常见的PCB表面处理工艺.pdf

《常见的PCB表面处理工艺.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常见的PCB表面处理工艺.pdf（9页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、常见的 P C B 表面处理工艺 2 0 0 7-1 1-0 1 1 8:2 0 常见的 P C B 表面处理工艺常见的 P C B 表面处理工艺 这里的“表面”指的是 P C B 上为电子元器件或其他系统到 P C B 的电路之间提供电气连接的连接点，如焊盘或接触式连接的连接点。这里的“表面”指的是 P C B 上为电子元器件或其他系统到 P C B 的电路之间提供电气连接的连接点，如焊盘或接触式连接的连接点。裸铜本身的可焊性很好，但是暴露在空气中很容易氧化，而且容易受到污染。这也是 P C B 必须要进行表面处理的原因。裸铜本身的可焊性很好，但是暴露在空气中很容易氧化，而且容易受到污染。这

2、也是 P C B 必须要进行表面处理的原因。1、H A S L 1、H A S L 在穿孔器件占主导地位的场合，波峰焊是最好的焊接方法。采用热风整平（H A S L，H o t-a i r s o l d e r l e v e l i n g）表面处理技术足以满足波峰焊的工艺要求，当然对于结点强度（尤其是接触式连接）要求较高的场合，多采用电镀镍/金的方法。H A S L 是在世界范围内主要应用的表面处理技术，但是有三个主要动力推动着电子工业不得不考虑 H A S L 的替代技术：成本、新的工艺需求和无铅化需要。在穿孔器件占主导地位的场合，波峰焊是最好的焊接方法。采用热风整平（H A S L，

3、H o t-a i r s o l d e r l e v e l i n g）表面处理技术足以满足波峰焊的工艺要求，当然对于结点强度（尤其是接触式连接）要求较高的场合，多采用电镀镍/金的方法。H A S L 是在世界范围内主要应用的表面处理技术，但是有三个主要动力推动着电子工业不得不考虑 H A S L 的替代技术：成本、新的工艺需求和无铅化需要。从成本的观点来看，许多电子元件诸如移动通信和个人计算机正变成平民化的消费品。以成本或更低的价格销售，才能在激烈的竞争环境中立于不败之地。从成本的观点来看，许多电子元件诸如移动通信和个人计算机正变成平民化的消费品。以成本或更低的价格销售，才能在激烈的

4、竞争环境中立于不败之地。组装技术发展到 S M T 以后，P C B 焊盘在组装过程中要求采用丝网印刷和回流焊接工艺。在 S M A 场合，P C B 表面处理工艺最初依然沿用了 H A S组装技术发展到 S M T 以后，P C B 焊盘在组装过程中要求采用丝网印刷和回流焊接工艺。在 S M A 场合，P C B 表面处理工艺最初依然沿用了 H A SL 技术，但是随着 S M T 器件的不断缩小，焊盘和网板开孔也在随之变小，H A S L 技术的弊端逐渐暴露了出来。H A S L 技术处理过的焊盘不够平整，共面性不能满足细间距焊盘的工艺要求。L 技术，但是随着 S M T 器件的不断缩小，

5、焊盘和网板开孔也在随之变小，H A S L 技术的弊端逐渐暴露了出来。H A S L 技术处理过的焊盘不够平整，共面性不能满足细间距焊盘的工艺要求。环境的关注通常集中在潜在的铅对环境的影响。环境的关注通常集中在潜在的铅对环境的影响。2、有机可焊性保护层（O S P）2、有机可焊性保护层（O S P）O S P 的保护机理O S P 的保护机理 故名思意，有机可焊性保护层（O S P,O r g a n i c s o l d e r a b i l i t y p r e s e rv a t i v e）是一种有机涂层，用来防止铜在焊接以前氧化，也就是保护 PC B 焊盘的可焊性不受破坏。目

6、前广泛使用的两种 O S P 都属于含氮有机化合物，即连三氮茚（B e n z o t r i a z o l e s）和咪唑有机结晶碱（I m i d a z ol e s）。它们都能够很好的附着在裸铜表面，而且都很专一只情有独钟于铜，而不会吸附在绝缘涂层上，比如阻焊膜。故名思意，有机可焊性保护层（O S P,O r g a n i c s o l d e r a b i l i t y p r e s e rv a t i v e）是一种有机涂层，用来防止铜在焊接以前氧化，也就是保护 PC B 焊盘的可焊性不受破坏。目前广泛使用的两种 O S P 都属于含氮有机化合物，即连三氮茚（B e

