PCB科技 - PCB表面處理工藝特點、用途及發展趨勢

PCB表面處理工藝特點、用途及發展趨勢

這個 PCB工廠 注意到隨著科學技術的不斷進步, 當前所涉及的環境問題 PCB生產 這一過程顯得尤為突出. 現時, 鉛和溴的話題最受歡迎； 無鉛和無鹵將在許多方面影響PCB的發展.

雖然現時，PCB表面處理工藝的變化不是很大，這似乎是一件相對遙遠的事情，但應該注意的是，長期緩慢的變化將導致巨大的變化。 隨著人們對環保要求的不斷提高，未來PCB的表面處理工藝必將發生巨大的變化。

表面處理目的

表面處理的最基本目的是確保良好的可焊性或電力效能。 由於天然銅往往以氧化物的形式存在於空氣中，囙此不太可能長期保持原始銅的狀態，囙此需要對銅進行其他處理。 雖然在隨後的組裝中，强熔劑可以用來去除大部分銅氧化物，但强熔劑本身並不容易去除，囙此行業一般不使用强熔劑。

有很多 PCB表面處理 過程, 常見的是熱風整平, 有機塗層, 化學鍍鎳/浸沒金, 浸銀和浸錫, 下麵將逐一介紹.

1、熱風整平

熱風流平也稱為熱風焊料流平。 這是一種在PCB表面塗覆熔融錫鉛焊料並用加熱的壓縮空氣將其壓扁（吹氣）以形成一層抗銅氧化並提供良好可焊性的工藝。 性塗層。 在熱風整平過程中，焊料和銅在接頭處形成銅錫金屬間化合物。 保護銅表面的焊料厚度約為1-2密耳。

熱風整平時，應將PCB浸入熔融焊料中； 在焊料凝固之前，氣刀吹動液態焊料； 氣刀可以最大限度地减少銅表面焊料的彎月面，防止焊料橋接。 熱風整平有兩種類型：垂直和水准。 一般認為水准式更好。 主要原因是水准熱風整平更加均勻，可以實現自動化生產。 熱風流平工藝的一般流程為：微蝕刻預熱塗層焊劑噴塗錫清洗。

2、有機塗層

有機塗層工藝不同於其他表面處理工藝，因為它是銅和空氣之間的屏障； 有機塗層工藝簡單，成本低，在工業中得到廣泛應用。 早期的有機塗層分子是咪唑和苯並3唑，它們起到防銹作用，而最新的分子主要是苯並咪唑，它是銅，通過化學管道將氮官能團結合到PCB上。

在隨後的焊接過程中，如果銅表面只有一個有機塗層，它將不起作用，必須有許多層。 這就是為什麼通常將銅液添加到化學槽中的原因。 塗覆第一層後，所述塗覆層吸附銅； 然後第二層的有機塗層分子與銅結合，直到二十個甚至數百個有機塗層分子聚集在銅表面，這可以確保進行多次迴圈。 流動焊接。

試驗表明，最新的有機塗層工藝可以在多種無鉛焊接工藝中保持良好的效能。 有機塗層工藝的一般流程為：脫脂微蝕酸洗純水清洗有機塗層清洗。 該工藝比其他表面處理工藝更容易控制。

3、化學鍍鎳/浸金

化學鍍鎳/浸金工藝不像有機塗層那麼簡單。 化學鍍鎳/浸金似乎在PCB上加了一層厚厚的鎧甲； 此外，化學鍍鎳/浸金工藝不像有機塗層那樣作為防銹阻擋層，它可以在PCB的長期使用中發揮作用，並實現良好的電力效能。

因此, 化學鍍鎳/浸金是為了包裹一層厚厚的, 銅表面的優質電鎳金合金, 可以保護 PCB電路板 長期以來； 此外, 它還具有其他表面處理工藝所沒有的環境保護. 耐心. 鍍鎳的原因是金和銅會相互擴散, 鎳層可以防止金和銅之間的擴散； 如果沒有鎳層, 黃金將在幾個小時內擴散到銅中.

