PCB镀层与SMT焊接

ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.线路板镀层与SMT焊接ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.目录•焊接分类•PCB镀层•SMT焊接机理•SMT焊接异常和PCB镀层关系ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.焊接分类熔焊焊接种类压焊钎焊钎焊压焊熔焊超声压焊金丝球焊激光焊ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.电子装配的核心——连接技术：焊接技术焊接技术的重要性——焊点是元器件与印制电路板电气连接和机械连接的连接点。焊点的结构和强度就决定了电子产品的性能和可靠性。焊接分类ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.焊接学中，把焊接温度低于450℃的焊接称为软钎焊，所用焊料为软钎焊料。软钎焊的特点：1钎料熔点低于焊件熔点。2加热到钎料熔化，润湿焊件。3焊接过程焊件不熔化。4焊接过程需要加焊剂。（清除氧化层）5焊接过程可逆。（解焊）焊接分类ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.电子焊接——是通过熔融的焊料合金与两个被焊接金属表面之间生成金属间合金层（焊缝），从而实现两个被焊接金属之间电气与机械连接的焊接技术。焊接分类电子焊接（SMT焊接）属于软钎焊ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.PCB镀层PCB表面处理：对需要焊接元件的裸露焊盘进行镀层处理了。目的：增加可焊性，和保护作用。PCB表面处理方式：在裸露的底材铜面上进行表面处理PCB表面镀层的处理方式分类1.喷锡2.OSP3.化学锡4.化学银5.电镀镍金6.化学镀镍金我司pcb焊盘纵切面表面处理前的PCB，焊盘为底材铜表面处理后的PCB，焊盘为金ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.1.无铅喷锡•流程：微蚀-水洗-涂耐高温助焊剂-喷锡-水洗。（有的厂在微蚀前先预热板子）。•过程：PCB喷锡时，浸在熔融的无铅焊料中（约270℃），快速提起PCB，热风刀（温度265-270℃）从板子的前后吹平液态焊料，使铜面上的弯月形焊料变平，并防止焊料桥搭。•设备：水平式，垂直式无铅热平整平机。（水平式得到的镀层均匀些，自动化生产）。•物料：无铅焊料，如SnCuNi，SnCuCo,SnCuGe或305焊料。耐高温助焊剂。•要求：焊盘表面2-5微米，孔内应小于25微米（也有放宽到38微米）。•特点：涂覆层不够平坦，主要适用于宽线，大焊盘板子，HDI板通常不采用。对覆铜板耐热性要求高。喷锡制程比较脏，有异味，高温下操作，危险。其使用受到一定的限制。PCB镀层ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.2.OSP•又称为preflux（耐热预焊剂），是早期松香型助焊剂的延续和发展。•流程：除油-微蚀-酸洗-纯水洗-OSP-清洗-吹干。•五代产品：⑴咪唑（或苯并三氮唑）类；⑵烷基咪唑类；⑶苯并咪唑类；⑷烷基苯并咪唑类。⑸烷基苯基咪唑类。•第4代：目前使用最多的是烷基苯并咪唑，热分解温度250-270℃，适用于无铅焊接温度（250-270℃）下多次回流焊接温度。•第5代:烷基-苯基-咪唑类HT-OSP。分解温度为354℃，具有好的热稳定性，在焊接界面上不容易形成微气泡，微空洞，提高了焊接结合力。•原理：在铜表面上形成一层有机膜，牢固地保护着新鲜铜表面，并在高温下也能防氧化和污染。OSP厚度0.1-0.2微米，或0.2-0.5微米。•特点：工艺简单，成本低廉，既可用在低技术含量的PCB上，也可用在高密度芯片封装基板上。是最有前途的表面涂覆工艺。（争议点：装配时分不清颜色，OSP同铜色泽相仿，划伤板子，影响焊接，OSP储存期约6个月）。•目前，OSP可经受热应力（288℃，10s）三次，不氧化，不变色。PCB镀层ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.3.化学锡•流程：除油-微蚀-酸洗-纯水洗-沉锡-清洗。•特点：由于目前所有焊料都是以锡为主体的，所以锡层能与任何种类焊料相兼容。从这个角度看，沉锡在PCB表面涂覆几个品种比较中有很好的发展前景。•厚度：1.0±0.2微米。•问题：⑴经不起多次焊接，一次焊接后形成的界面化合物会变成不可焊表面。⑵会产生锡须，影响可靠性。⑶沉锡液易攻击阻焊膜，使膜溶解变色，对铜层产生倒蚀。⑷沉锡温度高，≥60℃，1微米锡层需沉十分钟。•改良：在沉锡液中加入有机添加剂，使锡层结构呈颗粒状，克服了锡须，锡迁移问题，热稳定性亦好。•使用：有的客户指定，用沉锡镀层，比无铅喷锡层平坦。通信母板适用。沉锡后板子应存放在良好的房间中，在存贮有效期内使用。PCB镀层ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.4.化学银•流程：除油（脱脂）-微蚀-酸洗-纯水洗-沉银-清洗。•特点：⑴工艺简单，快捷，成本不高。⑵沉Ag液含一些有机物，防银层变色，银迁移。⑶镀层厚度0.1-0.5微米（通常0.1-0.2微米）焊接性能优良。⑷银层在组装时具有好的可检查性（银白色）。•问题：·浸Ag生产线上全线用水为纯水。防银层变黄发黑。