PCB表面处理分类及特点

FoxconnTechnologyGroupSMTTechnologyDevelopmentCommitteeSMTTechnologyCenterSMT技術中心目錄表面處理定義電鍍定義表面處理種類PCB常用表面處理PCB表面處理優缺點比較什么是表面处理？简单来说，表面处理是指改变物件的表面，从而给予表面新的性质。表面处理的对像可以是金属(例如钢铁)，也可以是非金属(例如塑胶)。表面處理定義什么是电镀？電鍍定義简单来说，电镀指借助外界直流电的作用，在溶液中进行电解反应，使导电体例如金属的表面沉积一金属或合金层。所謂電解反應是指”利用外加電流引起非自發性氧化還原反應”。电镀过程示意图電鍍定義镀铜電鍍定義以氰化浴、硫酸浴及焦磷酸浴為主。除氰化浴外皆為二價銅沉積，氰化浴適合鐵及鋅合金底材電鍍，配合合適光澤劑，可得平滑光澤之鍍層。鍍層均一性佳，鍍液安定已應用多年，但鍍液含大量氰化物毒性高，廢水處理成本高，除滾鍍及預鍍外已逐漸被取代。镀铜電鍍定義硫酸浴配合合適的添加劑，填平及光澤性高、成本低、管理容易，廢水處理成本低，已大量應用於電路板、裝飾品、電鑄等領域。焦磷酸浴配合合適的添加劑.曾用於電路板。但廢水處理麻煩，除鋅合金底鍍外，以被硫酸浴取代。镀镍電鍍定義以硫酸浴為主，瓦茲浴為其代表，鍍液成本低，管理容易，大量應用於各種工業及裝飾用途，針對電子零件及電鑄要求，氨基磺酸浴具備低應力，高延展性、較佳的封孔性及高濃度配方，已部份取代了硫酸浴。镀镍電鍍定義鎳鍍層之光澤性及平整性等性質，主要是靠鎳添加劑。一般鍍鎳添加劑可分為光澤劑(BRIGHTENER)、柔軟劑(CARRIER)及濕潤劑(WETTING)。添加的頻率及液量則視底材的粗糙、所需的厚度、以及要求的光澤度和平整性而定。鍍液應定期分析並補充，時時維持鍍液中各成份之有效濃度，才能保持鍍層之品質。镀金電鍍定義以氰化浴為主，分為鹼性、中性和酸性。鍍液中除了金離子(俗稱金鹽)，應含有導電鹽、平衡導電鹽(緩衝鹽)、光澤劑；另光澤劑又可分有機、合金兩種添加劑。金鹽：金氰化鉀，提供金析出之補充，所以鍍金時，陽極通常為鈍性陽極。導電鹽：提供鍍液中導電之效果。平衡導電鹽：提供鍍液中酸鹼平衡，導電之效果。镀金電鍍定義光澤劑(有機)：提供光澤度、平整性之用。光澤劑(合金)：提供色澤變化，硬度之用。鹼性浴的均一性良好，不易和類金屬不純物共析；中性浴可共析形成合金鍍層；酸性浴亦可形成合金鍍層，可厚鍍，具較佳之封孔性，硬度及耐磨性均較優異，特別適合電子零件之要求。•镀(Plating)电镀(Electroplating)自催化镀(Auto-catalyticPlating)，一般称为“化学镀(ChemicalPlating)”、“无电镀(ElectrolessPlating)等浸渍镀(ImmersionPlating)表面處理種類•阳极氧化(Anodizing)•化学转化层(ChemicalConversionCoating)钢铁发蓝(Blackening)，俗称煲黑钢铁磷化(Phosphating)铬酸盐处理(Chromating)金属染色(MetalColouring)表面處理種類涂装(PaintFinishing)，包括各种涂装如手工涂装、静电涂装、电泳涂装等热浸镀(Hotdip)热浸镀锌(Galvanizing),俗称铅水热浸镀锡(Tinning)表面處理種類•乾式镀法PVD物理气相沈积法(PhysicalVaporDeposition)阴极溅射真空镀(VacuumPlating)离子镀(IonPlating)CVD化学气相沈积法(ChemicalVaporDeposition)表面處理種類目前PCB各種常用的可焊表面處理分別為保焊劑(OSP)--OrganicSolderabilityPreservatives噴錫(HASL)---HotAirSolderLevelling浸銀(ImmersionSilverAg)浸錫(ImmersionTinSn)化鎳浸金(ElectrolessNickelImmersionGold,ENIG)PCB常用表面處理經拉力試驗所得知強度比較表處理Finish拉力Minℓbs拉力Avgℓbs拉力Maxℓbs落差ℓbs保焊劑OSP38439540420噴錫HASL37639641034浸銀Ag37338940128浸錫Sn35038240454化鎳浸金ENIG267375403136PCB表面處理優缺點比較各種表面處理之優點及缺點比較處理優點缺點保焊劑O.S.P.