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PCB/FPC线路板表面处理工艺最全汇总
发布者:handler人气:485 发布日期:2020-08-31
  

    PCB表面处理最基本的目的是保证良好的可焊性或电性能。由于自然界的铜在空气中倾向于以氧化物的形式存在,不大可能长期保持为原铜,因此需要对铜进行其他处理。

   1、热风整平(喷锡)

  热风整平又名热风焊料整平(俗称喷锡),它是在PCB表面涂覆熔融锡(铅)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。PCB进行热风整平时要沉在熔融的焊料中;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。


       有铅喷锡:

 价格便宜,焊接性能佳,机械强度,光亮度等有铅要比无铅好,但是其具有铅等重金属,不环保,无法过ROHS

      无铅喷锡:

价格便宜,但光亮度相比有铅会比较暗淡,且环保,能过ROHS

      共同缺点不适合用来焊接细间隙的引脚以及过小的元器件,因为喷锡板的表面平整度较差。在PCB加工中容易产生锡珠(solder bead),对细间隙引脚(fine pitch)元器件较易造成短路。使用于双面SMT工艺时,因为第二面已经过了一次高温回流焊,极容易发生喷锡重新熔融而产生锡珠或类似水珠受重力影响成滴落的球状锡点,造成表面更不平整进而影响焊接问题。

  

       2、有机可焊性保护剂(OSP)

  OSP是印刷电路板(PCB)铜箔表面处理的符合RoHS指令要求的一种工艺。 OSP是Organic Solderability Preservatives的简称, 中译为有机保焊膜,又称护铜剂,英文亦称之Preflux。 简单地说,OSP就是在洁净的裸铜表面上,以化学的方法长出一层有机皮膜。这层膜具有防氧化,耐热冲击,耐湿性,用以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈 (氧化或硫化等);但在后续的焊接高温中,此种保护膜又必须很容易被助焊剂所迅速清除,如此方可使露出的干净铜表面得以在极短的时间内与熔融焊锡立即结合 成为牢固的焊点。

优点:具有裸铜焊接的所有优点,板子长期放置导致过期三个月也可以重新做表面处理,但通常以以此为限;

缺点:容易受到酸及湿度影响。使用于二次回流焊时,需在一定时间内完成,通常第二次回流焊的效果会比较差。存放时间如果超过三个月就必须重新表面处理。打开包装后需在24小时内用完。 OSP为绝缘层,所以测试点必须加印锡膏以去除原来的OSP层才能接触针点作电性测试。组装工艺需要进行大的改变,如果探测未加工的铜表面会不利于ICT,过尖的ICT探针可能损坏PCB,需要手动的防范处理,限制ICT测试和减少了测试的可重复性。

适用场景:估计目前约有25%-30%的PCB使用OSP工艺,该比例一直在上升(很可能OSP工艺现在已超过喷锡而居于第一位)。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,OSP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工艺将是最理想的表面处理工艺。


  3、全板镀镍金

  板镀镍金是在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。

  

       4、沉金

  沉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。此外沉金也可以阻止铜的溶解,这将有益于无铅组装。

  • 优点:不易氧化,可长时间存放,表面平整,适合用于焊接细间隙引脚以及焊点较小的元器件。有按键PCB板的首选(如手机板)。可以重复多次过回流焊也不太会降低其可焊性。可以用来作为COB(Chip On Board)打线的基材。

  • 缺点:成本较高,焊接强度较差,因为使用无电镀镍制程,容易有黑盘的问题产生。镍层会随着时间氧化,长期的可靠性是个问题。

  • 适用场景: 沉金工艺与OSP工艺不同,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。由于喷锡工艺的平坦性问题和OSP工艺助焊剂的清除问题,二十世纪九十年代沉金使用很广;后来由于黑盘、脆的镍磷合金的出现,沉金工艺的应用有所减少,不过目前几乎每个高技术的PCB厂都有沉金线。考虑到除去铜锡金属间化合物时焊点会变脆,相对脆的镍锡金属间化合物处将出现很多的问题。因此,便携式电子产品(如手机)几乎都采用OSP、沉银或沉锡形成的铜锡金属间化合物焊点,而采用沉金形成按键区、接触区和EMI的屏蔽区,即所谓的选择性沉金工艺。估计目前大约有10%-20%的PCB使用化学镀镍/浸金工艺。

沉金和镀金的差别

性能

外观

可焊接性

信号传输

品质

镀金板

金色发白

一般,偶有焊接不良的情况

趋肤效应不利于高频信号的传输

1 金面易氧化

2 易造成金丝微短

3 阻焊结合力不强

沉金板

金黄色

 

趋肤效应对信号没有影响

1 不宜氧化

2不产生金丝

3阻焊能力好

    沉金采用的是化学沉积的方法,通过化学氧化还原反应的方法生成一层镀层,一般厚度较厚,是化学镍金金层沉积方法的一种,可以达到较厚的金层。镀金采用的是电解的原理,也叫电镀方式。其他金属表面处理也多数采用的是电镀方式。

  • 沉金与镀金形成的晶体结构不一样,沉金板较镀金板更容易焊接,不会造成焊接不良;

  • 沉金板只有焊盘上有镍金,趋肤效应中信号的传输是在铜层不会对信号有影响;

  • 沉金较镀金晶体结构更致密,不易氧化;

  • 沉金板只有焊盘上有镍金,不会产生金丝造成微短;

  • 沉金板只有焊盘上有镍金,线路上阻焊与铜层结合更牢固;

  • 沉金显金黄色,较镀金更黄也更好看;

  • 沉金比镀金软,所以在耐磨性上不如镀金,对于金手指板则镀金效果会更好。

  

       5、沉锡

  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。沉锡工艺可以形成平坦的铜锡金属间化合物,这个特性使得沉锡具有和热风整平一样的好的可焊性而没有热风整平令人头痛的平坦性问题;沉锡板不可存储太久,组装时必须根据沉锡的先后顺序进行。

缺点:浸锡的最大弱点是寿命短,尤其是存放于高温高湿的环境下时,Cu/Sn金属间化合物会不断增长,直到失去可焊性。也没有化学镀镍/浸金金属间的扩散问题;只是浸锡板不可以存储太久

  

       6、沉银

  沉银工艺介于有机涂覆和化学镀镍/沉金之间,工艺比较简单、快速;即使暴露在热、湿和污染的环境中,银仍然能够保持良好的可焊性,但会失去光泽。沉银不具备化学镀镍/沉金所具有的好的物理强度因为银层下面没有镍。

优点:浸银焊接面可焊性良好,共面性很好,同时又不像OSP那样存在导电障碍,但是作为接触面(如按键面)时,其强度没有金好。

缺点:浸银有一个重要的问题就是银的电子迁移问题,当暴露在潮湿环境下时,银会在电压的作用下产生电子迁移,通过向银内添加有机成分可以降低电子迁移问题。

  

       7、化学镍钯金

  化学镍钯金与沉金相比是在镍和金之间多了一层钯,钯可以防止出现置换反应导致的腐蚀现象,为沉金作好充分准备。金则紧密的覆盖在钯上面,提供良好的接触面。

  

       8、电镀硬金

  为了提高产品耐磨性能,增加插拔次数而电镀硬金。

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