PCB表面處理工藝種類(lèi)、優(yōu)缺點(diǎn)、厚度標準？

2021-04-21

常見(jiàn)的PCB表面處理工藝有：熱風(fēng)整平（HASL，hot air solder leveling），有機涂覆（OSP），化學(xué)鍍鎳/浸金，浸銀，浸錫等

熱風(fēng)整平HASL，hot air solder leveling

　　熱風(fēng)整平又名熱風(fēng)焊料整平，它是在PCB表明涂覆熔融錫鉛焊料并用加熱壓縮空氣整平（吹平）的工藝，使其形成一層即抗銅氧化，又可提供良好的可焊性的涂覆層。熱風(fēng)整平時(shí)焊料和銅在結合處形成銅錫金屬化合物，其厚度大約有1～2mil。 　　PCB進(jìn)行熱風(fēng)整平時(shí)要浸在熔融的焊料中，風(fēng)刀在焊料凝固之前吹平液態(tài)焊料，并能夠將銅面上焊料的彎月?tīng)钭钚』妥柚购噶蠘蚪印?　　熱風(fēng)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(fēng)整平鍍層比較均勻，可實(shí)現自動(dòng)化生產(chǎn)。其一般流程為：微蝕-->預熱-->涂覆助焊劑-->噴錫-->清洗。

有機涂覆 OSP

　　OSP不同于其它表面處理工藝之處為：它是在銅和空氣間充當阻隔層； 簡(jiǎn)單地說(shuō)，OSP就是在潔凈的裸銅表面上，以化學(xué)的方法長(cháng)出一層有機皮膜。這層膜具有防氧化，耐熱沖擊，耐濕性，用以保護銅表面于常態(tài)環(huán)境中不再繼續生銹（氧化或硫化等）；同時(shí)又必須在后續的焊接高溫中，能很容易被助焊劑所迅速清除，以便焊接。 　　有機涂覆工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，使得其在業(yè)界被廣泛使用。早期的有機涂覆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。為了保證可以進(jìn)行多次回流焊，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(xué)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(zhù)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。 　　其一般流程為：脫脂-->微蝕-->酸洗-->純水清洗-->有機涂覆-->清洗，過(guò)程控制相對其他表明處理工藝較為容易。

化學(xué)鍍鎳/浸金（又稱(chēng)化學(xué)金）

　　化學(xué)鍍鎳/浸金實(shí)在銅面上包裹一層厚厚的，電性能良好的鎳金合金并可以長(cháng)期保護PCB。不像OSP那樣僅作為防銹阻隔層，其能夠在PCB長(cháng)期使用過(guò)程中有用并實(shí)現良好的電性能。另外它也具有其它表面處理工藝所不具備的對環(huán)境的忍耐性。 　　鍍鎳的原因是由于金和銅之間會(huì )相互擴散，而鎳層可以阻止其之間的擴散，如果沒(méi)有鎳層的阻隔，金將會(huì )在數小時(shí)內擴散到銅中去?；瘜W(xué)鍍鎳/浸金的另一個(gè)好處是鎳的強度，僅僅5um厚度的鎳就可以控制高溫下Z方向的膨脹。此外化學(xué)鍍鎳/浸金也可以阻止銅的溶解，這將有益于無(wú)鉛焊接。 　　其一般流程為：脫酸洗清潔-->微蝕-->預浸-->活化-->化學(xué)鍍鎳-->化學(xué)浸金；其過(guò)程中有6個(gè)化學(xué)槽，涉及到近百種化學(xué)品，過(guò)程比較復雜。

浸銀

　　浸銀工藝介于OSP和化學(xué)鍍鎳/浸金之間，工藝較簡(jiǎn)單、快速。浸銀不是給PCB穿上厚厚的盔甲，即使暴露在熱、濕和污染的環(huán)境中，仍能提供很好的電性能和保持良好的可焊性，但會(huì )失去光澤。因為銀層下面沒(méi)有鎳，所以浸銀不具備化學(xué)鍍鎳/浸金所有的好的物理強度。 　　浸銀是置換反應，它幾乎是亞微米級的純銀涂覆。有時(shí)浸銀過(guò)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(wèn)題，一般很難量測出來(lái)這一薄層的有機物，分析表明有機體的重量少于1%。

浸錫

　　由于目前所有焊料是以錫為基礎的，所錫層能與任何類(lèi)型的焊料相匹配，從這一點(diǎn)來(lái)看，浸錫工藝極具發(fā)展前景。但以前的PCB經(jīng)浸錫工藝后易出現錫須，在焊接過(guò)程中錫須和錫遷移會(huì )帶來(lái)可靠性問(wèn)題，因此限制了浸錫工藝的采用。后在浸錫溶液中加入了有機添加劑，使錫層結構呈顆粒狀結構，客服了之前的問(wèn)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(gè)特性使得浸錫具有和熱風(fēng)整平一樣的好的可焊性而沒(méi)有熱風(fēng)整平令人頭疼的平坦性問(wèn)題；也沒(méi)有化學(xué)鍍鎳/浸金金屬間的擴散問(wèn)題；只是浸錫板不可以存儲太久，

編輯本段其它表面處理工藝

　　其它表明處理工藝的應用較少，其中應用較多的有電鍍鎳金和化學(xué)鍍鈀工藝。

電鍍鎳金（電鍍金）

　　電鍍鎳金是PCB表明處理工藝的鼻祖，自從PCB出現它就出現，慢慢演化出其它工藝。電鍍鎳金就是在PCB表面導體先電鍍上一層鎳之后再電鍍上一層金，鍍鎳主要是防止金和銅之間的擴散?，F在的電鍍鎳金有兩類(lèi)：鍍軟金（純金，金表明看起來(lái)不亮）和鍍硬金（表面平滑堅硬，耐磨，含有鈷等其它元素，表面看起來(lái)較光亮）。軟金主要用于芯片封裝時(shí)打金線(xiàn)；硬金主要用在非焊接處的電性互連（如金手指）。 　　

正常情況下，焊接會(huì )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(jìn)行焊接；而化學(xué)鍍鎳/浸金由于金很薄且一致，變脆現象很少發(fā)生。

化學(xué)鍍鈀

　　化學(xué)鍍鈀的過(guò)程與化學(xué)鍍鎳的過(guò)程相近似。主要過(guò)程是通過(guò)還原劑（如次磷酸二氫鈉）使鈀離子在催化的表面還原成鈀，新生的鈀可稱(chēng)為推動(dòng)反應的催化劑，因而可得到任意厚度的鍍鈀層?；瘜W(xué)鍍鈀的優(yōu)點(diǎn)為良好的焊接可靠性、熱穩定性、表明平整性。