PCB表面处理技术课件.ppt
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- PCB 表面 处理 技术 课件
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1、PCBPCB表面处理技术表面处理技术 CPCACPCA梁志立梁志立2010.082010.08目 次1.SMT装配对PCB表面涂覆的要求2.PCB无铅化3.PCB表面处理方式 3.1 、无铅热风整平 3.2 、OSP 3.3 、化学锡 3.4 、化学银 3.5 、电镀镍金 3.6 、化镍金 3.7 、小结4.六种表面涂覆层主要特征比较 11.0、SMT装配对PCB表面涂覆的基本要求符合法律法规要求。(ROHS,中国ROHS)可焊性:耐热,焊接温度,润湿,保存期。保护性:防氧化能力。可靠性:焊点的内应力,缺陷,寿命。成本:材料,设备,人力,废水处理,成品率。适用范围:同阻焊剂兼容,适合PCB品种
2、(例如刚一挠板),无Pb。环保:易处理,无烟雾,污染性。22. 0、 PCB无铅化(1)、ROHS禁令: 禁6种物质:Pb,Hg,Cr6+ (六价铬),PBB(多溴联苯),PBDE(多溴联苯乙醚)。 其中一种就是铅。(2)、铅的毒性: 智力下降,失眠,恶梦,无力,腹胀痛,头痛,食欲不振。 典型有害影响:贫血,中枢神经系统紊乱。(3)、何为无铅? 物质含量中的Pb1000ppm,即0.1,为无铅。 只要不是故意在焊料中加铅就应是无铅。(4)、PCB厂向客户证明生产的PCB为无铅,应包含的内容。 所用的板材符合ROHS。3 阻焊油墨符合ROHS。 表面涂覆无铅。替代:沉Ni/Au,沉Ag,沉Sn,
3、OSP,无铅热风整平(喷锡)。 生产的PCB经检测符合ROHS。(5)、旧有的表面处理方式。 热风整平铅锡: Pb:Sn=37:63,其熔点最低183;常用焊料Pb:Sn=40:60,熔 融温度190。 热熔铅锡:线路和焊盘及孔内镀铅锡(Pb:Sn=40:60),然后在甘油浴中 热熔,线路侧面也得到保护,不露铜,不少军品至今仍使用。 图形镀Ni/Au。板子在图形线路上镀Ni/Au,镍金作抗蚀层。蚀刻图形后,线路、孔、焊盘覆盖Ni/Au。但图形线路和板边上镀金浪费,在金面上印阻焊剂附着力难以保证。目前使用的产品已不多。(6)、无铅焊料的配方。4美国熔焊: 95.9 Sn-3.9 Ag- 0.6C
4、u 波焊:99.3 Sn-0.7 Cu 欧盟:95.5 Sn-3.8 Ag-0.7 Cu 日本:96.5 Sn-3.0 Ag-0.5 Cu ,即305配方(3.0银,0.5铜,其余为 锡,称之为305)。 上述配方,共熔点是217。比传统的铅锡合金183熔点提高了34。 无铅喷锡工艺,温度为265-270。有时候,板子喷得不平整,不合格,返 工1-2次,引起板子分层起泡,或阻焊剂起泡,板子报废。 据说,目前用得最广泛的是305焊料配方。SMT装配时用305,PCB厂喷锡往往不使用305焊料。 “这是一筐烂苹果中找到的一个好苹果”学者这样评说。 在PCB厂作无铅喷锡,基于305焊料在使用过程中,
