常见的PCB表面处理工艺(一)

1HASL

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(HASL, Hot-air solder leveling)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。HASL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HASL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。

组装技术发展到SMT以后, PCB焊盘在组装过程中要求采用丝网印刷和回流焊接工艺。在SMA场合,PCB表面处理工艺最初依然沿用了HASL技术,但是随着SMT器件的不断缩小, 焊盘和网板开孔也在随之变小,HASL技术的弊端逐渐暴露了出来。HASL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。

2、有机可焊性保护层(OSP

OSP的保护机理

故名思意,有机可焊性保护层(OSP, Organic solderability preservative)是一种有机涂层,用来防止铜在焊接以前氧化,也就是保护PCB焊盘的可焊性不受破坏。目前广泛使用的两种OSP都属于含氮有机 化合物,即连三氮茚(Benzotriazoles)和咪唑有机结晶碱(Imidazoles)。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,OSP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。

OSP涂附工艺

清洗: 在OSP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。

微蚀刻(Microetch):通过腐蚀铜表面,新鲜明亮的铜便露出来了,这样有助于与OSP的结合。可以借助适当的腐蚀剂进行蚀刻,如过硫化钠(sodium persulphate),过氧化硫酸(peroxide/sulfuric acid)等。

Conditioner: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。

OSP:然后涂OSP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。

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。

OSP的应用

PCB 表面用OSP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。Benzotriazoles型OSP的厚度一般为100A°,而 Imidazoles型OSP的厚度要厚一些,一般为400 A°。OSP薄膜是透明的,肉眼不容易辨别其存在性,检测困难。

在组装过程中(回流焊),OSP很容易就熔进到了焊膏或者酸性的Flux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Sn/Cu金属间化合物,因此,OSP用来处理焊接表面具有非常优良的特性。

OSP不存在铅污染问题,所以环保。

OSP的局限性

1、   由于OSP透明无色,所以检查起来比较困难,很难辨别PCB是否涂过OSP。

2、   OSP本身是绝缘的,它不导电。Benzotriazoles类的OSP比较薄,可能不会影响到电气测试,但对于Imidazoles类OSP,形成的保护膜比较厚,会影响电气测试。OSP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、   OSP在焊接过程中,需要更加强劲的Flux,否则消除不了保护膜,从而导致焊接缺陷。

4、   在存储过程中,OSP表面不能接触到酸性物质,温度不能太高,否则OSP会挥发掉。

随着技术的不断创新,OSP已经历经了几代改良,其耐热性和存储寿命、与Flux的兼容性已经大大提高了。

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