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PCB常見(jiàn)的幾種表面處理工藝

文章出處:http://m.bentengpersadamultindo-jember.com網(wǎng)責(zé)任編輯:恒成和電路板作者:恒成和線路板人氣:-發(fā)表時(shí)間:2016-07-08 17:52:00

 PCB

  現(xiàn)在有許多PCB表面處理工藝,常見(jiàn)的是熱風(fēng)整平、有機(jī)涂覆、化學(xué)鍍鎳/浸金、浸銀和浸錫這五種工藝,下面將逐一介紹。 

  1.熱風(fēng)整平 

  又名熱風(fēng)焊料整平,它是在PCB表面涂覆熔融錫鉛焊料并用加熱壓縮空氣整(吹)平的工藝,使其形成一層既抗銅氧化,又可提供良好的可焊性的涂覆層。熱風(fēng)整平時(shí)焊料和銅在結(jié)合處形成銅錫金屬間化合物。保護(hù)銅面的焊料厚度大約有1-2mil。PCB進(jìn)行熱風(fēng)整平時(shí)要浸在熔融的焊料中;風(fēng)刀在焊料凝固之前吹平液態(tài)的焊料;風(fēng)刀能夠?qū)~面上焊料的彎月?tīng)钭钚』妥柚购噶蠘蚪?。熱風(fēng)整平分為垂直式和水平式兩種,一般認(rèn)為水平式較好,主要是水平式熱風(fēng)整平鍍層比較均勻,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。熱風(fēng)整平工藝的一般流程為:微蝕→預(yù)熱→涂覆助焊劑→噴錫→清洗。 

  2.有機(jī)涂覆工藝 

  不同于其他表面處理工藝,它是在銅和空氣間充當(dāng)阻隔層;有機(jī)涂覆工藝簡(jiǎn)單、成本低廉,這使得它能夠在業(yè)界廣泛使用。早期的有機(jī)涂覆的分子是起防銹作用的咪唑和苯并三唑,最新的分子主要是苯并咪唑,它是化學(xué)鍵合氮功能團(tuán)到PCB上的銅。在后續(xù)的焊接過(guò)程中,如果銅面上只有一層的有機(jī)涂覆層是不行的,必須有很多層。這就是為什么化學(xué)槽中通常需要添加銅液。在涂覆第一層之后,涂覆層吸附銅;接著第二層的有機(jī)涂覆分子與銅結(jié)合,直至二十甚至上百次的有機(jī)涂覆分子集結(jié)在銅面,這樣可以保證進(jìn)行多次回流焊。試驗(yàn)表明:最新的有機(jī)涂覆工藝能夠在多次無(wú)鉛焊接過(guò)程中保持良好的性能。有機(jī)涂覆工藝的一般流程為:脫脂→微蝕→酸洗→純水清洗→有機(jī)涂覆→清洗,過(guò)程控制相對(duì)其他表面處理工藝較為容易。 

  3.化學(xué)鍍鎳/浸金 

  化學(xué)鍍鎳/浸金工藝不像有機(jī)涂覆那樣簡(jiǎn)單,化學(xué)鍍鎳/浸金好像給PCB穿上厚厚的盔甲;另外化學(xué)鍍鎳/浸金工藝也不像有機(jī)涂覆作為防銹阻隔層,它能夠在PCB長(zhǎng)期使用過(guò)程中有用并實(shí)現(xiàn)良好的電性能。因此,化學(xué)鍍鎳/浸金是在銅面上包裹一層厚厚的、電性良好的鎳金合金,這可以長(zhǎng)期保護(hù)PCB;另外它也具有其它表面處理工藝所不具備的對(duì)環(huán)境的忍耐性。鍍鎳的原因是由于金和銅間會(huì)相互擴(kuò)散,而鎳層能夠阻止金和銅間的擴(kuò)散;如果沒(méi)有鎳層,金將會(huì)在數(shù)小時(shí)內(nèi)擴(kuò)散到銅中去。化學(xué)鍍鎳/浸金的另一個(gè)好處是鎳的強(qiáng)度,僅僅5微米厚度的鎳就可以限制高溫下Z方向的膨脹。此外化學(xué)鍍鎳/浸金也可以阻止銅的溶解,這將有益于無(wú)鉛組裝?;瘜W(xué)鍍鎳/浸金工藝的一般流程為:酸性清潔→微蝕→預(yù)浸→活化→化學(xué)鍍鎳→化學(xué)浸金,主要有6個(gè)化學(xué)槽,涉及到近100種化學(xué)品,因此過(guò)程控制比較困難。 

