PCB表面处理方式综述

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
14
化学银的特点
化学银是置换反应,它几乎是亚微米级的纯银涂覆。 化学银过程中还包含一些有机物,主要是防止银腐 蚀和消除银迁移问题;一般很难测量出来这一薄层 有机物,分析表明有机体的重量少于1%。化学银 比化学镍金便宜,如果PCB有连接功能性要求和需 要降低成本,化学银是一个好的选择;由于浸银具 有其它表面处理所无法匹敌的良好电性能,它也可 用在高频信号中。EMS推荐使用浸银工艺是因为它 易于组装和具有较好的可检查性。但是由于浸银存 在诸如失去光泽、容易变色、老化、焊点空洞等缺 陷使得其实际应用受到限制。
27
6、IMC的定义和产生机理
A、IMC的定义: IMC 是Intermetallic compound 之缩写,即介面金属间 的化合物。如:ENIG所指的IMC是锡膏生长在镍层上 形成的结晶共化物(即Ni3Sn4) 。 B、IMC层形成的机理 ENIG皮膜进行无铅焊接时,薄薄的浸金层在充足的热 量与锡量下,会快速的溶入液锡主体中(溶速约 117µin/sec),形成四处分散AuSn4的IMC (通常原子 的 数之含量约为 0.03-0.04%之间,一旦 超过 0.3%时焊点 会变脆),相较之下金溶入的速度对镍而言应在数万倍 , 以上,镍与锡会在较慢速度下形成 Ni3Sn4 为主体的 IMC 而焊牢。 ENIG焊接中IMC的厚度一般在1-3um(此为行业内一般 之经验数据,暂无专门之标准定义),过厚、过薄的 IMC层均可能影响到焊接的强度。
15
5、电镀镍金
电镀镍金简介
电镀镍金是PCB表面处理工艺的鼻祖,自从PCB 出现它就出现,以后慢慢演化为其他方式。它是 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。 电镀镍金工艺的一般流程为: 脱脂→微蚀→酸洗→纯水清洗→电镀镍→纯水清 洗→电镀金→清洗
12
化学锡的特点
化学锡工艺可以形成平坦的铜锡金属间化 合物,这个特性使得化学锡具有和喷锡一 样的好的可焊性而没有喷锡令人头痛的平 坦性问题。化学锡板不可存储太久,组装 时必须根据浸锡的先后顺序进行。 化学锡被引入表面处理工艺是近十年的事 情,该工艺的出现是生产自动化的要求的 结果。化学锡在焊接处没有带入任何新元 素,特别适用于通信用背板。在板子的储 存期之外锡将失去可焊性,因而浸锡需要 较好的储存条件。另外浸锡工艺中由于含 有致癌物质而被限制使用。
7
1、无铅喷锡
无铅喷锡简介
喷锡又名热风焊料整平,它是在PCB表面涂覆熔 融锡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。保护铜面的焊料厚度大约有1-2mil。 PCB喷锡时要浸在熔融的焊料中,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。喷锡分为垂直式和 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。 喷锡工艺的一般流程为: 微蚀→预热→涂覆助焊剂→喷锡→清洗。
25
4、磷含量对镀层质量的影响
磷含量 耐腐蚀性 焊锡性 润湿性 富磷层
低磷镍



Biblioteka Baidu
不容易
中磷镍



一般
高磷镍

一般
一般
容易
26
5、富磷层的定义和产生机理
A、富磷层的定义: 富磷层是指镀层中磷相对富集的部份。 B、富磷层的产生机理 (1)、浸金过程中由于镍金发生置换反应而磷不参与反应, 则失去镍的镀层较正常镀层的磷含量偏高形成磷的轻微富 集。但是如果在浸金过程中受到药水的过度攻击或浸金前 镍面受到污染则有可能化金后造成严重的镍面腐蚀进而形 成严重的富磷层。(如图1、2、3、4所示) (2)、焊锡过程中由于镍与锡形成IMC层,而磷不参与反 应,则失去镍的镀层较正常镀层的磷含量偏高形成磷的二 次富集。(如图5、6、7所示)