7、n z o t r i a z o l e s）和咪唑有机结晶碱（I m i d a z ol e s）。它们都能够很好的附着在裸铜表面，而且都很专一只情有独钟于铜，而不会吸附在绝缘涂层上，比如阻焊膜。连三氮茚会在铜表面形成一层分子薄膜，在组装过程中，当达到一定的温度时，这层薄膜将被熔掉，尤其是在回流焊过程中，O S P 比较容易挥发掉。咪唑有机结晶碱在铜表面形成的保护薄膜比连三氮茚更厚，在组装过程中可以承受更多的热量周期的冲击。连三氮茚会在铜表面形成一层分子薄膜，在组装过程中，当达到一定的温度时，这层薄膜将被熔掉，尤其是在回流焊过程中，O S P 比较容易挥发掉。咪唑有机结晶碱在铜表面形成的

8、保护薄膜比连三氮茚更厚，在组装过程中可以承受更多的热量周期的冲击。O S P 涂附工艺O S P 涂附工艺 清洗:在 O S P 之前，首先要做的准备工作就是把铜表面清洗干净。其目清洗:在 O S P 之前，首先要做的准备工作就是把铜表面清洗干净。其目的主要是去除铜表面的有机或无机残留物，确保蚀刻均匀。的主要是去除铜表面的有机或无机残留物，确保蚀刻均匀。微蚀刻（M i c r o e t c h）：通过腐蚀铜表面，新鲜明亮的铜便露出来了，这样有助于与 O S P 的结合。可以借助适当的腐蚀剂进行蚀刻，如过硫化钠（s o d i u m p e r s u l p h a t e），过氧化硫酸（

9、p e r o x i d e/s u l f u r i c a c i d）等。微蚀刻（M i c r o e t c h）：通过腐蚀铜表面，新鲜明亮的铜便露出来了，这样有助于与 O S P 的结合。可以借助适当的腐蚀剂进行蚀刻，如过硫化钠（s o d i u m p e r s u l p h a t e），过氧化硫酸（p e r o x i d e/s u l f u r i c a c i d）等。C o n d i t i o n e r：可选步骤，根据不同的情况或要求来决定要不要进行这些处理。C o n d i t i o n e r：可选步骤，根据不同的情况或要求来决定要不要进

10、行这些处理。O S P：然后涂 O S P 溶液，具体温度和时间根据具体的设备、溶液的特性和要求而定。O S P：然后涂 O S P 溶液，具体温度和时间根据具体的设备、溶液的特性和要求而定。清洗残留物：完成上面的每一步化学处理以后，都必须清洗掉多余的化学残留物或其他无用成分。一般清洗一到两次足夷。物极必反，过分的清洗反倒会引起产品氧化或失去光泽等，这是我们不希望看到的。清洗残留物：完成上面的每一步化学处理以后，都必须清洗掉多余的化学残留物或其他无用成分。一般清洗一到两次足夷。物极必反，过分的清洗反倒会引起产品氧化或失去光泽等，这是我们不希望看到的。整个处理过程必须严格按照工艺规定操作，比如严

11、格控制时间、温度和周转过程等。整个处理过程必须严格按照工艺规定操作，比如严格控制时间、温度和周转过程等。O S P 的应用O S P 的应用 P C B 表面用 O S P 处理以后，在铜的表面形成一层薄薄的有机化合物，从而保护铜不会被氧化。B e n z o t r i a z o l e s 型 O S P 的厚度一般为 1 0 0 A，而 I m i d a z o l e s 型 O S P 的厚度要厚一些，一般为 4 0 0 A。O S P 薄膜是P C B 表面用 O S P 处理以后，在铜的表面形成一层薄薄的有机化合物，从而保护铜不会被氧化。B e n z o t r i a z

12、 o l e s 型 O S P 的厚度一般为 1 0 0 A，而 I m i d a z o l e s 型 O S P 的厚度要厚一些，一般为 4 0 0 A。O S P 薄膜是透明的，肉眼不容易辨别其存在性，检测困难。透明的，肉眼不容易辨别其存在性，检测困难。在组装过程中（回流焊），O S P 很容易就熔进到了焊膏或者酸性的 F l u x里面，同时露出活性较强的铜表面，最终在元器件和焊盘之间形成S n/C u金属间化合物，因此，O S P 用来处理焊接表面具有非常优良的特性。在组装过程中（回流焊），O S P 很容易就熔进到了焊膏或者酸性的 F l u x里面，同时露出活性较强的铜表面

