PCB表面处理工艺简介

Ni 2 + + 2e − → Ni
ＰＣＢ表面处理工艺简介
全板镀金 ■ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
◆电镀金： 阳极：
2H2O − 4e− → O2 ↑ +4H +
阴极：
Au(CN)2− + e− → Au+ 2CN−
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全板镀金 ■ Flow Chart
除油 除油
• 清除铜表面的氧化物和一些杂物。 • 去除铜表面的氧化物，粗化铜面，使微蚀深度足 够，使基铜和镀铜结合力更好。 • 去除铜表面的氧化物和残留药水。 • 使孔铜和面铜达到客户要求。 • 去除铜表面的氧化物，粗化铜面，使微蚀深度足 够，使铜和镍紧密结合。
Ni2 + + 2H(催化n ) → Ni ↓ +2H + ...............................................2 [H 2 PO 2 ]− + H(催化n ) → H 2 O + OH − + P..................................3
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沉金 ■ Ｓａｍｐｌｅ
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OSP
■ ＯＳＰ （Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ
Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ ）
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OSP ■ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
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OSP ■ Flow Chart
除油 除油
• 清除铜表面的氧化物和一些杂物。 • 去除铜表面的氧化物，粗化铜面，使微蚀深度足 够，所产生的焊接能力更好。 • 去除铜表面的氧化物，保持铜面干净。 • 在铜表面上形成一层有机铜错化物的皮膜，防止 铜面氧化。 • 烘干板面，防止污染。
ＯＳＰ （Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ ） 选择性沉金＋ＯＳＰ （Ｓｅｌｅｃｔｅｄ ＥＮＩＧ＋ＯＳＰ）
全板镀金 （Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ Ｎｉ／Ａｕ） 插指镀金 （Ｇｏｌｄ Ｆｉｎｇｅｒ） 沉锡 沉银 （Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｔｉｎ） （Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｓｉｌｖｅｒ）
催化n [H 2 PO 2 ]− + H 2O → H + + [HPO3 ]2− + H 2 ↑ ......................4
◆ 沉金：
利用金与镍的置换反应在镍面上沉积金。
Ni − 2e− → Ni2+ ..............................................................E 0 = −0.25V
量产能力
平均大于１００ｕ″ ０．１５≤Ｘ≤０．３５ １００≤Ｘ≤１６０ １．２≤Ｘ＜３
小批量能力
平均大于３００ｕ″ ０．３５＜Ｘ≤０．５ ２００＜Ｘ ３＜Ｘ≤４．０
◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆
喷锡 ＯＳＰ 沉金 选择性沉镍金 全板镀金 插指镀金 沉锡 沉银
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喷锡
■ 喷锡（Ｈｏｔ Ａｉｒ Ｓｏｌｄｅｒ Ｌｅｖｅｌｉｎｇ）
PCB表面处理工艺简介
汕头超声印制板公司
2008/4/28
团结奉献、诚信敬业、务实高效、开拓奋进
目
表面处理工艺的种类
■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 喷锡／无铅喷锡 沉金
录
（Ｈｏｔ Ａｉｒ Ｓｏｌｄｅｒ Ｌｅｖｅｌｉｎｇ／Ｌｅａｄ Ｆｒｅｅ ＨＡＳＬ）
（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ Ｎｉｃｋｅｌ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｇｏｌｄ）
ＰＣＢ表面处理工艺简介
选择性沉金 +OSP
■
选择性沉金＋ＯＳＰ （Ｓｅｌｅｃｔｅｄ ＥＮＩＧ＋ＯＳＰ）
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选择性沉金 +OSP ■ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ For the PCB surface finished, use OSP technology on the assembly pad and use ENIG technology on the key pad or test pad.