18
7、化学镍金
化学镍金的简介
化学镍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。镀镍的原因是由于金和铜 间会相互扩散,而镍层能够阻止金和铜间的扩散;如果没 有镍层,金将会在数小时内扩散到铜中去。化学镍金的另 一个好处是镍的强度,仅仅5微米厚度的镍就可以限制高温 下Z方向的膨胀。此外化学镍金也可以阻止铜的溶解,这将 有益于无铅组装。它主要用在表面有连接功能性要求和较 长的储存期的板子上,如手机按键区、路由器壳体的边缘 连接区和芯片处理器弹性连接的电性接触区。目前几乎每 个高技术的PCB厂都有化学镀镍/浸金线。 化学镍金工艺的一般流程为: 脱脂→微蚀→酸洗→活化→化学镍→化学金→清洗
4
电镀镍 金 化学钯
表面处理 应用比 方式 例 无铅喷锡 20% OSP
成本 低
制程成 环保性 储存 熟度 时间 一般 好 很好 一般 一般 很好 差 差 很好 一般 较差 一般 一般 一般 一般 短 长 短 短 长 短
储存条 件要求 一般 很好 一般 很好 很好 一般 很好
5
20-25% 最低
化学镍金 30-35% 高 化学锡 化学银 5-10% 5-10% 低 中 最高 中
23
2、磷含量的定义
磷含量: 指在化学镀镍磷合金镀层中,磷所占的重量比 (w/w%)。 P%( w/w%)=(P/P+Ni)*100%
24
3、磷含量的分类
化学镍磷镀层根据镀层中磷含量的不同通常分为: 低磷镍、中磷镍、高磷镍。 低磷: 指镀层中磷含量占合金重量的比例为1—5%。 中磷: 指镀层中磷含量占合金重量的比例为6—9%。 高磷: 指镀层中磷含量占合金重量的比例为9—13%。
9
2、OSP
OSP的简介
OSP工艺不同于其他表面处理工艺,它是通过一 层有机膜在铜和空气间充当阻隔层; OSP工艺简单、 成本低廉,这使得它能够在业界广泛使用。早期 OSP的分子是起防锈作用的咪唑和苯并三唑,最新 的分子主要是苯并咪唑,它是化学键合氮功能团到 PCB上的铜。 OSP工艺的一般流程为: 脱脂→微蚀→酸洗→纯水清洗→ OSP →清洗
20
化学镍金镀层质量问题探讨
21
目录
1、化学镍金反应机理 2、磷含量的定义 3、磷含量的分类 4、磷含量对镀层质量的影响 5、富磷层的定义和产生机理 6、IMC的定义和产生机理 7、金脆的定义 8、富磷层、IMC、金脆对焊接的影响 9、图例解说 10、如何保证ENIG产品的可靠性
22
1、化学镍金的反应机理
电镀镍金 10% 化学钯 很少
表面处理方式 无铅喷锡 OSP 化学镍金 化学锡 化学银 电镀镍金 化学钯
焊接主体 IMC主要成份 锡-锡 锡-铜 锡-镍 锡-铜 锡-铜 锡-镍 锡-铜 锡铜、锡锡 锡铜 锡镍 锡铜 锡铜 锡镍 锡铜
焊接可靠性 一般 好 好 一般 一般 一般 一般
6
四、PCB表面处理方式的简介、特点
PCB表面处理方式综述
CPCA:梁志立、聂伦 2010-05-06
1
一、SMT装配对PCB表面处理的基本要求
1、成本 2、可焊性 3、保护性 4、可靠性 5、适用范围 6、环保性
2
二、无铅时代PCB表面处理的方式
1、无铅喷锡 2、OSP 3、化学镍金 4、化学锡 5、化学银 6、电镀镍金 7、化学钯
13
4、化学银
化学银简介
化学银工艺介于OSP和化学镍金之间,工艺比较简 单、快速;不像化学镍金那样复杂,也不是给 PCB穿上一层厚厚的盔甲,但是它仍然能够提供 好的电性能。且化学银不具备化学镍金所具有的好 的物理强度因为银层下面没有镍。另外化学银对储 存性环境要求苛刻,化学银板储存不当容易变色而 影响焊锡性。 化学银工艺的一般流程为: 脱脂→微蚀→酸洗→纯水清洗→化学锡→清洗
8
无铅喷锡的特点
喷锡制程比较脏、难闻、危险,因而从未是令人 喜爱的工艺,但其对于尺寸较大的元件和间距较大 的导线而言,却是极好的工艺。在密度较高的 PCB中,其平坦性将影响后续的组装;故HDI板一 般不采用喷锡工艺。随着技术的进步,业界现在已 经出现了适于组装间距更小的QFP和BGA的喷锡 工艺,但实际应用较少。近年来无铅化的趋势要求, 喷锡的使用受到进一步的限制。 无铅喷锡也由于涉及到设备的兼容性问题而难以 大量使用。
