PCB表面处理比较表

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1、PCB各种不同可焊表面(1)目前PCB各种常用的可焊表面处理分别为保焊剂(OSP) -Organic Solderability Preservatives喷锡(HASL)- Hot Air Solder Levelling浸银(Immersion Silver Ag)浸锡(Immersion Tin Sn)化镍浸金(Electroless Nickel Immersion Gold, ENIG)2004年因喷锡板已突破设备、材料(Sn-Cu-Ni)的瓶颈，并成功量产，故喷锡已成PCB无铅表面处理的首选(目前Sn63/Pb37多层板喷锡市场占有率为90%以 上)各种常用可焊表面处理焊接BGA后

2、(约美金100cent铜币大小的BGA图一)经拉力试验所得知强度比较表处理Finish拉力Min lbs拉力Avg lbs拉力Max lbs落差lbs保焊剂OSP38439540420喷锡HASL37639641034浸银Ag37338940128浸锡Sn35038240454化镍浸金ENIG267375403136上表摘自PC FAB上的资料(3)各种表面处理之优点及缺点比较处理优点缺点保焊剂O.S.P.(a) 焊锡性特佳是各种表面处 理焊锡强度的指标(benchmark)(b) 对过期板子可重新 Recoating 一次(c) 平整度佳，适合SMT装配 作业(d) 可作无铅制程(a) 打开

3、包装袋后须在24小时内焊接 完毕，以免焊锡性不良(b) 在作业时必须戴防静电手套以防 止板子被污染(c) IR Reflow 的 peak temp 为 220 U 对 于无铅锡膏peak temp要达到 240C时第二面作业时之焊锡性能 否维持目前被打问号、？ ,但喜 的是目前耐高温的O.S.P已经出 炉，有待进步澄清.(d) 因OSP有绝缘特性，因此testing pad 一定有加印锡膏作业以利测试 顺利.在有孔的testing pad更应在 钢板stencil用特殊的开法让锡膏 过完IR后，只在pad及孔壁边上 而不盖孔，以减少测试误判.(e) 无法使用ICT测试，因ICT测试会 破坏O

4、SP表面保护层而造成焊盘 氧化.喷锡板HASL(a) 与OSP 一样其焊锡性也是 特性，也同样是各种表面 处理焊锡强度指标 (Benchmark)(b) 由于锡铅板测试点与探针 接触良好则试比较顺利(c) 目前制程与QC手法无须 改变(d) 由于喷锡多层板在有铅制 程中占90%以上，而且技术 较成熟，而无铅喷锡目前与 有铅喷锡的差异仅是喷锡 设备的改良及材料(63/37 改Sn-Cu-Ni)更换,故无铅 喷锡仍是无制程的首选.(a)平整度差find pitch, SMT装配时 容易发生锡量不致性，容易造成 短路或焊锡因锡量不足造成焊接 不良情形.喷锡板在PCB制程时容易造成锡 球(Solder

5、 Ball)使得S.M.T装配时 发生短路现象发生.浸银Ag(a) 平整度佳适合S.M.T装配 作业(b) 适合无铅制程(c) 未来无铅制程之王座后选 板(a) 焊锡强度不如OSP或HASL.(b) 基本上不得Baking,如育Baking 必须在110C, 1小时以内完成， 以免影响焊锡性(c) 在空气中怕氧化更怕氯化及硫化， 因此存放及作业场所绝对不能有 酸，氯或硫化物，因此作业时希望能 比照O.S.P在打开包装后24小时 焊接完毕(最长也须在3天内完成) 以避免因水气问题要Baking时又 被上述条件限制而进退两难.(d) 包装材料不得含酸及硫化物.处理优点缺点浸锡(a) 平整度佳适合S

6、MT装配 作业(b) 可作无铅制程(a) 焊锡强度比浸银还差(b) 本为无铅制程明天之星，但因储 存时及过完IR Reflow后IMC (Intermetallic compound )容易长厚.而造成焊锡性不良.(c) 基本上不得Baking,如育Baking 必须在110C, 1小时以内完成，以免影响焊锡性(d) 希望能比照O.S.P在打开包装后 24小时焊接完毕(最长也须在3天 内完成)以避免因水气问题要 Baking时又被上述条件限制而进 退两难.化镍浸金ENIG(a) 平整度佳适合SMT装配 作业(b) 由因金导电性特性对于 板周围须要良好的接触 或对于按键用的产品如 手机类仍是最佳

7、的选择(c) 可作无铅制程(a) 焊锡强度最差(b) 容易造成BGA处焊接后之裂痕， 其原因为先天焊锡强度很差，装 配线操作空间小，也可能是PCB 板本身上镍容易氧化，操作空间 同样很小，因此PCBA及PCB间 常为此问题争议不断化镍浸金加保焊剂ENIG + O.S.P(a) 此为改良型的化镍浸金 作法，其目的是保存在 要导电接触区或按键区 保留化镍浸金.但将要 焊接的地方或重要焊接 地方如BGA处改为 O.S.P作业.如此一来即 可保留化镍浸金的最佳 导电又可保持O.S.P.的最 佳焊锡强度，目前手机 板大部份用此方式作业(b) 平整度佳适合作SMT装 配作业(e)适合无铅制程(a) 其缺点

8、与保焊剂O.S.P相同(b) 由于是两种表面处理PCB作业及 流程繁多.制程也复杂，成本增 力口，价钱较贵在所难免(4) 一般含铅制程及无铅制程 IR Reflow 比较图两者比较得知无铅 IR Reflow 的 Peak temp 比含铅多了约 240U-225U=15UPeak TEMP的时间多了 20-5=5 Sec多了四倍Preheat 也多了约（1501800）-（140170C）=10C为避免装配时减少IR Reflow对Z axis expansion的冲击，造成孔壁破拉裂, 建议凡板厚超越70mil（1.8m/m）或12层板以上用无铅制程者一律采用High Tg 170U）的材