13、，最终在元器件和焊盘之间形成S n/C u金属间化合物，因此，O S P 用来处理焊接表面具有非常优良的特性。O S P 不存在铅污染问题，所以环保。O S P 不存在铅污染问题，所以环保。O S P 的局限性O S P 的局限性 1、由于 O S P 透明无色，所以检查起来比较困难，很难辨别 P C B 是否涂过 O S P。1、由于 O S P 透明无色，所以检查起来比较困难，很难辨别 P C B 是否涂过 O S P。2、O S P 本身是绝缘的，它不导电。B e n z o t r i a z o l e s 类的 O S P 比较薄，可能不会影响到电气测试，但对于 I m i d a

14、 z o l e s 类 O S P，形成的保护膜比较厚，会影响电气测试。O S P 更无法用来作为处理电气接触表面，比如按键的键盘表面。2、O S P 本身是绝缘的，它不导电。B e n z o t r i a z o l e s 类的 O S P 比较薄，可能不会影响到电气测试，但对于 I m i d a z o l e s 类 O S P，形成的保护膜比较厚，会影响电气测试。O S P 更无法用来作为处理电气接触表面，比如按键的键盘表面。3、O S P 在焊接过程中，需要更加强劲的 F l u x，否则消除不了保护膜，从而导致焊接缺陷。3、O S P 在焊接过程中，需要更加强劲的 F l

15、 u x，否则消除不了保护膜，从而导致焊接缺陷。4、在存储过程中，O S P 表面不能接触到酸性物质，温度不能太高，否则 O S P 会挥发掉。4、在存储过程中，O S P 表面不能接触到酸性物质，温度不能太高，否则 O S P 会挥发掉。随着技术的不断创新，O S P 已经历经了几代改良，其耐热性和存储寿命、与 F l u x 的兼容性已经大大提高了。随着技术的不断创新，O S P 已经历经了几代改良，其耐热性和存储寿命、与 F l u x 的兼容性已经大大提高了。3、化镍浸金(E N I G)3、化镍浸金(E N I G)E N I G 的保护机理E N I G 的保护机理 通过化学方法在

16、铜表面镀上 N i/A u。内层 N i 的沉积厚度一般为 1 2 0 2 4 0 i n（约 3 6 m），外层 A u 的沉积厚度比较薄，一般为 2 通过化学方法在铜表面镀上 N i/A u。内层 N i 的沉积厚度一般为 1 2 0 2 4 0 i n（约 3 6 m），外层 A u 的沉积厚度比较薄，一般为 2 4 i n c h 4 i n c h （0.0 5 0.1 m）。N i 在焊锡和铜之间形成阻隔层。焊接时，外面的A u 会迅速融解在焊锡里面，焊锡与 N i 形成 N i/S n 金属间化合物。外面镀金是为了防止在存储期间 N i 氧化或者钝化，所以金镀层要足够密，厚度不能

17、太薄。（0.0 5 0.1 m）。N i 在焊锡和铜之间形成阻隔层。焊接时，外面的A u 会迅速融解在焊锡里面，焊锡与 N i 形成 N i/S n 金属间化合物。外面镀金是为了防止在存储期间 N i 氧化或者钝化，所以金镀层要足够密，厚度不能太薄。E N I G 处理工艺 E N I G 处理工艺 清洗:清洗的目的与 O S P 工艺一样，清楚铜表面的有机或无机残留物，为蚀刻和催化做好准备。清洗:清洗的目的与 O S P 工艺一样，清楚铜表面的有机或无机残留物，为蚀刻和催化做好准备。蚀刻（M i c r o e t c h）：同 O S P 工艺 蚀刻（M i c r o e t c h）：

18、同 O S P 工艺 催化剂：这一步的作用是在铜表面沉积一层催化剂薄膜，从而降低铜的活性能量，这样 N i 就比较容易沉积在铜表面。钯、钌都是可以使用的催化剂。催化剂：这一步的作用是在铜表面沉积一层催化剂薄膜，从而降低铜的活性能量，这样 N i 就比较容易沉积在铜表面。钯、钌都是可以使用的催化剂。化学镀镍：这里就不详细介绍其具体过程了。镍沉积含有 6 1 1 的磷，根据实际的具体用途，镍可能用作焊接表面，也可能作为接触表面，但不论怎样，必须确保镍有足够的厚度，以达到保护铜的作用。化学镀镍：这里就不详细介绍其具体过程了。镍沉积含有 6 1 1 的磷，根据实际的具体用途，镍可能用作焊接表面，也可能

