• 線路板廠五種表面處理工藝

    線路板廠五種表面處理工藝

    2019-04-24 16:51:59

    現在有許多線路板廠表面處理工藝,常見的是熱風整平、有機涂覆、化學鍍鎳/浸金、浸銀和浸錫這五種工藝,下面將逐一介紹。

    工具/原料

    1. 熱風整平

    熱風整平又名熱風焊料整平,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。熱風整平時焊料和銅在結合處形成銅錫金屬間化合物。保護銅面的焊料厚度大約有1-2mil。

    線路板進行熱風整平時要浸在熔融的焊料中;風刀在焊料凝固之前吹平液態的焊料;風刀能夠將銅面上焊料的彎月狀最小化和阻止焊料橋接。熱風整平分為垂直式和水平式兩種,一般認為水平式較好,主要是水平式熱風整平鍍層比較均勻,可實現自動化生產。熱風整平工藝的一般流程為:微蝕→預熱→涂覆助焊劑→噴錫→清洗。

    2. 有機涂覆

    有機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阻隔層;有機涂覆工藝簡單、成本低廉,這使得它能夠在業界廣泛使用。早期的有機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,它是化學鍵合氮功能團到PCB上的銅。在后續的焊接過程中,如果銅面上只有一層的有機涂覆層是不行的,必須有很多層。這就是為什么化學槽中通常需要添加銅液。在涂覆第一層之后,涂覆層吸附銅;接著第二層的有機涂覆分子與銅結合,直至二十甚至上百次的有機涂覆分子集結在銅面,這樣可以保證進行多次回流焊。試驗表明:最新的有機涂覆工藝能夠在多次無鉛焊接過程中保持良好的性能。

    有機涂覆工藝的一般流程為:脫脂→微蝕→酸洗→純水清洗→有機涂覆→清洗,過程控制相對其他表面處理工藝較為容易。

    3. 化學鍍鎳/浸金

    化學鍍鎳/浸金工藝不像有機涂覆那樣簡單,化學鍍鎳/浸金好像給PCB穿上厚厚的盔甲;另外化學鍍鎳/浸金工藝也不像有機涂覆作為防銹阻隔層,它能夠在PCB長期使用過程中有用并實現良好的電性能。因此,化學鍍鎳/浸金是在銅面上包裹一層厚厚的、電性良好的鎳金合金,這可以長期保護PCB;另外它也具有其它表面處理工藝所不具備的對環境的忍耐性。鍍鎳的原因是由于金和銅間會相互擴散,而鎳層能夠阻止金和銅間的擴散;如果沒有鎳層,金將會在數小時內擴散到銅中去?;瘜W鍍鎳/浸金的另一個好處是鎳的強度,僅僅5微米厚度的鎳就可以限制高溫下Z方向的膨脹。此外化學鍍鎳/浸金也可以阻止銅的溶解,這將有益于無鉛組裝。

    化學鍍鎳/浸金工藝的一般流程為:酸性清潔→微蝕→預浸→活化→化學鍍鎳→化學浸金,主要有6個化學槽,涉及到近100種化學品,因此過程控制比較困難。

    4. 浸銀

    浸銀工藝介于有機涂覆和化學鍍鎳/浸金之間,工藝比較簡單、快速;不像化學鍍鎳/浸金那樣復雜,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、濕和污染的環境中,銀仍然能夠保持良好的可焊性,但會失去光澤。浸銀不具備化學鍍鎳/浸金所具有的好的物理強度因為銀層下面沒有鎳。另外浸銀有好的儲存性,浸銀后放幾年組裝也不會有大的問題。

    浸銀是置換反應,它幾乎是亞微米級的純銀涂覆。有時浸銀過程中還包含一些有機物,主要是防止銀腐蝕和消除銀遷移問題;一般很難測量出來這一薄層有機物,分析表明有機體的重量少于1%。

    5. 浸錫

    由于目前所有的焊料都是以錫為基礎的,所以錫層能與任何類型的焊料相匹配。從這一點來看,浸錫工藝極具有發展前景。但是以前的PCB經浸錫工藝后出現錫須,在焊接過程中錫須和錫遷徙會帶來可靠性問題,因此浸錫工藝的采用受到限制。后來在浸錫溶液中加入了有機添加劑,可使得錫層結構呈顆粒狀結構,克服了以前的問題,而且還具有好的熱穩定性和可焊性。

    浸錫工藝可以形成平坦的銅錫金屬間化合物,這個特性使得浸錫具有和熱風整平一樣的好的可焊性而沒有熱風整平令人頭痛的平坦性問題;浸錫也沒有化學鍍鎳/浸金金屬間的擴散問題--銅錫金屬間化合物能夠穩固的結合在一起。浸錫板不可存儲太久,組裝時必須根據浸錫的先后順序進行。

    6. 其他表面處理工藝

    其他表面處理工藝的應用較少,下面來看應用相對較多的電鍍鎳金和化學鍍鈀工藝。

    電鍍鎳金是PCB表面處理工藝的鼻祖,自從PCB出現它就出現,以后慢慢演化為其他方式。它是在PCB表面導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散?,F在的電鍍鎳金有兩類:鍍軟金(純金,金表面看起來不亮)和鍍硬金(表面平滑和硬,耐磨,含有鈷等其他元素,金表面看起來較光亮)。軟金主要用于芯片封裝時打金線;硬金主要用在非焊接處的電性互連。

    考慮到成本,業界常常通過圖像轉移的方法進行選擇性電鍍以減少金的使用。目前選擇性電鍍金在業界的使用持續增加,這主要是由于化學鍍鎳/浸金過程控制比較困難。

    正常情況下,焊接會導致電鍍金變脆,這將縮短使用壽命,因而要避免在電鍍金上進行焊接;但化學鍍鎳/浸金由于金很薄,且很一致,變脆現象很少發生。

    化學鍍鈀的過程與化學鍍鎳過程相近似。主要過程是通過還原劑(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反應的催化劑,因而可得到任意厚度的鈀鍍層?;瘜W鍍鈀的優點為良好的焊接可靠性、熱穩定性、表面平整性。

    方法/步驟1:

    熱風整平-有機涂覆-化學鍍鎳/浸金-浸銀-浸錫-其他表面處理工藝

    注意事項

    因而可得到任意厚度的鈀鍍層?;瘜W鍍鈀的優點為良好的焊接可靠性、熱穩定性、表面平整性。



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