PCB表面铜的抗氧化处理是PCB的制造过程中的关键工序。经过表面抗氧化处理,可以延缓PCB铜表面的腐蚀,有利于提高后续制造过程中电子元器件焊接质量和可靠性[11],这是保证PCB后续可焊性的一道必不可少的工艺。实际生产中,按照工艺理论的不同分为电镀法和非电镀法[12]。电镀法就是利用电极电位的差别;非电镀法利用的是物理方法,在PCB表层涂覆上一层保护层,隔绝空气以便延长焊前可焊性的保持时间,并在焊接过程中抵抗高温冲击。28093
1 PCB铜表面抗氧化的主要方法和发展概况
1.1 热风整平
HASL热风整平(Hot Air Solder Leveling)俗称为喷锡,是将PCB浸渍于锡和铅的焊料中,使铜层被焊料润湿,再将PCB上多余的焊料用热风清除,以得到平滑的涂覆层。随着对喷锡(Solder Mask Over Bare Copper, SMOBC)的PCB需求的增大,HASL的发展越来越快,对工艺有更高的要求。然而“龟背”现象的出现,限制了HASL的发展。
HASL工艺包括助焊剂的涂覆、焊料的处理以及用热风吹掉多余的焊料,得到光滑、平整的涂覆层。其中,助焊剂的涂覆是为了消除起皱现象,该现象会出现在波峰焊接过程中。阻焊层的起皱会影响到产品的外观,还会影响到后续的清洁处理。论文网
HASL工艺中的焊料成分的含量、杂质含量是有一定的要求的,见表1.1。
表1.1 HASL焊料成分
焊料成分 锡 铅 锑 铋 铜 砷 铝 锌 镉
含量/% 63±0.5 37 0.2~0.5 ≤0.05 ≤0.02 ≤0.03 ≤0.003 ≤0.002 ≤0.001
(1) 垂直式
HASL有水平式、垂直式,目前较为的广泛的是垂直式,工作原理如图1.1所示。
图1.1 垂直式工作示意图
HASL一般是在涂覆阻焊膜和印制插头镀金后,贴上镀金插头的保护胶带后进行,其工艺流程如下:
(2) 水平式
由于垂直式HASL工艺无法保证焊盘的平整,严重的影响焊接质量,所以上个世纪80年代出现了水平式HASL,水平式HASL可以克服不平整性缺点。
水平式HASL过程中,由于处理时间短,这样就减小了热冲击程度,从而印制板不容易弯曲或者断裂。此外,可以使焊料平均分布,平整性好。
水平式HASL的工艺过程如下:
目前PCB产业正在不断的提升,加工工艺向着薄型化、线路与间隙的细小化、焊点表面的高平整性方向发展[13]。HASL因缺乏平整性、共面性[14],限制了它的发展。
1.2 化学镀Ni/Au和化学镀镍
(1) 化学镀Ni/Au
在五金电镀的表面处理工艺中,化学镀Ni/Au出现较早,后来由于HASL工艺技术的缺陷,无法满足高精细、高密度发展的要求,故而在上个世纪末被化学镀Ni/Au技术所替代。化学镀Ni/Au的优势是它能够适用压焊(wire bond),此外还能适应焊接过程中的高温环境。化学镀Ni/Au层在焊接过程中可以进行多次焊接且有良好的键合性,又可以与各种助焊剂兼容,因此,与HASL表面终饰工艺相比,化学镀Ni/Au层适用工业的需求,可满足更多的组装要求。
化学镀Ni/Au的工艺处理流程以及前 处理如下:
① 酸性除油。为了满足除油时,除油液便于水洗以及除油能力强的要求,一般采用硫酸型和柠檬酸型,且含有非离子型表面活性剂;20~35℃或40~60℃;2~5min;且溶液需要空气搅拌以及连续过滤。
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