表面处理工艺

1DongguanShengyiElectronicsLtd.表面处理工艺Apr.15.20052DongguanShengyiElectronicsLtd.前言z表面处理通常是指在PCB的表面制作表面涂覆层和阻焊层的方式。表面涂覆层是指阻焊层以外的可供电气连接或电气互连的可焊性的涂镀层和保护层。z随着表面安装技术的不断发展，以及社会和市场对PCB的要求的不断提高，表面涂覆层也向着种类不断增多、性能日益提高的方向迅速发展。根据不同的表面涂覆层要求，PCB厂家需要采用不同的表面处理工艺。所以表面处理工艺的能力，也是衡量PCB厂家能力的一项重要标准。3DongguanShengyiElectronicsLtd.一.概述：z表面处理的分类：常见的表面处理方式有：电镀铅/锡合金、化学镀锡、热风整平（HASL）、电镀镍/金层、化学镀镍/金层、化学镀银、有机可焊性保护剂（OSP）、印制碳油等等。这几种表面处理由于其表面的涂覆层的形式和组成不同，所运用到的地方也不同。目前SYE在各种表面处理类型上均形成了成熟的工艺。可以满足客户在设计上的不同需要。4DongguanShengyiElectronicsLtd.二.电镀铅锡合金：z电镀铅锡合金大多是在与电镀铜组成的自动生产线上进行的。电镀的铅锡合金层除了作耐碱抗蚀剂的作用，还用来做可焊层（经过热油热熔或红外热熔后）。但目前电镀铅锡合金层纯粹是用来做耐碱抗蚀的作用，然后加以除去。因为经过热油和红外热熔的铅锡合金层厚度较厚，且容易形成龟背现象，因而不适用于表面安装技术上，如今已逐渐被淘汰。5DongguanShengyiElectronicsLtd.三.热风焊料整平(HAL)：z热风焊料整平（HASL）又简称为热风整平（HAL）。这是指在PCB表面的连接盘上（含贯通孔内）热涂覆熔融铅锡焊料（低共熔点处的铅锡比例）并用热压空气整平的工艺，使其形成一层既抗氧化又提供好的可焊性的表面涂覆层。由于PCB上的线宽和间距越来越小，虽然HAL技术可以克服线宽、间距小的问题。但是其高温过程对板子有一定的伤害，会造成板子的弯曲及可靠性降低。同时其表面也较为不平整，对高精度的表面贴装有影响。同时由于热风整平技术含有铅，随着RoHS等无铅指令的不断推出，热风整平技术应用程度和范围所占比例目前已由10年前的80%以上下降到2003年占40%左右了，并逐步被其他工艺取代。z作为PCB的表面镀层，铅锡合金的作用是保证连接盘有良好的可焊性，同时对铜面起保护的作用。其焊接原理是铜锡之间形成Cu6Sn5的铜锡IMC。6DongguanShengyiElectronicsLtd.四.电镀镍金：ƒ电镀镍/金是旨在PCB的表面导体上先镀上一层镍后镀上一层金的工艺技术。这一技术早在20世纪70年代就应用到PCB上了。电镀镍和金有两种方法，工艺导线法和图形电镀法。工艺电镀法是在PCB的插头处镀上耐磨的Au-Co或Au-Ni镀厚金和闪镀金等等。它目前仍广泛运用于带有插接或压焊的印制板上，如金手指、金插头的制作。图形电镀法，又称为全板镀金，其电镀的金层可用于作为抗蚀层参与线路图形的制作。但目前已经很少采用。7DongguanShengyiElectronicsLtd.五.化学镀镍/浸金(ENIG)：z化学镀镍/浸金，又称为沉镍金。化学镀镍/金是在印制电路板做上阻焊膜后，对裸露出来需要镀金属的部分采用的一种表面处理方式。随着PCB上的线宽和间距变小，表面封装增多，这就要求连接盘或焊垫有良好的共面性和平坦度，同时要求PCB不能弯曲。化学Ni/Au镀层厚度均匀，共面性好，对焊脚、焊垫的侧面都有较好的保护。所以目前沉镍金工艺广泛用于HDI、多BGA贴装的PCB等方面。z由于这种镍/金的镀层采用化学镀镍浸金的方式来实现选择性涂覆。其工艺较为复杂，成本也相对较高。其IMC层是以Ni3Sn4为主体。作为表面镀层，镍层厚度一般为5μm，而金厚一般在0.05—0.1μm之间，作为非可镀焊层Au的厚度不能太高，否则会产生脆性和焊点不牢的故障，但是如果太薄则防护性不好。目前其最主要的缺陷为黑垫。其可焊性相对较差，所以对焊接的要求比较严格。8DongguanShengyiElectronicsLtd.六.化学镀银(IS)：z化学镀银，又称为沉银。化学镀银是在印制电路板做上阻焊膜后，对裸露出来的焊点采用的一种表面处理方式。由于人类对环境保护问题越来越重视，而在沉镍金工艺中由于需要使用一些氰化物因此会对环境产生危害，于是化学镀银作为一种环保的表面处理工艺，也日趋为人们所关注。目前欧盟已经对更多非环保的产品进行控制，因此PCB的环保化也成为各厂家关心的重点。根据欧盟2002/95/EC号(RoHS)和2002/96/EC号决议，要求其成员国从2006年7月1日起，投放于市场的新电子和电气设备不包含铅、汞、镉、六价铬、聚溴二苯醚(PBDE)和聚溴联苯(PBB)。在本指令生效至2006年7月1日前，各成员国必须遵照欧盟立法在本国采取措施限制或禁止这些物质在电子电气设备中使用。因此化学镀银作为无铅焊接的一种处理形式正得以迅速发展。z由于银和铜、锡等在焊接温度下具有很好的相（兼）熔性或任意比例相熔，所以化学镀银有着很好的可焊性。