PCB各种表面处理介绍

浸鍍錫之熱力學
浸鍍錫之反應機制
浸鍍錫流程
儲存環境: 化錫成品(真空包裝後): 存放溫度:25℃(50~60RH%)---存放期限：6個月。 化錫成品(成品現場置放)： 存放溫度:25℃(50~60RH%)---存放期限1天內(1天內需完成真 空包裝作業)；化錫板於客戶端上件作業時，需在24小時內完 成(雙面作業)。 化錫成品(客戶端包裝拆開後)： 存放溫度:25℃(50~60RH%)---存放期限:24小時內。
建議事項: A.化錫板建議於板廠交貨後3個月內，完成打件動作，若存放
條件優良，可保存至6個月。(可烘烤 但溫度需小於110℃ 時間:1小時內) B.化錫板若產生氧化異常，可進行重工。 C.板子存放時間超過6個月，建議報廢處理。
1-4化鎳浸金(Electroless Nickel Immersion Gold, ENIG)
浸鍍金之反應機構
化學鎳溶液的成分及其作用
儲存環境: 化金成品(真空包裝後): 存放溫度:23~25℃(50~60RH%)---存放期限：6個月。 化金成品(成品現場置放)： 存放溫度:23~25℃(50~60RH%)---存放期限2天內(2天內需完 成真空包裝作業)；化金板於客戶端上件作業時，需在24小時 內完成(雙面作業)。 化金成品(客戶端包裝拆開後)： 存放溫度:23~25℃(50~60RH%)---存放期限:2天內。
建議事項: A.化金板建議於板廠交貨後3個月內，完成打件動作，若存放
條件優良，可保存至6個月(擺放超過3個月需烘烤)。 B.化金板若產生氧化異常，可進行重工。 C.板子存放時間超過6個月，需先進行烘烤後，再取幾片空板過
IR-Reflow，若無爆板異常，其餘板子才可正常上件。
二. 各種表面處理之優缺點比較:
PCB各種表面處理介紹 (無鉛製程)
ㄧ.目前PCB 各種常用的無鉛可焊表面處理分別為:
1-1 保焊劑(OSP) --Organic Solderability Preservatives 1-2浸銀(Immersion Silver Ag) 1-3浸錫(Immersion Tin Sn) 1-4化鎳浸金(Electroless Nickel Immersion Gold, ENIG)
『 化學鎳金』是一種通俗說法，正確的名詞應稱為『化鎳浸金』 (Electroless Nickel and Immersion Gold: EN/IG)。化學鎳層的 生成無需外加電流，只靠高溫槽液中（約88℃）還原劑（如次 磷酸二氫鈉NaH2PO2等）的作用，針對已活化的待鍍金屬表 面，即可持續進行『鎳磷合金層』的不斷沉積。
至於『浸鍍金』的生長，則是一種無需還原劑的典型『置 換』(Replacement)反應。也就是說當『化學鎳表面』進入浸 金槽液中時，在鎳層被溶解拋出兩個電子的同時，其『金層』 也隨即自鎳表面取得電子而沉積在鎳金屬上。一旦鎳表面全被 金層所蓋滿後，金層的沉積反應逐漸停止，很難增加到相當的 厚度。至於另一系列的『厚化金』，則還需強力的還原劑方可 使金層逐漸加厚。 一般而言，化鎳層厚度幾乎可以無限增長，實用規格以 150~200微吋為宜，而浸鍍金層的厚度則只2~3微吋而己，厚 化金有時可達20~30微吋，當然價格也就另當別論了。
三. 各種表面處理之焊點強度比較:
各種常用可焊表面處理焊接BGA 後(約美金100cent 銅幣大小 的BGA)
四. PCB 板表面處理技術比較:
五.一般含鉛製程及無鉛製程IR Reflow 比較圖:
兩者比較得知 無鉛IR Reflow 的 Peak temp 比含鉛多了約240℃225℃=15℃ Peak TEMP 的時間多了 20-5=5 Sec 多了四倍 Preheat 也多了約(150~180℃)-(140~170℃)=10℃
建議事項: A.化銀板建議於板廠交貨後3個月內，完成打件動作，若存放
條件優良，可保存至6個月。 B.化銀板若產生硫化異常，則直接報廢(無法重工)。 C.板子存放時間超過6個月，建議報廢處理。
1-3浸錫(Immersion Tin Sn)
化錫製程技術雖然在其他領域應用多年，但是其具有錫鬚 (whisker)、多孔性儲存壽命短等問題，因此作為表面的塗 層不是非常的理想，而且銅-錫之間形成的介金屬化合物及 後續所產生的氧化層導致塗層上銲接的困難，雖然這些問 題持續的存在著，但由於化錫層表面可以作得很平整，可 多次迴銲，而且在銲接時不會使銲點摻雜其他金屬成分， 所以錫的採用對於封裝產商而言還是一種理想的選擇。
建議事項: A.OSP板建議於板廠交貨後3個月內，完成打件動作，若無
法於3個月內完成上件，則需請板廠將板子拉回其廠內進行 處理，(剝除OSP後，重做ㄧ次)，此動作以ㄧ次為限。 B.OSP板擺放過久，不可以烘烤方式處理。 C.板子存放時間超過6個月，建議報廢處理。
1-2浸銀(Immersion Silver Ag)
為避免裝配時減少IR Reflow 對Z axis expansion 的衝擊, 造成 孔壁破拉裂,建議凡板厚超越70mil(1.8m/m)或12 層板以上用無 鉛製程者一律採用HighTg 170℃)的材料而不是一般FR4 Tg(135℃)的材料.