(a)焊錫性特佳是各種表面處理焊錫強度的指標(benchmark)(b)對過期板子可重新Recoating一次(c)平整度佳,適合SMT裝配作業(d)可作無鉛製程(a)打開包裝袋後須在24小時內焊接完畢,以免焊錫性不良(b)在作業時必須戴防靜電手套以防止板子被污染(c)IRReflow的peaktemp為220℃對於無鉛錫膏peaktemp要達到240℃時第二面作業時之焊錫性能否維持目前被打問號〝?〞,但喜的是目前耐高溫的O.S.P已經出爐,有待進一步澄清.(d)因OSP有絕緣特性,因此testingpad一定有加印錫膏作業以利測試順利.在有孔的testingpad更應在鋼板stencil用特殊的開法讓錫膏過完IR後,只在pad及孔壁邊上而不蓋孔,以減少測試誤判.(e)无法使用ICT测试,因ICT测试会破坏OSP表面保护层而造成焊盘氧化.PCB表面處理優缺點比較處理優點缺點噴錫板HASL(a)與OSP一樣其焊錫性也是特性,也同樣是各種表面處理焊錫強度指標(Benchmark)(b)由於錫鉛板測試點與探針接觸良好¸測試比較順利(c)目前制程与QC手法无须改变(d)由于喷锡多层板在有铅制程中占90%以上,而且技术较成熟,而无铅喷锡目前与有铅喷锡的差异仅是喷锡设备的改良及材料(63/37改Sn-Cu-Ni)更换,故无铅喷锡仍是无鉛制程的首选.(a)平整度差findpitch,SMT裝配時容易發生錫量不致性,容易造成短路或焊錫因錫量不足造成焊接不良情形.(b)噴錫板在PCB製程時容易造成錫球(SolderBall)使得S.M.T裝配時發生短路現象發生.PCB表面處理優缺點比較處理優點缺點浸銀Ag(a)平整度佳適合S.M.T裝配作業(b)適合無鉛製程(c)未來無鉛製程之王座後選板(a)焊錫強度不如OSP或HASL.(b)基本上不得Baking,如育Baking必須在110℃,1小時以內完成,以免影響焊錫性(a)在空氣中怕氧化更怕氯化及硫化,因此存放及作業場所絕對不能有酸,氯或硫化物,因此作業時希望能比照O.S.P.在打開包裝後24小時焊接完畢(最長也須在3天內完成)以避免因水氣問題要Baking時又被上述條件限制而進退兩難.(b)包裝材料不得含酸及硫化物.PCB表面處理優缺點比較處理優點缺點浸錫(a)平整度佳適合SMT裝配作業(b)可作無鉛製程(a)焊錫強度比浸銀還差(b)本為無鉛製程明天之星,但因儲存時及過完IRReflow後IMC(Intermetalliccompound)容易長厚.而造成焊錫性不良.(c)基本上不得Baking,如育Baking必須在110℃,1小時以內完成,以免影響焊錫性(d)希望能比照O.S.P.在打開包裝後24小時焊接完畢(最長也須在3天內完成)以避免因水氣問題要Baking時又被上述條件限制而進退兩難.PCB表面處理優缺點比較處理優點缺點化鎳浸金ENIG(a)平整度佳適合SMT裝配作業(b)由因金導電性特性對於板周圍須要良好的接觸或對於按鍵用的產品如手機類仍是最佳的選擇(c)可作無鉛製程(a)焊錫強度最差(b)容易造成BGA處焊接後之裂痕,其原因為先天焊錫強度很差,裝配線操作空間小,也可能是PCB板本身上鎳容易氧化,操作空間同樣很小,因此PCBA及PCB間常為此問題爭議不斷PCB表面處理優缺點比較處理優點缺點化鎳浸金加保焊劑ENIG+O.S.P(a)此為改良型的化鎳浸金作法,其目的是保存在要導電接觸區或按鍵區保留化鎳浸金.