  4.浸銀工藝 

  介于有機(jī)涂覆和化學(xué)鍍鎳/浸金之間,工藝比較簡(jiǎn)單、快速;不像化學(xué)鍍鎳/浸金那樣復(fù)雜,也不是給PCB穿上一層厚厚的盔甲,但是它仍然能夠提供好的電性能。銀是金的小兄弟,即使暴露在熱、濕和污染的環(huán)境中,銀仍然能夠保持良好的可焊性,但會(huì)失去光澤。浸銀不具備化學(xué)鍍鎳/浸金所具有的好的物理強(qiáng)度因?yàn)殂y層下面沒(méi)有鎳。另外浸銀有好的儲(chǔ)存性,浸銀后放幾年組裝也不會(huì)有大的問(wèn)題。浸銀是置換反應(yīng),它幾乎是亞微米級(jí)的純銀涂覆。有時(shí)浸銀過(guò)程中還包含一些有機(jī)物,主要是防止銀腐蝕和消除銀遷移問(wèn)題;一般很難測(cè)量出來(lái)這一薄層有機(jī)物,分析表明有機(jī)體的重量少于1%。 

  5.浸錫 

  由于目前所有的焊料都是以錫為基礎(chǔ)的,所以錫層能與任何類型的焊料相匹配。從這一點(diǎn)來(lái)看,浸錫工藝極具有發(fā)展前景。但是以前的PCB經(jīng)浸錫工藝后出現(xiàn)錫須,在焊接過(guò)程中錫須和錫遷徙會(huì)帶來(lái)可靠性問(wèn)題,因此浸錫工藝的采用受到限制。后來(lái)在浸錫溶液中加入了有機(jī)添加劑,可使得錫層結(jié)構(gòu)呈顆粒狀結(jié)構(gòu),克服了以前的問(wèn)題,而且還具有好的熱穩(wěn)定性和可焊性。浸錫工藝可以形成平坦的銅錫金屬間化合物,這個(gè)特性使得浸錫具有和熱風(fēng)整平一樣的好的可焊性而沒(méi)有熱風(fēng)整平令人頭痛的平坦性問(wèn)題;浸錫也沒(méi)有化學(xué)鍍鎳/浸金金屬間的擴(kuò)散問(wèn)題——銅錫金屬間化合物能夠穩(wěn)固的結(jié)合在一起。浸錫板不可存儲(chǔ)太久,組裝時(shí)必須根據(jù)浸錫的先后順序進(jìn)行。 

  6.其他表面處理工藝 

  其他表面處理工藝的應(yīng)用較少,下面來(lái)看應(yīng)用相對(duì)較多的電鍍鎳金和化學(xué)鍍鈀工藝。電鍍鎳金是PCB表面處理工藝的鼻祖,自從PCB出現(xiàn)它就出現(xiàn),以后慢慢演化為其他方式。它是在PCB表面導(dǎo)體先鍍上一層鎳后再鍍上一層金,鍍鎳主要是防止金和銅間的擴(kuò)散?,F(xiàn)在的電鍍鎳金有兩類:鍍軟金(純金,金表面看起來(lái)不亮)和鍍硬金(表面平滑和硬,耐磨,含有鈷等其他元素,金表面看起來(lái)較光亮)。軟金主要用于芯片封裝時(shí)打金線;硬金主要用在非焊接處的電性互連??紤]到成本,業(yè)界常常通過(guò)圖像轉(zhuǎn)移的方法進(jìn)行選擇性電鍍以減少金的使用。目前選擇性電鍍金在業(yè)界的使用持續(xù)增加,這主要是由于化學(xué)鍍鎳/浸金過(guò)程控制比較困難。正常情況下,焊接會(huì)導(dǎo)致電鍍金變脆,這將縮短使用壽命,因而要避免在電鍍金上進(jìn)行焊接;但化學(xué)鍍鎳/浸金由于金很薄,且很一致,變脆現(xiàn)象很少發(fā)生。化學(xué)鍍鈀的過(guò)程與化學(xué)鍍鎳過(guò)程相近似。主要過(guò)程是通過(guò)還原劑(如次磷酸二氫鈉)使鈀離子在催化的表面還原成鈀,新生的鈀可成為推動(dòng)反應(yīng)的催化劑,因而可得到任意厚度的鈀鍍層?;瘜W(xué)鍍鈀的優(yōu)點(diǎn)為良好的焊接可靠性、熱穩(wěn)定性、表面平整性。

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