19、作为接触表面，但不论怎样，必须确保镍有足够的厚度，以达到保护铜的作用。浸金：在这个过程中，目的是沉积一层薄薄的且连续的金保护层，主要金的厚度不能太厚，否则焊点将变得很脆，严重影响焊电可靠性。与镀镍一样，浸金的工作温度很高，时间也很长。在浸洗过程中，将发生置换反应在镍的表面，金置换镍，不过当置换到一定程度时，置换反应会自动停止。金强度很高，耐磨擦，耐高温，不易氧化，所以可以防止镍氧化或钝化，并适合工作在强度要求高的场合。浸金：在这个过程中，目的是沉积一层薄薄的且连续的金保护层，主要金的厚度不能太厚，否则焊点将变得很脆，严重影响焊电可靠性。与镀镍一样，浸金的工作温度很高，时间也很长。在浸洗过程中，

20、将发生置换反应在镍的表面，金置换镍，不过当置换到一定程度时，置换反应会自动停止。金强度很高，耐磨擦，耐高温，不易氧化，所以可以防止镍氧化或钝化，并适合工作在强度要求高的场合。清洗残留物：完成上面的每一步化学处理以后，都必须清洗掉多余的化学残留物或其他无用成分。一般清洗一到两次足夷。物极必反，过分的清洗反倒会引起产品氧化或失去光泽等，这是我们不希望看到的。清洗残留物：完成上面的每一步化学处理以后，都必须清洗掉多余的化学残留物或其他无用成分。一般清洗一到两次足夷。物极必反，过分的清洗反倒会引起产品氧化或失去光泽等，这是我们不希望看到的。E N I G 的应用E N I G 的应用 E N I G

21、处理过的 P C B 表面非常平整，共面性很好，用于按键接触面非他莫属。其次，E N I G 可焊性极佳，金会迅速融入熔化的焊锡里面，从而露出新鲜的 N i。E N I G 处理过的 P C B 表面非常平整，共面性很好，用于按键接触面非他莫属。其次，E N I G 可焊性极佳，金会迅速融入熔化的焊锡里面，从而露出新鲜的 N i。E N I G 的局限性E N I G 的局限性 E N I G 的工艺过程比较复杂，而且如果要达到很好的效果，必须严格控制工艺参数。最为麻烦的是，E N I G 处理过的 P C B 表面在 E N I G 或焊接过程中很容易产生黑盘效应（B l a c k p a

22、 d），从而给焊点的可靠性带来灾难性的影响。黑盘的产生机理非常复杂，它发生在 N i 与金的交接面，直接表现为 N i 过度氧化。金过多，会使焊点脆化，影响可靠性。E N I G 的工艺过程比较复杂，而且如果要达到很好的效果，必须严格控制工艺参数。最为麻烦的是，E N I G 处理过的 P C B 表面在 E N I G 或焊接过程中很容易产生黑盘效应（B l a c k p a d），从而给焊点的可靠性带来灾难性的影响。黑盘的产生机理非常复杂，它发生在 N i 与金的交接面，直接表现为 N i 过度氧化。金过多，会使焊点脆化，影响可靠性。4、化镍钯浸金(E N E P I G)4、化镍钯浸金

23、(E N E P I G)化镍钯浸金的原理化镍钯浸金的原理 E N E P I G 与 E N I G 相比，在镍和金之间多了一层钯。N i 的沉积厚度为 1 2 0 2 4 0 i n（约 3 6 m），钯的厚度为 4 2 0 i n（约 0.1 0.5 m），金的厚度为 1 4 i n（约 0.0 2 0.1 m）。钯可以防止出现置换反应导致的腐蚀现象，为浸金作好充分准备。金则紧密的覆盖在钯上面，提供良好的接触面。E N E P I G 与 E N I G 相比，在镍和金之间多了一层钯。N i 的沉积厚度为 1 2 0 2 4 0 i n（约 3 6 m），钯的厚度为 4 2 0 i n（

24、约 0.1 0.5 m），金的厚度为 1 4 i n（约 0.0 2 0.1 m）。钯可以防止出现置换反应导致的腐蚀现象，为浸金作好充分准备。金则紧密的覆盖在钯上面，提供良好的接触面。化镍钯浸金的工艺步骤化镍钯浸金的工艺步骤 化镍钯浸金的工艺步骤见表 3化镍钯浸金的工艺步骤见表 3 化镍钯浸金的应用化镍钯浸金的应用 化镍钯浸金的应用非常广泛，可以替代化镍浸金。在焊接过程中，钯和金都会融解到熔化的焊锡里面，从而形成镍/锡金属间化合物。化镍钯浸金的应用非常广泛，可以替代化镍浸金。在焊接过程中，钯和金都会融解到熔化的焊锡里面，从而形成镍/锡金属间化合物。化镍钯浸金的局限性化镍钯浸金的局限性 化镍钯浸

