengan desain proaktif:
1. kumis timah
Kumis timah adalah filamen yang tipis dan konduktif yang dapat tumbuh dari lapisan timah, menyebabkan sirkuit pendek pada PCB tegangan tinggi.

ketebalan timah: Menjaga timah antara 1,0 ∼ 2,0 μm. Lapisan yang lebih tebal (≥ 2,5 μm) meningkatkan tekanan internal, mendorong pertumbuhan kumis.
b.Bakar pasca-lapisan: Tentukan panggang 125 °C selama 24 jam untuk mengurangi tekanan pada lapisan timah, mengurangi pembentukan kumis sebesar 90%.
c. Lapisan yang sesuai: Terapkan lapisan 20-30μm dari lapisan akrilik atau silikon di atas area yang dilapisi timah dalam aplikasi berisiko tinggi (misalnya, ECU otomotif).

2Korosi di Lingkungan Lembab/Industrial
Tin immersion rentan terhadap kelembaban dan bahan kimia.

a.Pelapisan tepi: tepi PCB pelat dengan tepi lapisan timah untuk menyegel, mencegah masuknya kelembaban.
b.Pengelolaan tertutup: Gunakan pengelolaan IP65 untuk aplikasi luar ruangan atau lembab (misalnya, sensor laut).
c. Hindari paparan belerang: Belerang dalam gas industri bereaksi dengan timah, membentuk tin sulfida yang tidak konduktif. Gunakan lapisan konformal yang tahan belerang jika paparan mungkin terjadi.

3. Degradasi Soldability dari waktu ke waktu
Kelayakan pengelasan timah immersi menurun dengan penyimpanan yang berkepanjangan.

a.Kondisi penyimpanan: Tentukan kantong penghalang kelembaban tertutup dengan pengering (RH < 30%) dan masa simpan 12 bulan.
b.Pembersihan sebelum perakitan: Gunakan alkohol isopropil (IPA) untuk menghapus sidik jari atau kontaminan sebelum pengelasan.
c.Desain untuk perputaran cepat: Sesuaikan pembuatan PCB dengan jadwal perakitan untuk menggunakan papan dalam waktu 6 bulan setelah plating.

Tin Immersion vs. Penutup Permukaan Lain
Memilih finishing yang tepat tergantung pada kebutuhan desain Anda.

Aplikasi di mana Immersi Timah Menyinari
Timah immersion unggul dalam desain yang menyeimbangkan kinerja, biaya, dan kepadatan:
1. Elektronik Otomotif
Sensor ADAS: Modul radar pitch 0,5 mm mendapat manfaat dari ketebalan tin tin, memastikan sendi solder BGA yang andal.
Sistem infotainment: Tahan suhu kabin 85 ° C dan tahan paparan kimia kecil (misalnya, minuman tumpah).
Sistem Pengelolaan Baterai (BMS): Kompatibel dengan solder bebas timbal, penting untuk standar keselamatan EV.

2. Elektronik Konsumen
Smartphone/Tablet: Memungkinkan BGA pitch 0,4mm untuk prosesor, mengurangi ukuran papan sebesar 10 ∼15%.
Wearables: Desain yang tipis dan ringan cocok dengan ketebalan minimal tin immersion.
Konsol Game: Mengelola siklus reflow 2 ⁄ 3 selama perakitan, mengurangi cacat produksi.

3. Kontrol Industri
PCB Otomatisasi Pabrik: Tahan terhadap suhu operasi 105 °C dan paparan minyak/kimia sesekali.
Sensor Node: Menimbang biaya dan keandalan untuk sensor industri kelas menengah (misalnya, suhu, tekanan).

Pengujian PCB Tin Immersion
Memvalidasi kinerja tin perendaman dengan tes berikut:

Kemampuan pengelasan (IPC-TM-650 2.4.12): Dip pads di 250 °C solder; ≥95% basah dalam waktu 2 detik menunjukkan soldering yang baik.
Semprotan garam (ASTM B117): Paparan selama 300 jam dengan korosi < 5% menegaskan perlindungan yang memadai.
Siklus Termal (IPC-9701): 1.000 siklus (-40 °C sampai 125 °C) untuk memeriksa pengelupasan timah atau pertumbuhan kumis.
Inspeksi kumis (IPC-4554): Analisis mikroskop (100x) setelah 1.000 jam penyimpanan untuk memastikan tidak ada kumis > 10μm.

Pertanyaan Umum
T: Bisakah tin immersion digunakan dengan solder tanpa timbal dan tin-lead?
A: Ya, tetapi dioptimalkan untuk solder bebas timbal (Sn-Ag-Cu).

T: Berapa lebar jejak minimum yang kompatibel dengan tin perendaman?
A: 50μm (0,002") jejak bekerja dengan andal, tetapi memastikan ruang kosong 0,1mm antara jejak dan bantalan untuk mencegah sirkuit pendek.

T: Apakah tin merendam mempengaruhi integritas sinyal frekuensi tinggi?
A: No ′ lapisan tipis, seragam memiliki dampak minimal pada impedansi (≤ 1% variasi untuk jejak 50Ω), sehingga cocok untuk desain 10GHz +.

T: Bagaimana tin immersi bertahan dalam aplikasi luar ruangan?
A: Ini bekerja untuk perangkat luar yang terlindung (misalnya, driver LED luar) tetapi membutuhkan lapisan konformal untuk paparan langsung terhadap hujan / semprotan garam.

T: Bisakah tin immersion digunakan pada PCB fleksibel?
A: Ya, dengan ketebalan timah 1,5-2,0 μm dan sudut bantalan bulat untuk menahan retakan saat lentur.

Kesimpulan
Penutup timah immersi menawarkan campuran flatness, solderable, dan biaya-efektifitas yang menarik untuk desain PCB modern, terutama yang memiliki komponen pitch halus.Dengan mengikuti praktik terbaik desain  ukuran pad yang tepat, jarak, dan kompatibilitas material √ insinyur dapat mengurangi keterbatasannya, memastikan keandalan dalam aplikasi otomotif, konsumen, dan industri.

Meskipun tidak ideal untuk lingkungan yang ekstrim (di mana ENIG unggul) atau desain ultra-murah (di mana HASL memerintah), tin immersi mencapai keseimbangan kritis, memungkinkan kepadatan tinggi,PCB berkinerja tinggi yang mendukung teknologi saat iniDengan desain dan penanganan yang cermat, ini adalah akhir yang memberikan kinerja dan nilai.