PCB表面處理方式有;噴錫(Hot Air Solder Leveling,HASL熱風(fēng)整平),OSP(防氧化),全板鍍
- 發(fā)布時(shí)間:2024-09-24 15:50:26
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什么是表面處理?
由于銅長(zhǎng)期與空氣接觸會(huì)使得銅氧化,所以我們需要在PCB表面做一些處理,這樣才可以保證PCB板的可焊性和電性能。
目前常見的處理工藝有:噴錫(Hot Air Solder Leveling,HASL熱風(fēng)整平)、OSP(防氧化)、全板鍍鎳金、沉金、沉錫、沉銀、化學(xué)鎳鈀金、電鍍硬金等,下面我們就對(duì)這些處理工藝做一個(gè)詳細(xì)的介紹。
噴錫(Hot Air Solder Leveling,HASL熱風(fēng)整平)
它是在PCB表面涂覆熔融錫鉛焊料并用加熱壓縮空氣整平(吹平)的工藝,使其形成一層既抗銅氧化又可提供良好的可焊性的涂覆層。熱風(fēng)整平時(shí)焊料和銅在結(jié)合處形成銅錫金屬化合物,其厚度大約有1~2mil。PCB進(jìn)行熱風(fēng)整平時(shí)要浸在熔融的焊料中,風(fēng)刀在焊料凝固之前吹平液態(tài)焊料,并能夠?qū)~面上焊料的彎月狀最小化和阻止焊料橋接。熱風(fēng)整平分為垂直式和水平式兩種,一般水平式較好,其鍍層比較均勻,便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。
HASL工藝的優(yōu)點(diǎn)是:價(jià)格較低,焊接性能佳。
HASL工藝的缺點(diǎn)是:不適合用來焊接細(xì)間隙的引腳及過小的元器件,因?yàn)閲婂a板的表面平整度較差,且在后續(xù)組裝過程中容易產(chǎn)生錫珠(Solder bead),對(duì)細(xì)間隙引腳(Fine pitch)元器件較易造成短路。
有鉛噴錫
無鉛噴錫
有鉛和無鉛的區(qū)別:有鉛抗氧化性更強(qiáng),不容易氧化,熔點(diǎn)更低,容易焊接。
有機(jī)涂覆(OSP防氧化)
OSP不同于其它表面處理工藝之處為:它的作用是在銅和空氣間充當(dāng)阻隔層;簡(jiǎn)單地說,OSP就是在潔凈的裸銅表面上,以化學(xué)的方法長(zhǎng)出一層有機(jī)皮膜。這層膜具有防氧化,耐熱沖擊,耐濕性,用以保護(hù)銅表面于常態(tài)環(huán)境中不再繼續(xù)生銹(氧化或硫化等);同時(shí)又必須在后續(xù)的焊接高溫中,能很容易被助焊劑所迅速清除,以便焊接。
有機(jī)涂覆工藝簡(jiǎn)單,成本低廉,使得其在業(yè)界被廣泛使用。早期的有機(jī)涂覆分子是起防銹作用的咪唑和苯并三唑,最新的分子主要是苯并咪唑。為了保證可以進(jìn)行多次回流焊,銅面上只有一層的有機(jī)涂覆層是不行的,必須有很多層,這就是為什么化學(xué)槽中通常需要添加銅液。在涂覆第一層之后,涂覆層吸附銅;接著第二層的有機(jī)涂覆分子與銅結(jié)合,直至二十甚至上百次的有機(jī)涂覆分子集結(jié)在銅面。
其一般流程為:脫脂-->微蝕-->酸洗-->純水清洗-->有機(jī)涂覆-->清洗,過程控制相對(duì)其他表面處理工藝較為容易。【哈哈,DIY的板子基本是這種吧?看著很LOW的趕腳】
OSP工藝
化學(xué)鍍鎳/沉金
是在銅面上包裹一層厚厚的,電性能良好的鎳金合金并可以長(zhǎng)期保護(hù)PCB。不像OSP那樣僅作為防銹阻隔層,其能夠在PCB長(zhǎng)期使用過程中有用并實(shí)現(xiàn)良好的電性能。另外它也具有其它表面處理工藝所不具備的對(duì)環(huán)境的忍耐性。鍍鎳的原因是由于金和銅之間會(huì)相互擴(kuò)散,而鎳層可以阻止其之間的擴(kuò)散,如果沒有鎳層的阻隔,金將會(huì)在數(shù)小時(shí)內(nèi)擴(kuò)散到銅中去?;瘜W(xué)鍍鎳/沉金的另一個(gè)好處是鎳的強(qiáng)度,僅僅5um厚度的鎳就可以控制高溫下Z方向的膨脹。此外化學(xué)鍍鎳/浸金也可以阻止銅的溶解,這將有益于無鉛焊接。
