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PCB表面处理 PCB表面处理工艺 捷多邦有优秀的PCB表面处理工艺

PCB表面处理 

PCB表面处理 图

PCB表面处理

PCB表面处理工艺的简介

通常我知道的PCB表面处理工艺有热风整平(HASL,hot air solder leveling),有机涂覆(OSP),化学镀镍/浸金,浸银,浸锡等等,下面就选择一些来进行介绍。

热风整平HASL,hot air solder leveling
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。热风整平又名热风焊料整平,它是在PCB表面涂覆熔融锡铅焊料并用加热压缩空气整平(吹平)的工艺,使其形成一层既抗铜氧化又可提供良好的可焊性的涂覆层。热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属化合物,其厚度大约有1~2mil。
PCB进行热风整平时要浸在熔融的焊料中,风刀在焊料凝固之前吹平液态焊料,并能够将铜面上焊料的弯月状最小化和阻止焊料桥接。
热风整平分为垂直式和水平式两种,一般认为水平式较好,主要是水平式热风整平镀层比较均匀,可实现自动化生产。其一般流程为:微蚀-->预热-->涂覆助焊剂-->喷锡-->清洗。

有机涂覆 OSP
故名思意,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。目前广泛使用的两种OSP都属于含氮有机化合物,即连三氮茚(Benzotriazoles)和咪唑有机结晶碱(Imidazoles)。它们都能够很好的附着在裸铜表面,而且都很专一―――只情有独钟于铜,而不会吸附在绝缘涂层上,比如阻焊膜。 OSP和其他的表面处理工艺是很不一样的:它的作用是在铜和空气间充当阻隔层; 简单地说,OSP就是在洁净的裸铜表面上,以化学的方法长出一层有机皮膜。这层膜具有防氧化,耐热冲击,耐湿性,用以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈(氧化或硫化等);同时又必须在后续的焊接高温中,能很容易被助焊剂所迅速清除,以便焊接。
他的一般流程为:脱脂-->微蚀-->酸洗-->纯水清洗-->有机涂覆-->清洗,过程控制相对其他表明处理工艺较为容易。
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,但是可惜的是暴露在空气中的话他很容易氧化,而且容易受到污染。这就是PCB必须要进行表面处理的重要原因之一。

PCB表面处理工艺的步骤和方法

1热风整平
在以前,热风整平在整个PCB表面处理工艺中处于主导地位。二十世纪八十年代,超过四分之三的PCB使用热风整平工艺,但过去十年以来业界一直都在减少热风整平工艺的使用,估计目前约有25%-40%的PCB使用热风整平工艺。热风整平制程比较脏、难闻、危险,因而从未是令人喜爱的工艺,但热风整平对于尺寸较大的元件和间距较大的导线而言,却是极好的工艺。在密度较高的PCB中,热风整平的平坦性将影响后续的组装;故HDI板一般不采用热风整平工艺。随着技术的进步,业界现在已经出现了适于组装间距更小的QFP和BGA的热风整平工艺,但实际应用较少。目前一些工厂采用有机涂覆和化学镀镍/浸金工艺来代替热风整平工艺;技术上的发展也使得一些工厂采用浸锡、浸银工艺。加上近年来无铅化的趋势,热风整平使用受到进一步的限制。虽然目前已经出现所谓的无铅热风整平,但这可将涉及到设备的兼容性问题。
2有机涂覆
大约估计得知,目前约有25%-30%的PCB使用有机涂覆工艺,该比例一直在上升(很可能有机涂覆现在已超过热风整平居于第一位)。有机涂覆工艺可以用在低技术含量的PCB,也可以用在高技术含量的PCB上,如单面电视机用PCB、高密度芯片封装用板。对于BGA方面,有机涂覆应用也较多。PCB如果没有表面连接功能性要求或者储存期的限定,有机涂覆将是最理想的表面处理工艺。
3化学镀镍/浸金
化学镀镍/浸金工艺与有机涂覆不同,它主要用在表面有连接功能性要求和较长的储存期的板子上,如手机按键区、路由器壳体的边缘连接区和芯片处理器弹性连接的电性接触区。由于热风整平的平坦性问题和有机涂覆助焊剂的清除问题,二十世纪九十年代化学镀镍/浸金使用很广;后来由于黑盘、脆的镍磷合金的出现,化学镀镍/浸金工艺的应用有所减少,不过目前几乎每个高技术的PCB厂都有化学镀镍/浸金线。考虑到除去铜锡金属间化合物时焊点会变脆,相对脆的镍锡金属间化合物处将出现很多的问题。因此,便携式电子产品(如手机)几乎都采用有机涂覆、浸银或浸锡形成的铜锡金属间化合物焊点,而采用化学镀镍/浸金形成按键区、接触区和EMI的屏蔽区。估计目前大约有10%-20%的PCB使用化学镀镍/浸金工艺。
4浸银
浸银比化学镀镍/浸金便宜,如果PCB有连接功能性要求和需要降低成本,浸银是一个好的选择;加上浸银良好的平坦度和接触性,那就更应该选择浸银工艺。在通信产品、汽车、电脑外设方面浸银应用的很多,在高速信号设计方面浸银也有所应用。由于浸银具有其它表面处理所无法匹敌的良好电性能,它也可用在高频信号中。EMS推荐使用浸银工艺是因为它易于组装和具有较好的可检查性。但是由于浸银存在诸如失去光泽、焊点空洞等缺陷使得其增长缓慢(但没有下降)。估计目前大约有10%-15%的PCB使用浸银工艺。
5浸锡
锡被引入表面处理工艺是近十年的事情,该工艺的出现是生产自动化的要求的结果。浸锡在焊接处没有带入任何新元素,特别适用于通信用背板。在板子的储存期之外锡将失去可焊性,因而浸锡需要较好的储存条件。但是值得注意的是浸锡工艺中由于含有致癌物质现在已经被限制使用。粗略算算现在大概最多自由5%-10%的PCB还在使用这种浸锡工艺。