5、Cu含量不断升高污染锡缸,引起SMT装配时,锡面流动性差,散锡性不理想。在PCB厂作无铅喷锡,较多的使用是这样的焊料:SCN,或SN100C,其焊料成份是:Sn-0.7Cu-0.05Ni(或锗Ge替代Ni,0.05Ge)。(Ni含量为0.02-0.05)。 在Sn-0.7 Cu-0.05 Ni的焊料配方中,镍的存在减缓了铜在界面金属化合物(IMC)的扩散速度。锗Ge的存在,目的是形成一层保护性的氧化膜。 当熔融焊料中Cu含量3%,涂覆的焊料层会发生粗糙,脆裂等问题。53.0 PCB表面处理方式3.1无铅喷锡 流程:微蚀-水洗-涂耐高温助焊剂-喷锡-水洗。(有的厂在微蚀前先预热板子)。 过程:P
6、CB喷锡时,浸在熔融的无铅焊料中(约270),快速提起PCB,热风刀(温度265-270)从板子的前后吹平液态焊料,使铜面上的弯月形焊料变平,并防止焊料桥搭。 设备:水平式,垂直式无铅热平整平机。(水平式得到的镀层均匀些,自动化生产)。 物料:无铅焊料,如SnCuNi,SnCuCo, SnCuGe或305焊料。耐高温助焊剂。 要求:焊盘表面2-5微米,孔内应小于25微米(也有放宽到38微米)。 特点:涂覆层不够平坦,主要适用于宽线,大焊盘板子,HDI板通常不采用。对覆铜板耐热性要求高。喷锡制程比较脏,有异味,高温下操作,危险。其使用受到一定的限制。 63.2 OSP(有机可焊性保护剂) 又称为
7、preflux(耐热预焊剂),是早期松香型助焊剂的延续和发展。 流程:除油-微蚀-酸洗-纯水洗-OSP-清洗-吹干。 五代产品:咪唑(或苯并三氮唑)类;烷基咪唑类;苯并咪唑类; 烷基苯并咪唑类。烷基苯基咪唑类。 第4代:目前使用最多的是烷基苯并咪唑,热分解温度250-270,适用于无铅焊接温度(250-270)下多次回流焊接温度。 第5代: 烷基-苯基-咪唑类HT-OSP。分解温度为354,具有好的热稳定性,在焊接界面上不容易形成微气泡,微空洞,提高了焊接结合力。 原理:在铜表面上形成一层有机膜,牢固地保护着新鲜铜表面,并在高温下也能防氧化和污染。OSP厚度0.1-0.2微米,或0.2-0.5
8、微米。 特点:工艺简单,成本低廉,既可用在低技术含量的PCB上,也可用在高密度芯片封装基板上。是最有前途的表面涂覆工艺。(争议点:装配时分不清颜色,OSP同铜色泽相仿,划伤板子,影响焊接,OSP储存期约6个月)。 目前,OSP可经受热应力(288,10s)三次,不氧化,不变色。73.3化学锡 流程:除油-微蚀-酸洗-纯水洗-沉锡-清洗。 特点:由于目前所有焊料都是以锡为主体的,所以锡层能与任何种类 焊料相兼容。从这个角度看,沉锡在PCB表面涂覆几个品种比较中有很好的发展前景。 厚度:1.00.2微米。 问题:经不起多次焊接,一次焊接后形成的界面化合物会变成不可 焊表面。 会产生锡须,影响可靠性
9、。 沉锡液易攻击阻焊膜,使膜溶解变色,对铜层产生倒蚀。 沉锡温度高,60,1微米锡层需沉十分钟。 改良:在沉锡液中加入有机添加剂,使锡层结构呈颗粒状,克服了锡 须,锡迁移问题,热稳定性亦好。 使用:有的客户指定,用沉锡镀层,比无铅喷锡层平坦。通信母板适用。 沉锡后板子应存放在良好的房间中,在存贮有效期内使用。83.4 化学银 流程:除油(脱脂)-微蚀-酸洗-纯水洗-沉银-清洗。 特点:工艺简单,快捷,成本不高。 沉Ag液含一些有机物,防银层变色,银迁移。 镀层厚度0.1-0.5微米(通常0.1-0.2微米)焊接性能优良。 银层在组装时具有好的可检查性(银白色)。 问题:浸Ag生产线上全线用水为
