电路设计

PCB板表面处理工艺的优缺点分析

2019-07-14 06:59发布

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随着人类对于居住环境要求的不断提高，PCB生产过程中涉及到的环境问题也越来越受到关注。为什么要对PCB表面进行特殊的处理呢？PCB表面处理最基本的目的是保证良好的可焊性或电性能。由于铜在空气中很容易氧化，铜的氧化层对焊接有很大的影响，很容易形成假焊、虚焊，严重时会造成焊盘与元器件无法焊接，正因如此，PCB在生产制造时，会有一道工序，在焊盘表面涂（镀）覆上一层物质，保护焊盘不被氧化。
目前国内板厂的PCB便面处理工艺有：喷锡（HASL，hot air solder leveling 热风平整）、OSP(防氧化)、全板镀镍金、沉金、沉锡、沉银、化学镍钯金、电镀硬金，当然，特殊应用场合还会有一些特殊的PCB表面处理工艺。1、喷锡（热风平整）
　　热风整平工艺的一般流程为：微蚀→预热→涂覆助焊剂→喷锡→清洗。
　　热风整平又名热风焊料整平（俗称喷锡），它是在PCB表面涂覆熔融锡（铅）焊料并用加热压缩空气整（吹）平的工艺，使其形成一层既抗铜氧化，又可提供良好的可焊性的涂覆层。热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属间化合物。PCB进行热风整平时要沉在熔融的焊料中；风刀在焊料凝固之前吹平液态的焊料；风刀能够将铜面上焊料的弯月状最小化和阻止焊料桥接。
　　热风整平分为垂直式和水平式两种，一般认为水平式较好，主要是水平式热风整平镀层比较均匀，可实现自动化生产。
　　
  • 优点：价格较低，焊接性能佳。
  • 缺点：不适合用来焊接细间隙的引脚以及过小的元器件，因为喷锡板的表面平整度较差。在PCB加工中容易产生锡珠(solder bead)，对细间隙引脚(fine pitch)元器件较易造成短路。使用于双面SMT工艺时，因为第二面已经过了一次高温回流焊，极容易发生喷锡重新熔融而产生锡珠或类似水珠受重力影响成滴落的球状锡点，造成表面更不平整进而影响焊接问题。

　　2、有机可焊性保护剂（OSP）
　　一般流程为：脱脂-->微蚀-->酸洗-->纯水清洗-->有机涂覆-->清洗，过程控制相对其他表明处理工艺较为容易。
　　OSP是印刷电路板（PCB）铜箔表面处理的符合RoHS指令要求的一种工艺。估计目前约有25％-30％的PCB使用OSP工艺，该比例一直在上升（很可能OSP工艺现在已超过喷锡而居于第一位）。OSP工艺可以用在低技术含量的PCB，也可以用在高技术含量的PCB上，如单面电视机用PCB、高密度芯片封装用板。对于BGA方面，OSP应用也较多。PCB如果没有表面连接功能性要求或者储存期的限定，OSP工艺将是最理想的表面处理工艺。
　　优点：制程简单，表面非常平整，适合无铅焊接和SMT。易返工，生产操作方便，适合水平线操作。板子上适合多种处理并存（比如：OSP+ENIG）。成本低，环境友好。
　　缺点：回流焊次数的限制 （多次焊接厚，膜会被破坏，基本上2次没有问题）。不适合压接技术，线绑定。目视检测和电测不方便。SMT时需要N2气保护。SMT返工不适合。存储条件要求高。
　　3、全板镀镍金
　　板镀镍金是在PCB表面导体先镀上一层镍后再镀上一层金，镀镍主要是防止金和铜间的扩散。现在的电镀镍金有两类：镀软金（纯金，金表面看起来不亮）和镀硬金（表面平滑和硬，耐磨，含有钴等其他元素，金表面看起来较光亮）。软金主要用于芯片封装时打金线；硬金主要用在非焊接处的电性互连。　　优点：较长的存储时间>12个月。适合接触开关设计和金线绑定。适合电测试
　　弱点：较高的成本，金比较厚。电镀金手指时需要额外的设计线导电。因金厚度不一直，应用在焊接时，可能因金太厚导致焊点脆化，影响强度。电镀表面均匀性问题。电镀的镍金没有包住线的边。不适合铝线绑定。　　4、沉金
　　一般流程为：脱酸洗清洁-->微蚀-->预浸-->活化-->化学镀镍-->化学浸金；其过程中有6个化学槽，涉及到近百种化学品，过程比较复杂。
　　沉金是在铜面上包裹一层厚厚的、电性良好的镍金合金，这可以长期保护PCB；另外它也具有其它表面处理工艺所不具备的对环境的忍耐性。此外沉金也可以阻止铜的溶解，这将有益于无铅组装。　　优点：不易氧化，可长时间存放，表面平整，适合用于焊接细间隙引脚以及焊点较小的元器件。有按键PCB板的首选(如手机板)。可以重复多次过回流焊也不太会降低其可焊性。可以用来作为COB(Chip On Board)打线的基材。
  • 缺点：成本较高，焊接强度较差，因为使用无电镀镍制程，容易有黑盘的问题产生。镍层会随着时间氧化，长期的可靠性是个问题

　　5、沉锡
　　由于目前所有的焊料都是以锡为基础的，所以锡层能与任何类型的焊料相匹配。沉锡工艺可以形成平坦的铜锡金属间化合物，这个特性使得沉锡具有和热风整平一样的好的可焊性而没有热风整平令人头痛的平坦性问题；沉锡板不可存储太久，组装时必须根据沉锡的先后顺序进行。　　优点：适合水平线生产。适合精细线路处理，适合无铅焊接，特别适合压接技术。非常好的平整度，适合SMT。
　　缺点：需要好的存储条件，最好不要大于6个月，以控制锡须生长。不适合接触开关设计。生产工艺上对阻焊膜工艺要求比较高，不然会导致阻焊膜脱落。多次焊接时，最好N2气保护。电测也是问题。　　6、沉银
　　沉银工艺介于有机涂覆和化学镀镍/沉金之间，工艺比较简单、快速；即使暴露在热、湿和污染的环境中，银仍然能够保持良好的可焊性，但会失去光泽。沉银不具备化学镀镍/沉金所具有的好的物理强度因为银层下面没有镍。　　优点：制程简单，适合无铅焊接，SMT。表面非常平整、成本低、适合非常精细的线路。
　　缺点：存储条件要求高，容易污染。焊接强度容易出现问题（微空洞问题）。容易出现电迁移现象以及和阻焊膜下铜出现贾凡尼咬蚀现象。电测也是问题　　7、化学镍钯金
　　化学镍钯金与沉金相比是在镍和金之间多了一层钯，钯可以防止出现置换反应导致的腐蚀现象，为沉金作好充分准备。金则紧密的覆盖在钯上面，提供良好的接触面。　　优点：适合无铅焊接。表面非常平整，适合SMT。通孔也可以上化镍金。较长的存储时间，存储条件不苛刻。适合电测试。适合开关接触设计。适合铝线绑定，适合厚板，抵抗环境攻击强。　　8、电镀硬金
　　为了提高产品耐磨性能，增加插拔次数而电镀硬金。　　PCB的表面处理工艺方面的变化并不是很大，好像还是比较遥远的事情，但是应该注意到：长期的缓慢变化将会导致巨大的变化。在环保呼声愈来愈高的情况下，PCB的表面处理工艺未来肯定会发生巨变。资料来源：一牛网论坛关键字：PCB、PCB板

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