PCB科技 - 無鉛PCB表面處理對ICT的影響

摘要：無鉛印刷電路板的出現給線上測試（ICT）帶來了新的問題。 本文介紹了現有的PCB表面處理工藝，並分析了這些工藝對ICT的影響。 指出ICT的關鍵是***與測試點接觸的可靠性，並介紹了PCB施工過程中需要做出的具體改變，以滿足ICT的要求。

ICT在印刷電路板組件（PCA）的製造和測試過程中仍然發揮著重要作用，但人們對無鉛PCB的追求將如何影響ICT階段？

本文將討論無鉛PCB的表面處理，特別是在製造過程的ICT階段，並揭示無鉛表面處理的成功測試也取決於PCB構建過程的有益貢獻。

PCB表面處理工藝選擇

在我們瞭解原因和影響之前，描述可用的PCB表面處理工藝的類型以及這些類型可以提供什麼是非常重要的。 所有印刷電路板（PCB）上都有一個銅層。 如果銅層得不到保護，它就會被氧化和損壞。 有許多不同的保護層可用，最常見的是熱空氣焊料整平（HASL）、有機焊料保護（OSP）、化學鍍鎳-金浸漬（ENIG）、銀浸漬和錫浸漬。

熱空氣焊料整平（HASL）

HASL是行業中使用的主要鉛表面處理工藝。 該工藝是通過將電路板浸入鉛錫合金中形成的，並通過“氣刀”去除多餘的焊料。 所謂氣刀，就是在板材表面吹出的熱氣。 對於PCA工藝，HASL有很多優點：它是最便宜的PCB，表面層可以在多次回流焊、清潔和儲存後進行焊接。 對於ICT，HASL還提供了一種用焊料自動覆蓋測試焊盤和過孔的工藝。 然而，與現有的替代方法相比，HASL表面的平坦性或共面性較差。 現在有一些無鉛HASL替代工藝，由於HASL的自然替代特性，這些工藝越來越受歡迎。 多年來，HASL的應用取得了良好的效果，但隨著“環保”綠色工藝要求的出現，這種工藝的存在也就屈指可數了。 除了無鉛問題外，不斷增加的電路板複雜性和更細的間距也暴露了HASL工藝的許多局限性。

優點：成本最低的PCB表面技術，在整個製造過程中保持可焊性，對ICT沒有負面影響。

缺點：通常使用含鉛工藝。 含鉛工藝現在受到限制，到2007年最終將被淘汰。 對於細引脚間距（<0.64mm），可能會導致焊料橋接和厚度問題。 不平整的表面會在裝配過程中導致共面性問題。

有機焊料保護器

有機焊料保護器（OSP）用於在PCB的銅表面形成薄而均勻的保護層。 該塗層可保護電路在儲存和組裝操作過程中免受氧化。 這種工藝已經存在很長時間了，但直到最近，隨著無鉛科技和精細瀝青解決方案的尋求，它才變得流行起來。

使用OSP表面處理，如果測試點沒有焊接，將導致ICT中針床夾具的接觸問題。 僅僅改變為更鋒利的***類型以穿過OSP層只會導致損壞並刺穿PCA測試過孔或測試焊盤。 研究表明，切換到更高的檢測力或改變***類型對產量幾乎沒有影響。 未經處理的銅的屈服强度比含鉛焊料高一個數量級，唯一的結果是它會損壞暴露的銅測試焊盤。 所有可測試性指南強烈建議不要直接探測暴露的銅。 在使用OSP時，有必要為ICT階段定義一套OSP規則。 最重要的規則要求在PCB工藝開始時打開範本，以便將焊膏應用於需要與ICT接觸的測試焊盤和過孔。

優點：組織成本與HASL相當，共面性好，工藝無鉛，可焊性提高。

鍍銀

浸銀是一種新新增的PCB表面處理方法。 它主要在亞洲使用，並在北美和歐洲推廣。 在焊接過程中，銀層熔化到焊點中，在銅層上留下錫/鉛/銀合金。 這種合金為BGA封裝提供了非常可靠的焊點。 其對比色使其易於檢查，也是焊接中HASL的自然替代品。

浸銀是一種表面處理科技，具有非常好的發展前景，但與所有新的表面處理科技一樣，最終用戶非常保守。 許多製造商認為這種工藝是一種“正在研究中”的工藝，但它很可能成為無鉛表面工藝的最佳選擇。

優點：焊接性好，表面光滑，可自然替代HASL浸泡。

缺點：終端用戶的保守態度意味著該行業缺乏相關資訊。

錫浸漬

這是一種相對較新的表面處理工藝，具有許多與浸銀工藝相似的特性。 然而，由於需要防止PCB製造過程中浸錫過程中使用硫脲（可能是致癌物質），囙此需要考慮重大的健康和安全問題。 此外，還應注意錫的遷移（“錫毛刺”效應），儘管防遷移化學品可以在控制這一問題方面達到一定效果。

優點：焊接性好，表面光滑，成本相對較低。

缺點：健康和安全問題，熱迴圈次數有限。

以上就是PCB無鉛化處理的主要方法。 HASL仍然是應用最廣泛的PCB加工技術。 在這種情況下，測試工程師不會有任何變化。 在一些國家，HASL已被法律禁止，並採用了替代方案。 隨著PCA製造擴展到越來越多不同的全球地區，ICT測試中可以看到越來越多的無鉛加工工藝。 儘管OSP不是HASL的天然替代品，但它已成為PCA製造商研究的首選替代治療方案。 當工藝沒有改變以允許在測試焊盤和過孔上使用焊膏時，這將導致實際的ICT測試可靠性問題

結論是，PCB表面處理工藝並不完善，每種方法都有自己需要考慮的問題。 其中一些問題比其他問題更嚴重，所有這些無鉛PCB表面處理工藝都需要在工藝步驟中進行修改，以防止ICT中的夾具接觸可靠性問題。

銅表面的直接檢測與穿透OSP層所需的更高的力相結合，產生了損壞薄銅層並導致內部短路的實際潜在威脅。 囙此，我們建議永遠不要探測暴露的銅表面。 最近的例子表明，在5到10個夾具激勵之後，板過孔或測試點可能被刺穿。

對於一些PCA製造商來說，OSP對ICT的影響造成了如此大的問題，以至於他們根本不再使用OSP。 其他製造商開始學習如何遵循下麵列出的“OSP規則”。 ICT測試夾具和程式的“OSP規則”：注意最新的行業測試性建議，如www.smta.org。-始終在測試連接點（測試焊盤或過孔）添加焊膏，不要探測OSP覆蓋的暴露銅層。

一些PCB公司的趨勢似乎是OSP被認為是HASL的天然替代品。 這一選擇可能是由於認識到組織成本節約。 ICT工程師應該注意這一趨勢：除非測試焊盤被焊料覆蓋，否則OSP鍍層的PCB將無法達到其他可選無鉛表面處理工藝的效能。