化學鍍鎳/浸金的另一個優點是鎳的强度。 只有5微米的鎳可以限制高溫下Z方向的膨脹。 此外，化學鍍鎳/浸金還可以防止銅的溶解，這將有利於無鉛組裝。 化學鍍鎳/浸金工藝的一般工藝為：酸洗微蝕預浸活化化學鍍鎳化學浸金。 化工儲罐主要有6個，涉及近100種化學品，囙此過程控制比較困難。

4、浸銀

浸銀工藝介於有機塗層和化學鍍鎳/浸金之間。 工藝相對簡單、快速； 它不像化學鍍鎳/浸金那樣複雜，也不會在PCB上覆蓋厚厚的一層裝甲，但它仍然可以提供良好的電力效能。 銀是金的弟弟。 即使暴露在高溫、潮濕和污染下，銀仍能保持良好的可焊性，但會失去光澤。

浸沒銀沒有化學鍍鎳/浸沒金那樣好的物理强度，因為銀層下沒有鎳。 此外，浸銀具有良好的存儲效能，經過幾年的浸銀後，組裝不會出現重大問題。 浸沒銀是一種置換反應，它幾乎是亞微米純銀鍍層。 有時浸銀過程中還含有一些有機物，主要是為了防止銀的腐蝕和消除銀的遷移問題； 通常很難量測這層薄薄的有機物，分析表明，有機物的重量小於1%。

5、浸錫

由於所有當前焊料均基於錫，囙此錫層可與任何類型的焊料匹配。 從這個角度來看，浸沒鍍錫工藝非常有前景。 然而，以往的PCB在浸錫工藝後會出現錫須，並且錫須和錫在焊接過程中的遷移會導致可靠性問題，囙此浸錫工藝的使用受到限制。

後來，在錫浸漬液中加入有機添加劑，使錫層結構呈顆粒狀，克服了以前的問題，並且具有良好的熱穩定性和可焊性。 浸錫工藝可以形成扁平的銅錫金屬間化合物。 這一特點使浸沒錫具有與熱風流平相同的良好可焊性，而不會出現熱風流平令人頭痛的平整度問題； 浸沒錫沒有化學鍍鎳/浸沒金金屬之間的擴散銅錫金屬間化合物可以牢固地結合在一起。 浸錫鋼板存放時間不宜過長，組裝時必須按浸錫順序進行。

6、其他表面處理工藝

其他表面處理工藝的應用較少。 讓我們看看相對較多的鎳-金電鍍和化學鍍鈀工藝的應用。 電鍍鎳和金是PCB表面處理科技的鼻祖。 它自PCB出現以來就出現了，並逐漸演變為其他方法。 首先在PCB表面導體上鍍一層鎳，然後再鍍一層金。 鍍鎳主要是為了防止金和銅之間的擴散。 電鍍鎳金有兩種類型：軟鍍金（純金，金表面看起來不亮）和硬鍍金（表面光滑堅硬，耐磨，含有鈷等元素，金表面看起來更亮）。

軟金主要用於晶片封裝時的金絲； 硬金主要用於非焊接區域的電力互連。 考慮到成本，行業通常採用圖像傳輸的方法進行選擇性電鍍，以减少金的使用。 現時，選擇性電鍍金在行業中的使用不斷增加，這主要是由於難以控制化學鍍鎳/浸金工藝。

在正常情况下，焊接會導致電鍍金變脆，從而縮短使用壽命，囙此避免在電鍍金上焊接； 但化學鍍鎳/浸金非常薄且一致，囙此很少發生脆性。 化學鍍鈀工藝與化學鍍鎳工藝相似。 主要過程是通過還原劑（如次磷酸二氫鈉）將鈀離子還原為催化表面上的鈀。 新鈀可以成為促進反應的催化劑，囙此可以獲得任何厚度的鈀塗層。 化學鍍鈀的優點是良好的焊接可靠性、熱穩定性和表面光滑度。

表面處理工藝的選擇

表面處理工藝的選擇主要取決於最終裝配部件的類型； 表面處理過程將影響 PCB生產, 組裝和最終使用. 以下將具體介紹五種常見表面處理工藝的使用.

