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印制PCB表面处理工艺简述

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发表于 2016-7-27 16:20:45 |显示全部楼层
PCB一般的表面处理有喷锡,OSP,沉金……等,这里的“表面”指的是PCB上为电子元器件或其他系统到PCB的电路之间提供电气连接的连接点,如焊盘或接触式连接的连接点。裸铜本身的可焊性很好,但是暴露在空气中很容易氧化,而且容易受到污染。这也是PCB必须要进行表面处理的原因。
1、喷锡(HASL)
    在穿孔器件占主导地位的场合,波峰焊是最好的焊接方法。采用热风整平(HASL, Hot-air solder leveling)表面处理技术足以满足波峰焊的工艺要求,当然对于结点强度(尤其是接触式连接)要求较高的场合,多采用电镀镍/金的方法。HASL是在世界范围内主要应用的表面处理技术,但是有三个主要动力推动着电子工业不得不考虑HASL的替代技术:成本、新的工艺需求和无铅化需要。
    从成本的观点来看,许多电子元件诸如移动通信和个人计算机正变成平民化的消费品。以成本或更低的价格销售,才能在激烈的竞争环境中立于不败之地。组装技术发展到SMT以后, PCB焊盘在组装过程中要求采用丝网印刷和回流焊接工艺。在SMA场合,PCB表面处理工艺最初依然沿用了HASL技术,但是随着SMT器件的不断缩小,焊盘和网板开孔也在随之变小,HASL技术的弊端逐渐暴露了出来。HASL技术处理过的焊盘不够平整,共面性不能满足细间距焊盘的工艺要求。环境的关注通常集中在潜在的铅对环境的影响。
2、有机可焊性保护层(OSP)
    有机可焊性保护层(OSP, Organic solderability preservative)是一种有机涂层,用来防止铜在焊接以前氧化,也就是保护PCB焊盘的可焊性不受破坏。
    PCB 表面用OSP处理以后,在铜的表面形成一层薄薄的有机化合物,从而保护铜不会被氧化。Benzotriazoles型OSP的厚度一般为100A°,而 Imidazoles型OSP的厚度要厚一些,一般为400 A°。OSP薄膜是透明的,肉眼不容易辨别其存在性,检测困难。在组装过程中(回流焊),OSP很容易就熔进到了焊膏或者酸性的Flux里面,同时露出活性较强的铜表面,最终在元器件和焊盘之间形成Sn/Cu金属间化合物,因此,OSP用来处理焊接表面具有非常优良的特性。OSP不存在铅污染问题,所以环保。
OSP的局限性:
                  ①、由于OSP透明无色,所以检查起来比较困难,很难辨别PCB是否涂过OSP。
                  ②、OSP本身是绝缘的,它不导电。Benzotriazoles类的OSP比较薄,可能不会影响到电气测试,但对于Imidazoles类OSP,形成的保护膜比较厚,会影响电气测试。OSP更无法用来作为处理电气接触表面,比如按键的键盘表面。
                  ③、OSP在焊接过程中,需要更加强劲的Flux,否则消除不了保护膜,从而导致焊接缺陷。
                  ④、在存储过程中,OSP表面不能接触到酸性物质,温度不能太高,否则OSP会挥发掉。

3、沉金(ENIG)
ENIG的保护机理:
      通过化学方法在铜表面镀上Ni/Au。内层Ni的沉积厚度一般为120~240μin(约3~6μm),外层Au的沉积厚度比较薄,一般为2~4μinch (0.05~0.1μm)。Ni在焊锡和铜之间形成阻隔层。焊接时,外面的Au会迅速融解在焊锡里面,焊锡与Ni形成Ni/Sn金属间化合物。外面镀金是为了防止在存储期间Ni氧化或者钝化,所以金镀层要足够密,厚度不能太薄。
      浸金:在这个过程中,目的是沉积一层薄薄的且连续的金保护层,主要金的厚度不能太厚,否则焊点将变得很脆,严重影响焊电可靠性。与镀镍一样,浸金的工作温度很高,时间也很长。在浸洗过程中,将发生置换反应―――在镍的表面,金置换镍,不过当置换到一定程度时,置换反应会自动停止。金强度很高,耐磨擦,耐高温,不易氧化,所以可以防止镍氧化或钝化,并适合工作在强度要求高的场合。
ENIG处理过的PCB表面非常平整,共面性很好, 用于按键接触面非他莫属。其次,ENIG可焊性极佳,金会迅速融入熔化的焊锡里面,从而露出新鲜的Ni。
ENIG的局限性:
                ENIG的工艺过程比较复杂,而且如果要达到很好的效果,必须严格控制工艺参数。最为麻烦的是,ENIG处理过的PCB表面在ENIG或焊接过程中很容易产生黑盘效应(Black pad),从而给焊点的可靠性带来灾难性的影响。黑盘的产生机理非常复杂,它发生在Ni与金的交接面,直接表现为Ni过度氧化。金过多,会使焊点脆化,影响可靠性。
   每种表面处理工艺各有起独到之处,应用范围也不大相同。根据不同板子的应用进行不同的表面处理要求,在制作工艺的限制下, 我们有时会根据板子的特性也会对客户进行建议,主要是根据客户产品应用和公司的制程能力对表面处理有一个合理的选择。
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