PCB表面处理工艺常见的热风整平、有机涂覆OSP

2024-05-18 08:08:50发布    浏览170次    信息编号:72016

友情提醒:凡是以各种理由向你收取费用,均有骗子嫌疑,请提高警惕,不要轻易支付。

PCB表面处理工艺常见的热风整平、有机涂覆OSP

现在PCB表面处理工艺有很多,常见的有热风整平、有机涂层OSP、化学镀镍/沉金、沉银、沉锡和电镀镍金等工艺。

图1 电路板表面处理的类型

1.热风整平喷锡

热风整平也称为热风焊锡整平HASL(Hot Air)。 它是将熔融的锡铅焊料涂覆在PCB表面上,并用加热的压缩空气整平(吹),形成一层既能抗铜氧化又能提供良好可焊性的涂层的过程。 可焊性好,热风整平时焊料与铜在接合处形成铜锡金属间化合物。 如图1中a)所示。

热风整平时必须将PCB浸入熔化的焊料中; 气刀在焊料凝固前将液态焊料吹平; 气刀可以最大限度地减少铜表面焊料的弯月面并防止焊料桥接。 热风整平分为立式和卧式两种。 一般认为卧式较好。 主要原因是卧式热风流平涂层更均匀,可以实现自动化生产。 热风整平工艺的一般流程为:微蚀→预热→助焊剂涂覆→喷锡→清洗。

HASL焊料的厚度和焊盘的平整度(圆顶形状)难以控制,使得窄间距元件的安装变得困难。 无铅HASL用无铅金属或无铅焊料合金代替Pb-Sn。

2.有机涂层OSP

有机镀膜工艺OSP(ative)与其他表面处理工艺不同,如图1b)所示。它充当铜与空气之间的阻挡层; 有机涂层工艺简单、成本低廉,使其在工业上得到广泛应用。 早期的有机涂料分子是咪唑和苯并三唑,起到防锈剂的作用。 最新的分子主要是苯并咪唑,它是一种与 PCB 化学键合的铜氮官能团。 在后续的焊接过程中,铜表面只有一层有机涂层是不行的,必须有很多层。 这就是化学罐中通常添加铜液的原因。 第一层涂覆后,涂覆层吸附铜; 然后第二层的有机涂层分子与铜结合,直至铜表面聚集二十个甚至数百个有机涂层分子,从而保证多次循环利用。 流焊。 测试表明,最新的有机涂层工艺可以在多次无铅焊接过程中保持良好的性能。

有机镀膜工艺的一般流程为:脱脂→微蚀→酸洗→纯水清洗→有机镀膜→清洗。 工艺控制比其他表面处理工艺更容易。

3.化学镀镍/沉金ENIG

(一)工艺流程

图2 ENIG表面焊盘结构图

化学镀镍/沉金工艺的一般流程为:酸洗→微蚀→预浸→活化→化学镀镍→化学沉金。 主要有6个化学品罐,涉及近百种化学品,过程控制相对困难。

(二)申请

化学镀镍和浸金(ENIG)具有良好的可焊性,用于印刷插头(金手指)和触摸屏开关。 作为隔离层和可焊涂层,Ni要求厚度≥3um; Au是Ni的保护层。 Au可以与焊料中的Sn形成金锡共价化合物(AuSn4)。 焊点中金含量超过3%。 会使焊点变脆,过多的Au原子取代Ni原子,因为过多的Au溶入焊点(无论是Sn-Pb还是Sn-Ag-Cu)会引起“金脆”。 因此,必须限制Au层的厚度。 用于焊接的Au层厚度≤1μm(ENIG:0.05~0.3μm)。

如果镀镍过程控制不稳定,就会出现“黑垫”现象。 如图 3 中的示例所示,

图3

图中A为焊接后元件脱落的现象,可以看到焊盘发黑;

b为QFP元件焊接前电路板上的焊盘;

c:放大后,QFP对应的空焊盘变黑;

d为元件引脚、焊盘金相断面,焊接接触面出现裂纹;

e 根据焊盘的SEM扫描电镜分析,可以看出镍层中存在粗糙的空洞。

(3)“黑垫”现象产生的原因

(a) PCB焊盘镀金、镀镍结构不够致密,表面有裂纹,空气中的水分容易进入,沉金过程中的酸容易残留在镀镍层中。 镀金时,由于Ni的原子半径小于Au的原子半径,当Au原子排列沉积在Ni层上时,表面晶粒会显得粗糙、疏松、多孔,形成无数空隙,镀液会穿透这些间隙,继续与Au层下的Ni原子发生反应,导致Ni原子继续氧化,未溶解的Ni离子被困在Au层下,形成氧化镍(NixOy)。 当镍层受到过度氧化的侵蚀时,就会形成所谓的黑焊盘。