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喷锡 ■ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
是将印制板浸入到熔融的焊料中，再通过热风将印制 板表面及金属化孔多余的焊料吹掉，从而得到一个均匀光 滑的焊料涂覆层。
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喷锡 ■ Flow Chart
微蚀 微蚀
• 清除铜表面的氧化物，粗化铜面，使表面形成 一个微观粗糙面，增强焊料和铜面的结合力。 • 吹干板面及孔内水迹，防止在上松香时涂覆不到 铜面上，使松香失效。 • 润湿铜表面，降低焊料与铜表面的界面张力, 使 焊料与铜表面生成IMC。 • 焊盘表面和孔内涂敷上一均匀的焊料，使焊盘和 孔内铜保持可焊性。 • 板上热风整平的焊料应冷却到完全固态为止，以 防止板件过后处理时，焊盘锡面发粗。
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选择性沉金 +OSP
■ 选择性OSP+ 沉镍金的优势：
1. 优良的可焊性。 2. 不同功能的盘分别选用相匹配的表面处理。
■ 选择性OSP+ 沉镍金的劣势：
1. PCB 生产加工周期比较长。 2. 成本略高于沉镍金。
■ OSP板件存放及使用说明：
沉镍金及O S P 板件 使用说明书
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表面处理工艺的选择原则
■ 客户方面考虑的主要因素：
◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ 元器件引脚大小、ＳＭＴ／ＢＧＡ的Ｐｉｔｃｈ等限制 采用何种装配方式 表面的平整性和可焊性 耐热循环次数、存储寿命等焊接可靠性 生产成本 特殊需求（打金／铝线、金手指等） 环保要求（ＲｏＨＳ…） ……
− − Au(CN) − 2 + e → Au + 2CN ..........................................E 0 = −0.60V 2+ Ni + 2Au(CN) − + 4CN− .........................∆ E = −0.85V 2 → 2Au + Ni
OSP Pad
②
金面Ｐａｄ 与 ＯＳＰ Ｐａｄ 通 过内层连接
金Pad
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选择性沉金 +OSP ■ 选择性沉金＋ＯＳＰ的设计规则
OSP与金面 PAD的距离要大于15mil
＞ 15mil
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选择性沉金 +OSP ■ 选择性沉金＋ＯＳＰ的设计规则
PTH和 Slot Hole 表面工艺设计为ENIG处理。
■ ＰＣＢ厂家方面考虑的主要因素：
◆ ◆ ◆ ◆ ◆ 操作难易程度 制程控制能力 工艺成熟度、良率和生产成本 环保要求（ＲｏＨＳ…） ……
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表面处理工艺选择常见的误解
■ 表面处理厚度是不是越厚越好呢？
除了Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｔｉｎ、ＨＡＳＬ表面处理工艺以外，其他表面处 理层只扮演一个保护膜的角色，本身并不参与焊接。 而且，ＯＳＰ、ＥＮＩＧ、Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｔｉｎ、 Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｓｉｌｖｅｒ等 表面处理层中均会出现有机物的残留，高温裂解成气而未能及时 逸走时，就会在原地形成微洞。 厚度越薄者有机物越少，发生微洞的几率就越小了。 另外，微洞的形成与助焊剂配方、焊接温度、表面清洁度等 也有关系。 表面处理厚度越厚，增加生产成本。
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表面处理层厚度
类 别 项 目
铅锡平均厚度 膜厚 最小镍厚 最小金厚 同ＯＳＰ及沉金 最小镍厚 最小金厚 最小镍厚 最小金厚 锡厚度 银厚度 ｕ＂ ｕ＂ ｕ＂ ｕ＂ ｕｍ ｕ＂ ≤１５０ 抗蚀或１≤Ｘ≤２ ≤１６０ ≤３５ ０．８－１．０ ６－２５ ＞１５０ ≤３ １６０＜Ｘ≤２００ ３５＜Ｘ≤７０ ｕｎｉｔ ｍｉｌ ｕｍ ｕ＂ ｕ＂
选择性沉金 +OSP ■ OSP额外上金面的反应机理图
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选择性沉金 +OSP ■ 选择性ＯＳＰ的反应机理
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选择性沉金 +OSP ■ 选择性沉金＋ＯＳＰ的设计规则
避免贾凡尼电位产生 Galvanic Potential （原电池设计）
①
金面 Pad OSP Pad
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沉金 ■ Flow Chart
• 利用刷磨或喷砂等机械方法清除表面的S/M残渣 、氢氧化物、氧化物等污物。 • 去除铜面轻微氧化物和污染物，使铜面充分湿润 。 • 去除铜面的氧化物；使铜面粗糙化，使镍层和 铜面紧密结合。 • 去除铜面的氧化物，同时去除残留的微蚀药水。 • 防止残留药液污染活化液；维持活化槽的酸度， 使铜面在新鲜状态下进入活化槽。