其一般流程為:脫酸洗清潔-->微蝕-->預(yù)浸-->活化-->化學(xué)鍍鎳-->化學(xué)沉金;其過程中有6個(gè)化學(xué)槽,涉及到近百種化學(xué)品,過程比較復(fù)雜。
高TG沉金PCB電路板
鍍鎳工藝PCB
沉銀
沉銀工藝介于OSP和化學(xué)鍍鎳/沉金之間,工藝較簡(jiǎn)單、快速。沉銀不是給PCB穿上厚厚的盔甲,即使暴露在熱、濕和污染的環(huán)境中,仍能提供很好的電性能和保持良好的可焊性,但會(huì)失去光澤。因?yàn)殂y層下面沒有鎳,所以沉銀不具備化學(xué)鍍鎳/沉金所有的好的物理強(qiáng)度。沉銀是置換反應(yīng),它幾乎是亞微米級(jí)的純銀涂覆。有時(shí)沉銀過程中還包含一些有機(jī)物,主要是防止銀腐蝕和消除銀遷移問題,一般很難量測(cè)出來這一薄層的有機(jī)物,分析表明有機(jī)體的重量少于1%。
沉錫
由于所有焊料是以錫為基礎(chǔ)的,所以錫層能與任何類型的焊料相匹配,從這一點(diǎn)來看,沉錫工藝極具發(fā)展前景。但以前的PCB經(jīng)沉錫工藝后易出現(xiàn)錫須,在焊接過程中錫須和錫遷移會(huì)帶來可靠性問題,因此限制了沉錫工藝的采用。后在沉錫溶液中加入了有機(jī)添加劑,使錫層結(jié)構(gòu)呈顆粒狀結(jié)構(gòu),克服了之前的問題,而且還具有好的熱穩(wěn)定性和可焊性。沉錫工藝可以形成平坦的銅錫金屬間化合物,這個(gè)特性使得沉錫具有和熱風(fēng)整平一樣的好的可焊性而沒有熱風(fēng)整平令人頭疼的平坦性問題;也沒有化學(xué)鍍鎳/沉金金屬間的擴(kuò)散問題;只是沉錫板不可以存儲(chǔ)太久。
沉錫工藝PCB
電鍍硬金
電鍍鎳金工藝需要先在PCB表面導(dǎo)體先電鍍上一層鎳之后再電鍍上一層金,鍍鎳主要是防止金和銅之間的擴(kuò)散,通常在PCB的金手指處就是用的就是此工藝。
鍍硬金PCB
化學(xué)鎳鈀金
化學(xué)鍍鈀主要過程是通過還原劑使鈀離子在催化的表面還原成鈀,新生的鈀可成為推動(dòng)反應(yīng)的催化劑,因而可得到任意厚度的鍍鈀層。其優(yōu)點(diǎn)有好焊接,表面平整,熱穩(wěn)定性好等。
鎳鈀金PCB
現(xiàn)在在表面處理工藝中熱風(fēng)整平用的會(huì)比較多,熱風(fēng)整平工藝對(duì)于尺寸較大的元件和間距較大的導(dǎo)線而言,是非常好的,但是對(duì)于密度比較高的PCB不太實(shí)用,熱風(fēng)整平的平坦性會(huì)影響后續(xù)的組裝,所以一般HDI板不采用此工藝。有機(jī)涂覆使用的范圍就比較廣了,由于價(jià)格比較便宜,在低密度和高密度的PCB當(dāng)中都有較廣泛的應(yīng)用,所以在表面連接功能性無要求時(shí)有機(jī)涂覆是最理想的表面處理工藝?;瘜W(xué)鍍鎳通常應(yīng)用在連接功能性要求比較長(zhǎng)的存儲(chǔ)板上面和我們的有機(jī)涂覆相反,一般在手機(jī)和路由器中都有應(yīng)用。最后,沉銀通常是介于有機(jī)涂覆和化學(xué)鍍鎳之中的一種工藝,如果PCB對(duì)連接性功能有一定的要求,又需要降低成本那么沉銀通常是最優(yōu)的選擇。再價(jià)格方面也是有顯著區(qū)別的,拿沉金和有鉛噴錫還有無鉛噴錫以及OSP工藝舉例,在其他條件相同的情況下沉金工藝一般比較貴的,依次是OSP,無鉛噴錫,有鉛噴錫價(jià)格最便宜。
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