10、纯水。防银层变黄发黑。 (自来水中有氯离子,Ag+Cl AgCl,生成白色沉淀) 银与空气中的硫易结合,形成硫化银,黄色或黑色。 所有操作,贮存,包装,均需戴无硫手套,无硫纸包装,贮存环境要 求高。不容许用普通纸相隔板子,不允许用橡皮圈包板子。 防银离子迁移,已沉银板子不得存放在潮湿的环境中。在贮存期内 使用。 参看CPCA标准“印刷板的包装、运输和保管”(CPCA 1201-2009)。 应用:客户指定。在高频信号中,沉Ag板电性能良好。欧美不少用户要求作 沉Ag板。93.5 电镀镍金 流程:除油-微蚀-酸洗-纯水洗-镀镍-纯水洗-镀金-回收金-水洗 镀层类型:镀硬金。 用在:PCB插头,按
11、键上。 特点:耐磨,接触良好,有硬度(120-190 镍打底,Ni层厚度3-5微米;金厚度:0.1,0.25,0.5,0.8,1.0微米。 金镀层含有钴(Co,0.5,或Ni锑等金属。镀软金。 纯金,24K金。 用途:焊接用。 特点:镍打底,2.5微米,防止金层向铜层扩散,镍层在焊接时牢固同焊料结合。 镀Au层很薄,0.05-0.1微米。 特点: 线路上要镀上金,成本高,目前已很少使用。 金面上印阻焊剂,阻焊易脱落。 焊接时金层会变脆。(焊料中金含量3时)103.6 化镍金英文全称:英文全称:ElectrolessElectroless Nickel and Nickel and Immers
12、ion Immersion GoldGold。简称。简称ENIGENIG。化镍沉金。化镍沉金。3.6.1流程:除油(脱脂)-微蚀-活化-化学镍-化学金-清洗。3.6.2特点: 化学镀Ni/Au镀层厚度均匀,共面性好,可焊接性好,优良的耐腐蚀性,耐磨性。 广泛应用于手电、电脑等领域。 镍层厚度3-5微米,目的防铜-金界面之间互相扩散,保证焊点可靠焊牢。 化学Ni/Au已迅速取代电镀Ni/Au。 化学镍是工艺关键,又是最大难点。 化金层通常为0.05-0.15微米。 3.6.3反应机理: 化镍:铜面在金属钯催化下,通过溶液中的还原剂和镍离子开始镀镍反应。 镍本身是进一步化学镀镍的催化剂,在溶液中的
13、还原剂次磷酸钠的作用 下,化学沉镍过程会不断继续下去,直至产品在槽液中取出。 磷在沉积过程中同镍共镀到镀层中,化学沉镍,实际是化学沉镍磷合 金。 沉金:氧化还原反应。通过镍金置换反应在镍面上沉积上金。11 3.6.4磷的含量:(占镍磷合金镀层的比例) 低磷:1-5。焊锡性,润湿性好。含磷少,会形成颗粒状结构,耐腐蚀性差, 镀层易氧化。 中磷:6-9。焊锡性,润湿性,耐腐蚀性均好。磷含量控制在中磷范围为好。 高磷:9-13。耐腐蚀性好,但焊锡性,润湿性均一般。焊接过程容易形成富磷层。 高磷会使Ni-P层产生内应力过大而产生脆裂。 3.6.5焊接时产生的IMC IMC:Intermetallic
14、Compound的缩写。中文:介面金属间化合物。 化Ni沉Au层作无铅焊接时,金层在充足的热量下,会迅速溶入焊锡的主体中,形成四处分散的AuSn4的介面金属间化合物。金溶入的速度比镍要快几万倍(溶速为117微英寸/秒)。而只有镍和锡在较慢的速度下形成的共晶化合物Ni3Sn4而焊牢。所以说,沉Ni/Au层在焊接时形成焊接牢固的是Ni3Sn4这一层IMC(介面金属间化合物)。 化Ni沉Au焊接中IMC的厚度一般在1-3微米。过厚,过薄的IMC层都会影响到焊接强度。12 3.6.6焊接时焊接的实质是在镍的表面进行的。金层是为了保护新鲜的镍表面不被氧化。金层不应太厚。在焊接的温度下,很薄的金层会迅速融
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