Z axis expansion Before Tg 5.0*10-5 m/m℃ Z axis expansion After Tg 25.0*10-5 m/m℃
儲存環境: OSP成品(真空包裝後): 存放溫度:25℃(50~60RH%)---存放期限：6個月。 OSP成品(成品現場置放)： 存放溫度:25℃(50~60RH%)---存放期限:2~3天(3天內需 完成真空包裝，超過3天需判定是否有氧化，若有氧化則 需進行重工後才可包裝)；OSP使用客戶端上件作業在24 小時內完成(雙面作業)，否則會造成氧化現象。 OSP成品(客戶端包裝拆開後)： 存放溫度:25℃(50~60RH%)---存放期限:2~3天。
化銀主要機制是利用置換反應將銀沈積於銅上，銀擁有良好 的導電性、穩定性佳、可銲性優良及鍍層厚度相當一致等優 點，在操作上也相當的容易控制，然而相對的缺點卻也來自 銀金屬本身的性質，由於銀表面容易被污染(Tarnish)，因此需 在鍍液中添加有機抑制劑，以保護銀表面不受污染。縱使化 銀技術推廣多年，但是在電子遷移(Electromigration)效應及樹 枝狀結構(Dendrite)等問題是已否完全解決，仍有待商榷。
以下將針對各種表面處理做一些基本的介紹。
1-1 保焊劑(OSP) --Organic Solderability Preservatives
綠漆後裸銅待焊面上經塗佈處理，所長成的一層有機銅錯 化物的棕色皮膜，電路板製程分類法將其歸之為表面終飾 Final Finish,又稱ENTEK。
Benzotriazole-BTA (護銅劑原理)： 利用官能基上的偶氮與氧化亞銅反應產生鍵結，而形成一 有機保護膜。
化學鎳反應機制
Ni+2 + H2PO2- +H2O → H2PO3- +Ni + 2H+ 基本步驟: (1)反應物Ni+2, H2PO2 - 向表面擴散 (2)反應物在催化表面吸附 (3)在催化表面上發生化學反應 (4)產物H+, H2, H2PO3 -等 從表面脫附 (5)產物擴散離開表面 化學鎳反應機制
儲存環境: 化銀成品(真空包裝後): 存放溫度:25℃(50~60RH%)---存放期限：3~6個月。 化銀成品(成品現場置放)： 存放溫度:25℃(50~60RH%真空包裝，由於容易硫化，故愈快完成包裝愈好)；化銀 板於客戶端上件作業時，需在24小時內完成(雙面作業)，否則 會造成硫化現象。 化銀成品(客戶端包裝拆開後)： 存放溫度:25℃(50~60RH%)---存放期限:16小時內。
以上IR Reflow 之條件為目前被大家所共識的SnAgCu 無鉛錫 膏, 熔點約217℃者, 因其熔點比6337 的錫鉛SnPb 熔點183℃ 高約34℃左右, 因此有些配裝廠作業直接將IR Reflow Peak Temp 由225℃直接加34~35℃, 來到260℃,這是比較不妥當的 作法.因為如此不僅造成PCB 的材料被高溫熱衝擊, 同時零件也 容易被高溫熱衝擊, 因此Peak Temp 240℃ Max 然後將時間拉 ℃長10~20 秒, 以降低PCB 及零件的高溫熱衝擊.