11
3、化学锡
化学锡的简介
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。从这一点来看,化 学锡工艺极具有发展前景。但是PCB经浸锡工艺 后出现锡须,在焊接过程中锡须和锡迁徙会带来可 靠性问题,因此浸锡工艺的采用受到限制。后来在 浸锡溶液中加入了有机添加剂,可使得锡层结构呈 颗粒状结构,克服了以前的问题,而且还具有好的 热稳定性和可焊性。 化学锡工艺的一般流程为: 脱脂→微蚀→酸洗→纯水清洗→化学锡→清洗
10
OSP的特点
OSP过程控制相对其他表面处理工艺较为 容易。 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,有机涂覆应用也较多。PCB 如果没有表面连接功能性要求或者储存期的 限定, OSP将是最理想的表面处理工艺。
19
五、总结
1、不同的表面处理制程各有优劣、适用于不 同的表面贴装要求。 2、在选择不同表面处理制程时应充分考虑到 制程的成熟性、稳定性和综合成本。 3、任何表面处理都有一定的局限性,想要得 到好的表面贴装结果,在表面贴装的制程 管控亦非常之关键。 4、表面处理工艺类型的选择主要取决于最终 组装元器件的类型。
28
7、金脆的定义
金脆的定义: 金脆是指在ENIG(也可能是电金板)板在焊接的 过程中由于金镀层太厚或是焊温不足等因素引起的 金不完全扩散或金在焊料中的比例过大而造成的焊 接层(IMC)强度不足、脆性增大的一种现象。
29
8、富磷层、IMC、金脆对焊接的影响
项目 程度 严重 轻微 无(非常轻微) 过厚 适中 过薄 严重 轻微 无 焊锡性 差 一般 好 差 好 差 差 一般 好
3
三、不同表面处理工艺的比较
表面处 理方式 无铅喷 锡 OSP 化学镍 金 化学锡 化学银 镀层特性 镀层不平坦、主要适用于大焊垫、宽线距。不适合用于精细 线路、细密零件之组装。 镀层均一、表面平坦、不具接触之功能,无法从外观检查, 不适合多次reflow。 镀层均一、表面平坦、接触性好、可焊性好、可打线、可协 助散热,且有一定耐磨性。 镀层均一、表面平坦、对防焊(覆盖膜)攻击性大、锡须隐 患难以管控。耐热性差、对环境要求高,易老化、变色。 镀层均一、表面平坦、可耐多次组装作业,具按键接触功能, 可打线。对环境要求高,容易老化、变色。 镀层不均一,接触性好、可打线、耐磨性好,不适用于焊接 (存在金脆)。 镀层均一、表面平坦。制程处在试验阶段。
⑴、 化学镍的反应原理:铜面在钯金属之催化作 用下通过“还原剂”和“镍离子”开始化学镀镍反 应,由于镍本身是进一步化学镀镍的催化剂,与镀 液中次磷酸钠的为还原剂的共同作用下,化学镀镍 沉积过程将不断继续下去,直至产品从槽液中取出。 ⑵、磷在化学镍的沉积过程中共镀到化学镍的镀层 中,所以化学镍并不是单纯的“镍”而实际上应该 是“镍磷”合金。严格来说“化学镀镍”也应该称 之为“化学镀镍磷合金”。 ⑶、化学金的反应原理:通过镍金置换的(或半置 换半还原)方式在镍面上沉积上金。
16
电镀镍金的特点 成本高,业界常常通过图像转移的方法进 行选择性电镀以减少金的使用。正常情况 下,焊接会导致电镀金变脆,这将缩短使 用寿命,因而要避免在电镀金上进行焊接; 但化学镍金由于金很薄,且很一致,变脆 现象很少发生。
17
6、化学钯
化学镀钯的过程与化学镀镍过程相近似。主要过程 是通过还原剂(如次磷酸二氢钠)使钯离子在催化 的表面还原成钯,新生的钯可成为推动反应的催化 剂,因而可得到任意厚度的钯镀层。化学镀钯的优 点为良好的焊接可靠性、热稳定性、表面平整性。 但由于起步较晚目前并没有大量的应用,且还有很 多未知的因素没有了解清楚。 化学镀钯工艺的一般流程为: 脱脂→微蚀→酸洗→纯水清洗→化学镀钯→清洗
相关文档
最新文档