烘干 烘干
涂阻焊剂 涂阻焊剂
喷锡 喷锡
风床 风床
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喷锡 ■ Ａｄｖａｎｔａｇｅ ＆ Ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ
◆ 优势：
？ ？ ？ ？ 有较好的兼容性和可焊性 存储寿命达一年以上 可以耐多次热循环，焊接可靠性高。 成本低
◆ 劣Байду номын сангаас：
？ ？ ？ ？ 锡面呈球状结构，不平整。 不适合ＢＧＡ／ｕＢＧＡ封装，密集贴装 不能打线 喷锡时的热应力（尤其是多次返工）容易导致翘曲、爆板、绿油 剥落和孔壁断裂等一系列的问题。
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喷锡 ■ Ｓａｍｐｌｅ
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沉金
■ 沉金 （Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ Ｎｉｃｋｅｌ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｇｏｌｄ）
ＰＣＢ表面处理工艺简介
沉金 ■ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
◆ 化学镍：
利用化学镀（ Pd做催化剂）的方式在铜面上镀上一层镍。
[ H2 PO2 ]− + H2 O → H + + [HPO3 ]2− + 2H(催化n ).....................1
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无铅喷锡 ■ Ａｄｖａｎｔａｇｅ ＆ Ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ
◆ 优势：
？ 不含铅，满足ＲＯＨＳ指令的要求。 ？ 较好的兼容性和可焊性
◆ 劣势：
？ ？ ？ ？ ？ 生产成本偏高 操作温度高，对基材、孔壁可靠性和绿油等造成更大的冲击。 操作范围比较窄，不利于制程控制 可焊性和存储寿命较锡铅喷锡明显差 其他同锡铅喷锡
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选择性沉金 +OSP ■ Flow Chart
图形转移 图形转移
显影 显影
• 利用抗浸金干膜将需要OSP的位置保护起来，需 要沉金的位置露出来。 • 在裸露的铜面上进行化镍浸金反应。 • 去掉OSP位置的抗浸金干膜。
沉金 沉金
去膜 去膜
OSP OSP
• 选择性OSP
ＰＣＢ表面处理工艺简介
PTH
Slot Hole
ＰＣＢ表面处理工艺简介
选择性沉金 +OSP ■ Ｓａｍｐｌｅ
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全板镀金
■ 全板镀金（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ Ｎｉ／Ａｕ）
ＰＣＢ表面处理工艺简介
全板镀金 ■ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
◆ 电镀镍： 阳极：
Ni − 2e − → Ni 2 +
阴极：
化学镍 化学镍
化学金 化学金
后处理 后处理
ＰＣＢ表面处理工艺简介
沉金 ■ Ａｄｖａｎｔａｇｅ ＆ Ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ
◆ 优势：
？ ？ ？ ？ ？ ？ 表面平整， 可焊性好 可以耐多次热循环，焊接可靠性高 存储寿命长 有良好的外观 可散热，可接触导通 可用于打铝线
◆ 劣势：
？ 成本较高 ？ 容易出现黑盘，而且往往在装配后通过测试才能发现。
微蚀 微蚀
酸洗 酸洗
OSP OSP
烘干 烘干
ＰＣＢ表面处理工艺简介
OSP ■ Ａｄｖａｎｔａｇｅ ＆ Ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ
◆ 优势： • 表面平整，可焊性好 • 工艺简单，便于操作 • 生产成本低 ◆ 劣势： • OSP膜较薄，容易刮伤在酸性和高温环境下造成氧化。 • 若 OSP膜太厚，不易被助焊剂除去而引起焊接空洞。 • 存储寿命较短 • 不能耐多次热循环，容易出现氧化变色，不利于返工。 • OSP膜存在电阻影响电性测试，只能在通断测试后上 OSP膜， 在 OSP工序造成的过蚀等问题通过目视很难发现。
前处理 前处理
除油 除油
微蚀 微蚀
酸洗 酸洗
预浸 预浸
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沉金 ■ Flow Chart
活化 活化
• 在铜面上置换上一层钯，以作为化学镍反应的催 化剂。 • 在活化后的铜面上镀上一层Ni/P合金，作为表面 贴装的基地。 • 利用金与镍的置换反应，在镍表面沉积上金层， 作为镍的保护层。 • 清洁和烘干板面，避免污染。
微蚀 微蚀
酸洗 酸洗
镀铜 镀铜
微蚀 微蚀
ＰＣＢ表面处理工艺简介
全板镀金 ■ Flow Chart
酸洗 酸洗
• 去除铜表面的氧化物和残留药水。
镀镍 镀镍
• 在铜面电镀上一层镍，作为阻绝金与铜之间的迁 移或扩散的屏蔽层，在焊接时镍与焊锡形成 Ni3 Sn4 的IMC 。 • 在镍表面电镀上一层金，保护镍层。在焊接时， 金层很快融入焊料。 • 烘干板面，防止污染。