9、料而不是一般FR4 Tg（135C）的材料.Z axis expansion Before Tg 5.0*10-5 m/m0Z axis expansion After Tg25.0*10-5 m/m0PCB 表面处理工艺特点及用途 一. 引言随着人类对于居住环境要求的不断提高，目前 PCB 生产过程中涉及到的环境问题显得尤为突出。目前有关 铅和溴的话题是最热门的；无铅化和无卤化将在很多方面影响着PCB的发展。虽然目前来看，PCB的表 面处理工艺方面的变化并不是很大，好像还是比较遥远的事情，但是应该注意到：长期的缓慢变化将会导 致巨大的变化。在环保呼声愈来愈高的情况下，PCB的表面处理工艺未来

10、肯定会发生巨变。二. 表面处理的目的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。虽然在后续的组装中，可以采用强助焊剂除 去大多数铜的氧化物，但强助焊剂本身不易去除，因此业界一般不采用强助焊剂。三. 常见的五种表面处理工艺现在有许多PCB表面处理工艺，常见的是热风整平、有机涂覆、化学镀镍浸金、浸银和浸锡这五种工艺， 下面将逐一介绍。1. 热风整平热风整平又名热风焊料整平，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

11、风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属间 化合物。保护铜面的焊料厚度大约有l-2mil。PCB 进行热风整平时要浸在熔融的焊料中；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。热风整平分为垂直式和水平式两种，一般认为水平式较好，主要是水平 式热风整平镀层比较均匀，可实现自动化生产。热风整平工艺的一般流程为：微蚀预热-涂覆助焊剂- 喷锡f清洗。2. 有机涂覆有机涂覆工艺不同于其他表面处理工艺，它是在铜和空气间充当阻隔层；有机涂覆工艺简单、成本低廉， 这使得它能够在业界广泛使用。早期的有机涂覆的分子是起防锈作用的咪唑和苯并三唑，最新的分子主要 是苯并咪唑，它是

12、化学键合氮功能团到PCB上的铜。在后续的焊接过程中，如果铜面上只有一层的有机涂 覆层是不行的，必须有很多层。这就是为什么化学槽中通常需要添加铜液。在涂覆第一层之后，涂覆层吸 附铜；接着第二层的有机涂覆分子与铜结合，直至二十甚至上百次的有机涂覆分子集结在铜面，这样可以 保证进行多次回流焊。试验表明：最新的有机涂覆工艺能够在多次无铅焊接过程中保持良好的性能。有机涂覆工艺的一般流程为：脱脂-微蚀-酸洗-纯水清洗-有机涂覆-清洗，过程控制相对其他表面处 理工艺较为容易。3. 化学镀镍/浸金化学镀镍/浸金工艺不像有机涂覆那样简单，化学镀镍/浸金好像给PCB穿上厚厚的盔甲；另外化学镀镍/ 浸金工艺也不像有

13、机涂覆作为防锈阻隔层，它能够在PCB长期使用过程中有用并实现良好的电性能。因 此，化学镀镍/浸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。镀镍的原因是由于金和铜间会相互扩散，而镍层能够 阻止金和铜间的扩散；如果没有镍层，金将会在数小时内扩散到铜中去。化学镀镍/浸金的另一个好处是镍 的强度，仅仅5微米厚度的镍就可以限制高温下Z方向的膨胀。此外化学镀镍浸金也可以阻止铜的溶解， 这将有益于无铅组装。化学镀镍/浸金工艺的一般流程为：酸性清洁一微蚀-预浸-活化-化学镀镍-化学浸金，主要有6个化学 槽，涉及到近100 种化学

14、品，因此过程控制比较困难。4. 浸银浸银工艺介于有机涂覆和化学镀镍/浸金之间，工艺比较简单、快速；不像化学镀镍/浸金那样复杂，也不 是给PCB穿上一层厚厚的盔甲，但是它仍然能够提供好的电性能。银是金的小兄弟，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。浸银不具备化学镀镍/浸金所具有的好的物 理强度因为银层下面没有镍。另外浸银有好的储存性，浸银后放几年组装也不会有大的问题。浸银是置换反应，它几乎是亚微米级的纯银涂覆。有时浸银过程中还包含一些有机物，主要是防止银腐蚀 和消除银迁移问题；一般很难测量出来这一薄层有机物，分析表明有机体的重量少于1。5. 浸锡由于目前所有

15、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。从这一点来看，浸锡工艺 极具有发展前景。但是以前的PCB经浸锡工艺后出现锡须，在焊接过程中锡须和锡迁徙会带来可靠性问 题，因此浸锡工艺的采用受到限制。后来在浸锡溶液中加入了有机添加剂，可使得锡层结构呈颗粒状结构， 克服了以前的问题，而且还具有好的热稳定性和可焊性。浸锡工艺可以形成平坦的铜锡金属间化合物，这个特性使得浸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；浸锡也没有化学镀镍/浸金金属间的扩散问题铜锡金属间化合物能够 稳固的结合在一起。浸锡板不可存储太久，组装时必须根据浸锡的先后顺序进行。6. 其他表面处理工艺 其他表面处理工艺的应用较少，下面来看应用相对较多的电镀镍金和化学镀钯工艺。 电镀镍金是PCB表面处理工艺的鼻祖，自从PCB出现它就出现，以后慢慢演化为其他方式。它是在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