但將要焊接的地方或重要焊接地方如BGA處改為O.S.P.作業.如此一來即可保留化鎳浸金的最佳導電又可保持O.S.P.的最佳焊錫強度,目前手機板大部份用此方式作業(b)平整度佳適合作SMT裝配作業(e)適合無鉛製程(a)其缺點與保焊劑O.S.P相同(b)由於是兩種表面處理PCB作業及流程繁多.製程也複雜,成本增加,價錢較貴在所難免PCB表面處理優缺點比較化金、化錫、化銀、OSP吃錫性及四項製程優缺點:特性項目噴錫化學鎳金有機保焊劑化學浸錫化學銀表面平整性差好佳佳佳顏色亮灰色金色銅色銀色銀色設備垂直/水平垂直水平水平水平儲齡1年1年3/6個月3/6個月6個月皮膜厚度40~1000μinNi120~250μinAu2~4μin8~20μin40~60μin6~25μin綠漆匹配性必須必須無必須無主反應時間0.7~3秒15~25分鐘30~90秒6~10分鐘60秒反應溫度240℃85℃45℃70℃50℃作業時間5分鐘60~80分鐘6~10分鐘15~25分鐘6~10分鐘重工程度容易困難容易容易困難綠漆相容性好差佳差佳焊錫性佳差佳佳好廢水處理簡單複雜簡單複雜簡單操作成本1.25153PCB表面處理優缺點比較化金、化錫、化銀、OSP吃錫性及四項製程優缺點:特性項目噴錫化學鎳金有機保焊劑化學浸錫化學銀表面平整性差好佳佳佳顏色亮灰色金色銅色銀色銀色設備垂直/水平垂直水平水平水平儲齡1年1年3/6個月3/6個月6個月皮膜厚度40~1000μinNi120~250μinAu2~4μin8~20μin40~60μin6~25μin綠漆匹配性必須必須無必須無主反應時間0.7~3秒15~25分鐘30~90秒6~10分鐘60秒反應溫度240℃85℃45℃70℃50℃作業時間5分鐘60~80分鐘6~10分鐘15~25分鐘6~10分鐘重工程度容易困難容易容易困難綠漆相容性好差佳差佳焊錫性佳差佳佳好廢水處理簡單複雜簡單複雜簡單操作成本1.25153PCB表面處理優缺點比較無鉛噴錫、OSP、化金、化銀、化錫的保存期限及保存條件:保存期限基板材質包裝方式表面處理類型保存期限庫存品出貨前逾期處置方式備註鋁箔/透明真空包裝化銀化錫SIT6個月超過六個月(含)以上以MRB處理。1、需加一層氣泡布包裝2、不可烘烤化銀化錫SIT6個月超過六個月(含)以上以MRB處理。1、需加一層氣泡布包裝2、不可烘烤OSP化金3個月1、需退OSP烘烤2、烘烤後先測試再重走OSP製程FR4FR5（一般基材）氣泡布（PE膜）包裝噴錫/無鉛噴錫6個月化錫SIT3個月無鹵素/Hi-CTI（Level2以上）板材鋁箔/透明真空包裝OSP化金6個月1、需加一層氣泡布包裝2、需退OSP烘烤3、烘烤後先測試再重走OSP製程1、不可烘烤2、化錫板需放乾燥劑1、以入庫起算達六個月(含)以上，以120℃烘烤160分鐘。2、烘烤後的保存期限以烘烤日起算一年，超過一年(含)以上報廢處理。1、以入庫起算達三個月(含)以上，以120℃烘烤160分鐘。2、烘烤後的保存期限自烘烤日起算三個月，超過三個月(含)以上以MRB處理。1、以入庫起算達六個月(含)以上，以120℃烘烤160分鐘。2、烘烤後的保存期限以烘烤日起算一年，超過一年(含)以上報廢處理。超過三個月(含)以上以MRB處理。PCB表面處理優缺點比較基板材質包裝方式表面處理類型保存期限庫存品出貨前逾期處置方式備註鋁箔/透明真空包裝化銀化錫SIT6個月超過六個月(含)以上以MRB處理。1、需加一層氣泡布包裝2、不可烘烤化銀化錫SIT6個月超過六個月(含)以上以MRB處理。1、需加一層氣泡布包裝2、不可烘烤OSP化金3個月1、需退OSP烘烤2、烘烤後先測試再重走OSP製程FR4FR5（一般基材）氣泡布（PE膜）包裝噴錫/無鉛噴錫6個月化錫SIT3個月無鹵素/Hi-CTI（Level2以上）板材鋁箔/透明真空包裝OSP化金6個月1、需加一層氣泡布包裝2、需退OSP烘烤3、烘烤後先測試再重走OSP製程1、不可烘烤