25、金虽然有很多优点，但是钯的价格很贵，同时钯是一种短缺资源，主要发布在前苏联。同时与化镍浸金一样，其工艺控制要求很严。化镍钯浸金虽然有很多优点，但是钯的价格很贵，同时钯是一种短缺资源，主要发布在前苏联。同时与化镍浸金一样，其工艺控制要求很严。5、浸银(I m m e r s i o n s i l v e r)5、浸银(I m m e r s i o n s i l v e r)浸银的工作原理浸银的工作原理 通过浸银工艺处理，薄（5 1 5 i n，约 0.1 0.4 m）而密的银沉积提供一层有机保护膜，铜表面在银的密封下，大大延长了寿命。浸银的表面很平，而且可焊性很好。通过浸银工艺处理，薄（5

26、 1 5 i n，约 0.1 0.4 m）而密的银沉积提供一层有机保护膜，铜表面在银的密封下，大大延长了寿命。浸银的表面很平，而且可焊性很好。浸银的工作步骤浸银的工作步骤 浸银的工作步骤见表 4。浸银的工作步骤见表 4。其他步骤这里不再赘述，预浸的目的主要是防止污染物的引入。浸银过程也是一个在铜表面银替换铜的置换反映过程。银沉积层同时含有有机添加剂和有机表面活性剂，有机添加剂用来确保浸银平整，而有机表面活性剂则可以保护 P C B 在储藏过程中银吸收潮气。其他步骤这里不再赘述，预浸的目的主要是防止污染物的引入。浸银过程也是一个在铜表面银替换铜的置换反映过程。银沉积层同时含有有机添加剂和有机表面

27、活性剂，有机添加剂用来确保浸银平整，而有机表面活性剂则可以保护 P C B 在储藏过程中银吸收潮气。浸银的应用浸银的应用 浸银焊接面可焊性很好，在焊接过程中银会融解到熔化的锡膏里，和H A S L 和 O S P 一样在焊接表面形成 C u/S n 金属间化合物。浸银表面共面性很好，同时不像 O S P 那样存在导电方面的障碍，但是在作为接触表面（如按键面）时，其强度没有金好。浸银焊接面可焊性很好，在焊接过程中银会融解到熔化的锡膏里，和H A S L 和 O S P 一样在焊接表面形成 C u/S n 金属间化合物。浸银表面共面性很好，同时不像 O S P 那样存在导电方面的障碍，但是在作为接

28、触表面（如按键面）时，其强度没有金好。浸银的局限性 浸银的局限性 浸银的一个让人无法忽略的问题是银的电子迁移问题。当暴露在潮湿的环境下时，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的发生。浸银的一个让人无法忽略的问题是银的电子迁移问题。当暴露在潮湿的环境下时，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的发生。6、浸锡6、浸锡 浸锡原理浸锡原理 由于两个原因才采用了浸锡工艺：其一是浸锡表面很平，共面性很好；其二是浸锡无铅。但是在浸锡过程中容易产生 C u/S n 金属间化合物，C u/S n 金属间化合物可焊性很差。由于两个原因才采用了浸锡

29、工艺：其一是浸锡表面很平，共面性很好；其二是浸锡无铅。但是在浸锡过程中容易产生 C u/S n 金属间化合物，C u/S n 金属间化合物可焊性很差。如果采用浸锡工艺，必须克服两障碍：颗粒大小和 C u/S n 金属间化合物的产生。浸锡颗粒必须足够小，而且要无孔。锡的沉积厚度不低于4 0 i n（1.0 m）是比较合理的，这样才能提供一个纯锡表面，以满足可焊性要求。如果采用浸锡工艺，必须克服两障碍：颗粒大小和 C u/S n 金属间化合物的产生。浸锡颗粒必须足够小，而且要无孔。锡的沉积厚度不低于4 0 i n（1.0 m）是比较合理的，这样才能提供一个纯锡表面，以满足可焊性要求。浸锡的工艺步骤

30、预浸银基本相似，这里不再赘述。浸锡的工艺步骤预浸银基本相似，这里不再赘述。浸锡的应用和局限性浸锡的应用和局限性 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，C u/S n金属间化合物会不断增长，直到失去可焊性。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，C u/S n金属间化合物会不断增长，直到失去可焊性。7、比较：7、比较：每种表面处理工艺各有起独到之处，应用范围也不大相同。但化镍钯浸金(E N E P I G)是一种万能的处理方法，它能够满足各种组装场合的要求。每种表面处理工艺各有起独到之处，应用范围也不大相同。但化镍钯浸金(E N E P I G)是一种万能的处理方法，它能够满足各种组装场合的要求。