（自来水中有氯离子，Ag+ClAgCl，生成白色沉淀）·银与空气中的硫易结合，形成硫化银，黄色或黑色。所有操作，贮存，包装，均需戴无硫手套，无硫纸包装，贮存环境要求高。不容许用普通纸相隔板子，不允许用橡皮圈包板子。·防银离子迁移，已沉银板子不得存放在潮湿的环境中。在贮存期内使用。参看CPCA标准“印刷板的包装、运输和保管”（CPCA1201-2009）。•应用：客户指定。在高频信号中，沉Ag板电性能良好。欧美不少用户要求作沉Ag板。PCB镀层ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.5.电镀镍金•流程：除油-微蚀-酸洗-纯水洗-镀镍-纯水洗-镀金-回收金-水洗•镀层类型：⑴镀硬金。用在：PCB插头，按键上。特点：·耐磨，接触良好，有硬度（120-190㎏／㎜²﹚·镍打底，Ni层厚度3-5微米；金厚度：0.1,0.25,0.5,0.8,1.0…微米。·金镀层含有钴（Co，0.5％﹚，或Ni锑等金属。⑵镀软金。纯金,24K金。用途：焊接用。特点：·镍打底，≥2.5微米，防止金层向铜层扩散，镍层在焊接时牢固同焊料结合。·镀Au层很薄，0.05-0.1微米。•特点：·线路上要镀上金，成本高，目前已很少使用。·金面上印阻焊剂，阻焊易脱落。·焊接时金层会变脆。（焊料中金含量≥3％时）PCB镀层ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.6.化学镍金英文全称：ElectrolessNickelandImmersionGold。简称ENIG。化镍沉金。·流程：除油（脱脂）-微蚀-活化-化学镍-化学金-清洗。·特点：⑴化学镀Ni/Au镀层厚度均匀，共面性好，可焊接性好，优良的耐腐蚀性，耐磨性。广泛应用于手电、电脑等领域。⑵镍层厚度3-5微米，目的防铜-金界面之间互相扩散，保证焊点可靠焊牢。⑶化学Ni/Au已迅速取代电镀Ni/Au。⑷化学镍是工艺关键，又是最大难点。⑸化金层通常为0.05-0.15微米。•反应机理：⑴化镍：·铜面在金属钯催化下，通过溶液中的还原剂和镍离子开始镀镍反应。镍本身是进一步化学镀镍的催化剂，在溶液中的还原剂次磷酸钠的作用下，化学沉镍过程会不断继续下去，直至产品在槽液中取出。·磷在沉积过程中同镍共镀到镀层中，化学沉镍，实际是化学沉镍磷合金。⑵沉金：氧化还原反应。通过镍金置换反应在镍面上沉积上金。PCB镀层ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.•化学镀镍层实际上是镍-磷（Ni-P）合金层。镀液中的次磷酸根离子（P为P2+）在镀液中主要作为还原剂，但是P2+也可以发生歧化反应，自我还原成单质P，并和Ni原子一起沉积，同时有氢气（H2）放出[2]。从Ni-P二元相图来看，P在Ni中的溶解度非常小，其共晶点位置（势能最低）存在Ni和Ni3P两个稳定固相，其中Ni3P相更加稳定。•化学镀金是一种置换反应，在镀液中，Au离子从基板上的Ni原子中得到电子，结果是Ni原子变成离子溶解到镀液中，Au离子变成原子沉积到基板上。•2Au（CN）2—+Ni→2Au+Ni2++4CN—[3]•当Ni层表面完全被Au原子覆盖时，即镀液和Ni原子不接触时，反应即停止。Au层的厚度通常在0.05-0.1mm之间，其对镍面具有良好的保护作用，而且具备很好的接触性能。PCB镀层ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.NiPCuNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNi基材NiPCuNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNi基材AuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuNiPCuNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiPPNiNiPPNiNiPNiPPNiNiNiNiPNiPNi基材AuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuNiPCuNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiPPPPPPPPPP基材AuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAu图4、ENIG完成之后的线路板图3、浸金反应完成后（镍金交换位置，镍离子游离于槽液中，金覆盖在原来镍的位置，磷由于不参与置换则镍游走之后磷的比例自然上升。）图2、进入浸金槽时（未进行反应）的镍金状况（镍金即将与置换反应的形式原子交换）图1、浸金之前的良好镍面结构（镍磷均匀的分布）PCB镀层ConfidentialSunWinElectro-TechnologyCo.,LTD.表面处理方式镀层特性制造成本厚度（微米）保存期应用比例无铅喷锡镀层不平坦，主要适用于大焊盘、宽线距的板子，不适用于HDI板。制程较脏，味难闻，高温。中高焊盘上2-5孔内≤251年20%OSP镀层均一，表面平坦。外观检查困难，不适合多次reflow，防划伤。工艺简单，价廉。焊接可靠性好。最低0.1-0.5半年20-25%化学镍金镀层均一，表面平坦。可焊性好，接触性好，耐腐蚀性好，可协助散热。工艺控制不当，会产生金脆，黑盘，元件焊不牢。高Ni3-5Au0.03-0.081年30-35%化学锡镀层均一，表面平坦。锡须难管控，