所以化学镀银层主要起着对铜面的保护作用，同时又可认为是一种焊料起着焊接的角色。其IMC层仍以Cu6Sn5的铜锡IMC为主。9DongguanShengyiElectronicsLtd.六.化学镀银(IS)：z化学镀银的工艺流程和操作比较简单，并且易于维护。工艺和加工成本较低并且适宜于规模生产。目前化学镀银时会添加某些有机添加剂，使沉积出来的银层含有微量的有机物，从而有利于防止银层的氧化和银离子迁移问题。化学镀银的厚度为0.15μm～0.30μm，光亮平滑，所以有较好的平整度及共面性，对于表面贴装非常有利。z但是值得注意的是这种银的镀层没有镍/金的镀层保护性全面，它对硫及其硫化物、卤素及其卤化物都非常敏感。当它和它们接触的时候会形成Ag2S和卤化银，从而严重影响印制电路板表面镀层的可焊性。所以当它从真空包装拿出来后，不能放置太长的时间。同时化学镀银层的表面不能经过多次的热冲击，否则银镀层会氧化而影响焊接性能。因此化学银在整个加工和贴装制成中都必须采用无硫车间。10DongguanShengyiElectronicsLtd.七.化学镀锡(IT)：z化学镀锡，也称为沉锡。化学镀锡工艺类似沉银工艺。其锡厚为0.8μm～1.2μm，呈灰白色到亮色，从而能保证PCB板面的平整度及连接盘的共面性。由于化学镀锡层是焊料的主要成分。所以化学镀锡层不仅是连接盘的保护镀层，也是直接焊层。由于其不含铅，符合当今的环保要求，所以也是无铅焊接中常用的一种表面处理方式。当今的化学镀锡液中加入了新型的添加剂，使沉锡层的结晶结构由树枝状结构变成了颗粒状结晶，已经完全解决了锡丝的树枝状生长的隐患问题，同时也减少了铜锡合金生成方面的问题。目前沉锡最大的难点在于沉锡药水对阻焊层的冲击，众多大型的阻焊生产厂家正不断改善自己的产品以满足沉锡的需要。z使用了新型调节剂的化学镀锡层能够通过湿润性和三次再流焊的可焊性实验。这一问题的突破解决，使得化学镀锡工艺迅速发展，可以预见化学镀锡工艺和应用，在PCB表面涂（镀）覆层的占有率将会迅猛的增加。11DongguanShengyiElectronicsLtd.八.有机可焊性保护剂（OSP）z有机可焊性保护剂（OSP），又称为防氧化助焊剂、Entek。这种方法是在PCB完成阻焊、字符等工艺，并经过电测试及初次表观的检验后经OSP处理后在裸铜焊盘和通孔内而得到一种耐热型的有机可焊性膜。这种有机耐热可焊性膜厚度为0.3～0.5μm之间，分解温度可以达到300℃左右。OSP技术由于其具有高的热稳定性、致密性、疏水性等许多优点因而迅速得到推广运用。其主要优点还有：①能够克服线宽间距小的问题，其镀层表面很平坦。②工艺简单，操作方便，污染少，易于操作、维护和自动化。③成本低廉。其缺点是保护膜极薄，容易划伤，因此在生产和运输过程中要十分小心。另外其可焊性仅仅依靠该层保护膜，一旦膜被损害可焊性就大大降低了。因此它放置的时间也很短。12DongguanShengyiElectronicsLtd.九.比较11.工艺特点OSPHALENIGISIT原理在铜面上形成0.3-0.5um络合物保护膜高温下在铜面涂布Sn/Pb合金在铜面上用化学镀方法形成Ni/Au保护层利用置换反应在铜面上生成6-20μinch银层利用置换反应在铜面上形成Sn保护层特点操作温度低(Max46℃),热应力小,易控制,易返工。操作温度高Max260℃,环境较差,对板子的热冲击较大，可能产生内层分离及板曲现象。操作温度较高(Max90℃)，对阻焊膜的热冲击较大，生产不易控制，不易返工。操作温度低(Max50℃)，对板子的热冲击较小，易控制操作温度较高(Max75℃)，较难控制，易返工，对阻焊油墨有要求。13DongguanShengyiElectronicsLtd.九.比较22.优缺点对比OSPHALENIGISIT可焊性较好好较好极佳好平整度好一般好好好多次焊接性能3次max好好较好好BondingNNYY(需密封)N压接性能NYYNYFinePitch应用Y受限制YYY对阻焊要求LowMediumMediumLowMedium弹性接触开关应NNYNN3个月(需无硫包装)环保YNNYY成本LowLowHighMediumMedium其他只能用于焊接环境要求高,易与硫和氯等反应变色对阻焊冲击较大6个月储存周期3个月6个月6个月14DongguanShengyiElectronicsLtd.九.比较3OSPHALENIGISIT产能(kft2)150-160500-600160-170170-180120-130生产线类型水平水平/垂直垂直水平垂直技术能力成熟成熟成熟成熟成熟3.生益生产情况15DongguanShengyiElectronicsLtd.九.比较44.可靠性测试可焊性测试方法：参考J-STD-003，采用浮锡、垂直浸锡、摆动浸锡进行测试。条件：245±5℃，3+1/-0秒镀层厚度(X-ray)1、I-Silver√√√√√2、I-Tin√√√√√3、HAL√√√√√4、ENIG√√√√√5、OSP√√√√√热应力项目可焊性附着力离子污染16DongguanShengyiElectronicsLtd.谢谢观赏