(b)镍镀层磷含量过高或过低,导致镀层耐酸腐蚀性能差,容易出现腐蚀变色,出现“黑盘”现象,使焊接性变差。 (PH值3~4为佳)

(c)镀镍后未清洗酸性镀液,Ni长期会被酸腐蚀。

(d)焊接时,作为可焊性保护层的薄Au层迅速扩散到焊料中,暴露出已过度氧化且可焊性较低的Ni层表面,这必然会导致Ni和焊料连接困难。 均匀连续的金属间化合物(IMC)的形成会影响焊点界面的结合强度,并可能导致沿焊点/镀接点表面的裂纹。 严重时会导致表面润湿不良,导致元件从PCB上脱落或镍表面变黑。 ,俗称“黑镍”。

大量研究和实际情况表明,镀层中的P含量是整个镀层质量的关键。 当P含量在7%~10%之间时,Ni层质量较好。

4. 沉银

沉银工艺( )如图1中d)所示。它介于有机镀层和化学镀镍/沉金之间。 过程比较简单、快捷; 它不像化学镀镍/沉金那么复杂,也不适合PCB。 它是一层厚厚的铠甲,但仍然提供良好的电气性能。 银仅次于金,即使在受热、潮湿和污染的情况下也能保持良好的可焊性,但会失去光泽。 沉银不具备化学镀镍/沉金的良好物理强度,因为银层下面没有镍。 此外,浸银还具有良好的保存性能。 浸银数年组装不会出现大问题。

浸银是一种置换反应,它几乎是纯银的亚微米涂层。 有时沉银工艺中还含有一些有机物,主要是为了防止银腐蚀和消除银迁移问题; 一般很难测量这层薄薄的有机物,分析表明有机物的重量小于1%。

5.浸锡

浸锡(Tin),如图1中的e)所示。由于目前所有的焊料都是锡基的,因此锡层可以与任何类型的焊料相匹配。 从这一点来看,浸锡工艺具有很大的发展前景。 然而,以前的PCB在浸锡工艺后会出现锡须。 焊接过程中的锡须和锡迁移会导致可靠性问题,因此浸锡工艺的采用受到限制。 后来在浸锡液中加入了有机添加剂,使锡层结构呈颗粒状,克服了之前的问题,同时还具有良好的热稳定性和可焊性。

浸锡工艺可以形成扁平的铜锡金属间化合物。 这一特性使得沉锡具有与热风整平同样良好的可焊性,而无需担心热风整平令人头疼的平整度问题; 浸锡也没有化学镀镍。 /浸金金属之间的扩散问题——铜锡金属间化合物可以牢固地结合在一起。 浸锡板不能存放太久,必须按浸锡顺序组装。

6.电镀镍金

电镀镍金(/Gold)是PCB表面处理技术的鼻祖。 它自PCB出现以来就出现了,此后逐渐演变为其他方法。 如图7-17中f)所示。 是先在PCB表面导体上镀一层镍,然后再镀一层金。 镀镍主要是为了防止金和铜之间的扩散。 现在电镀镍金有两种:镀软金(纯金,金表面看起来不亮)和镀硬金(表面光滑坚硬,耐磨,含有钴等元素,金表面看起来更亮)。 软金主要用于芯片封装时的金布线; 硬金主要用于非焊接区域的电气互连。

考虑到成本,业界常通过图像转移进行选择性电镀,以减少金的使用。 目前,选择性镀金在行业中的使用持续增加,主要是由于化学镀镍/沉金工艺控制难度较大。

一般情况下,焊接会导致电镀金变脆,从而缩短使用寿命,因此应避免在电镀金上焊接; 然而,在化学镀镍/浸金中,由于金非常薄且一致,因此很少发生脆性。

7、其他表面处理工艺

其他表面处理工艺很少采用。 我们来看一下应用比较广泛的化学镀钯工艺。

提醒:请联系我时一定说明是从奢侈品修复培训上看到的!