1、熱風整平

熱風整平曾經在PCB表面處理工藝中佔據主導地位。 在20世紀80年代，超過四分之3的PCBA使用了熱風整平工藝，但該行業在過去十年中一直在减少熱風整平工藝的使用。 據估計，現時約有25%-40%的PCBA使用熱風。 找平過程。

熱風整平工藝骯髒、令人不快且危險，囙此它從來都不是最受歡迎的工藝，但對於較大的元件和間距較大的導線，熱風整平是一種極好的工藝。 在高密度PCB中，熱風整平的平整度會影響後續組裝； 囙此，HDI板通常不使用熱風調平工藝。 隨著科技的進步，該行業現在有了一種適合裝配間距較小的QFP和BGA的熱風整平工藝，但實際應用較少。

現時，一些PCB工廠使用有機塗層和化學鍍鎳/浸金工藝代替熱風整平工藝； 科技的發展也導致一些工廠採用浸錫和浸銀工藝。 再加上近年來的無鉛化趨勢，熱風整平的使用受到了進一步的限制。 雖然出現了所謂的無鉛熱風整平，但這可能涉及設備的相容性。

2、有機塗層

據估計，現時約有25%-30%的PCBA使用有機塗層科技，而且這一比例一直在上升（有機塗層現在很可能已經超過了熱風整平）。 有機塗層工藝可用於低科技PCB或高技術PCB，例如用於單面電視的PCB和用於高密度晶片封裝的PCB。 對於BGA，有機塗層的應用也更多。 如果PCB對表面連接沒有功能要求或儲存期沒有限制，有機塗層將是最理想的表面處理工藝。

3、化學鍍鎳/浸金

化學鍍鎳/浸金工藝不同於有機鍍層。 主要用於對連接有功能要求且存儲週期長的板，如手機鍵盤、路由器外殼邊緣連接區域、晶片處理器靈活性等。 連接的電力接觸面積。

由於熱風整平的平整度問題和去除有機塗層助焊劑, 化學鍍鎳/浸沒金在20世紀90年代被廣泛使用； 後來, 由於出現黑色圓盤和脆性鎳磷合金, 化學鍍鎳 /浸金工藝的應用减少了, but at present almost every 高科技PCB工廠 化學鍍鎳/浸沒式金絲. 考慮到去除銅錫金屬間化合物時焊點會變脆, 相對脆性的鎳錫金屬間化合物將存在許多問題.

囙此，可擕式電子產品（如手機）幾乎都使用有機塗層、浸銀或浸錫形成的銅錫金屬間化合物焊點，而化學鍍鎳/浸金用於形成關鍵區域、接觸區域和EMI遮罩區域。 據估計，現時約有10%-20%的PCB使用化學鍍鎳/浸金工藝。

4、浸銀

浸沒銀比化學鍍鎳/浸沒金便宜。 如果PCB對連接有功能要求，需要降低成本，浸銀是一個不錯的選擇； 再加上浸沒銀良好的平整度和接觸性，最好選擇浸沒銀工藝。 浸沒銀在通信產品、汽車和電腦周邊設備中有許多應用，浸沒銀也在高速訊號設計中有應用。 由於浸沒銀具有其他表面處理無法比擬的良好電效能，囙此它也可用於高頻訊號。

EMS推薦採用浸銀工藝，因為它易於組裝，並且具有更好的可檢查性。 然而，由於變色和焊點空洞等缺陷，浸沒銀的生長緩慢（但沒有减少）。 據估計，現時約有10%-15%的PCBA使用浸銀工藝。

5、浸錫

近十年來，錫被引入到表面處理工藝中，這一工藝的出現是生產自動化要求的結果。 浸沒錫不會將任何新元素帶入焊點，尤其適用於通信背板。 超過電路板的儲存期，錫將失去其可焊性，囙此浸入式錫需要更好的儲存條件。 此外，由於浸錫工藝中含有致癌物質，囙此其使用受到限制。 據估計，現時約有5%-10%的PCBA使用浸錫工藝。