PCB焊盤(pán)涂層對(duì)激光錫焊的影響有哪些？2024-05-20
眾所周知，暴露在空氣中的所有金屬都會(huì)被氧化。為了防止PCB銅焊盤(pán)被氧化，焊盤(pán)表面應(yīng)涂有（鍍）保護(hù)層。PCB焊盤(pán)表面處理的材料、工藝和質(zhì)量直接影響焊接工藝和焊接質(zhì)量。此外，PCB焊盤(pán)表面處理的選擇因電子產(chǎn)品、工藝和焊接材料而異。讓我們了解一下PCB焊盤(pán)涂層對(duì)激光錫焊的四種常見(jiàn)方法的影響。
1．ENIG Ni（P）／Au鍍層
1)涂層特性ENIG) Ni（P）／Au(化學(xué)鍍鎳、金)工藝是在PCB上涂上阻焊層(綠油)后進(jìn)行的。對(duì)于ENIG Ni／Au工藝的基本要求是焊接性和焊點(diǎn)的可靠性。化學(xué)鍍層厚度為3～5μm，化學(xué)鍍層Au層(又稱(chēng)浸Au層、更換Au)，厚度為0．025～0．1μm。化學(xué)鍍厚Au層(又稱(chēng)還原Au層)，厚度為0．3～1μm，一般在0．5μm左右。
化學(xué)鍍鎳的P含量對(duì)于鍍層的焊接性和耐腐蝕性至關(guān)重要。通常含有P 7％～9％適合(中磷)。P含量過(guò)低，涂層耐腐蝕性差，易氧化。而且在腐蝕性環(huán)境中，因?yàn)镹i／Au對(duì)原電池的腐蝕作用，會(huì)對(duì)Ni產(chǎn)生影響／Au的Ni表面層被腐蝕，產(chǎn)生Ni黑膜。（NixOy），這對(duì)可焊性和焊點(diǎn)的可靠性極為不利。P含量高，鍍層耐腐蝕性提高，可焊性也能提高。
2）應(yīng)用特性
●成本高；
●黑盤(pán)問(wèn)題難以根除，虛焊缺陷率往往居高不下；
●ENIG Ni／Au表面的二次互連可靠性與OSP更高、Im－Ag、Im－Sn及HASL－Sn等涂層的可靠性較差；
●因?yàn)镋NIG Ni／Au使用Ni和5％～12％P一起鍍，所以當(dāng)PCBA的工作頻率超過(guò)5GHz時(shí)，趨膚效果非常明顯，因?yàn)镹i-P在信號(hào)傳輸中復(fù)合涂層的導(dǎo)電性比銅差，因此信號(hào)傳輸速度較慢；
●Au溶入釬料后與Sn形成的AuSn4金屬間化合物碎片，導(dǎo)致高頻阻抗不能“復(fù)零”；
●“金脆”是降低焊點(diǎn)可靠性的隱患。一般來(lái)說(shuō)，焊接時(shí)間很短，只能在幾秒鐘內(nèi)完成，因此Au不能在焊料中均勻擴(kuò)散，因此會(huì)在局部形成高濃度層，強(qiáng)度較低。
2．Im－Sn鍍層
1)涂層特性Im－Sn是近年來(lái)非鉛化過(guò)程中非常重要的一種可焊性涂層。Sn化學(xué)反應(yīng)（硫酸亞錫或氯化亞錫）獲得的Sn層厚度為0．1～1．5μm之間(經(jīng)過(guò)多次焊接至少浸泡Sn厚度應(yīng)為1．5μm）。這種厚度與鍍液中的亞錫離子濃度、溫度和涂層孔隙度有關(guān)。由于Sn具有較高的接觸電阻，因此在接觸檢測(cè)測(cè)試方面不如浸銀測(cè)試。傳統(tǒng)的Im－Sn工藝，涂層呈灰色，由于表面呈蜂窩狀排列，導(dǎo)致疏孔較多，易滲透，加速老化。
2）應(yīng)用特性
●比ENIG更昂貴 Ni／Au及Im－Ag、OSP低；
●存在錫晶須問(wèn)題，對(duì)精細(xì)間距和長(zhǎng)壽命器件影響較大，但對(duì)PCB影響不大；
●存在錫瘟現(xiàn)象，Sn相變點(diǎn)為13．2℃，低于此溫度時(shí)變成粉末狀的灰錫（α錫)，使強(qiáng)度喪失；
●在溫度環(huán)境下，SnCu金屬間化合物會(huì)加速與銅層的擴(kuò)散，導(dǎo)致SnCu金屬間化合物（IMC）如表1所示，增長(zhǎng)；
●新板具有良好的潤(rùn)濕性，但儲(chǔ)存一段時(shí)間后，或多次再流后，潤(rùn)濕性下降較快，因此后端應(yīng)用工藝較差。
●如表2所示，高溫處理后，由于錫層厚度的消耗，儲(chǔ)存時(shí)間會(huì)縮短；
3．OSP涂層
1）涂層特性O(shè)SP是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的Cu表面有機(jī)助焊保護(hù)膜（以下簡(jiǎn)稱(chēng)OSP）。一些環(huán)氮化合物，如苯醌三氮唑（BTA）、咪唑、烷基咪唑、苯醌咪唑等水溶液容易與干凈的銅表面發(fā)生反應(yīng)。這些化合物中的氮雜環(huán)與Cu表面形成復(fù)合物，這種保護(hù)膜防止Cu表面氧化。
2）應(yīng)用特性
●成本低，工藝簡(jiǎn)單；
●焊接加熱時(shí)，銅的復(fù)合物迅速分解，只留下裸銅，因?yàn)镺SP只是一個(gè)分子層，焊接時(shí)會(huì)被稀酸或助焊劑分解，因此不會(huì)有殘留物污染；
●可以更好地兼容有鉛焊接或無(wú)鉛焊接；
●OSP保護(hù)涂層與助焊劑RMA(中等活性)兼容，但與活性較低的松香基免清洗助焊劑不兼容；
●OSP厚度(目前大多采用0．2～0．4μm）對(duì)所選助焊劑的匹配性要求較高，不同厚度對(duì)助焊劑的匹配性要求也不同；
●存儲(chǔ)環(huán)境條件要求高，車(chē)間壽命短，如果生產(chǎn)管理不能配合，則不能選擇。
4．Im－Ag鍍層
1）涂層特性Ag在室溫下具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和焊接性，反射能力強(qiáng)，高頻損耗小，表面?zhèn)鲗?dǎo)能力高。然而，Ag對(duì)S有很高的親和力，大氣中有少量的S（H2）S、所有的SO2或其它硫化物都會(huì)改變顏色，產(chǎn)生Ag2S、Ag2O失去了可焊性。Ag的另一個(gè)缺點(diǎn)是，在潮濕的環(huán)境中，Ag離子很容易沿絕緣材料的表面和體積方向遷移，從而降低甚至短路材料的絕緣性能。
沉積在基材銅上的Ag厚0．075～0．225μm，表面光滑，可引線鍵合。
2）應(yīng)用特性
●與Au或Pd相比，其成本相對(duì)便宜；
●具有良好的引線鍵合性，與Sn基釬料合金具有良好的可焊性；
●金屬間化合物在Ag和Sn之間形成(Ag3Sn）沒(méi)有明顯的易碎性；
●在射頻（RF）由于電路中的趨膚效應(yīng)，Ag的高電導(dǎo)率特性剛剛發(fā)揮出來(lái)；
●和空氣中的S、Cl、O接觸時(shí)，分別在表面生成AgS、AgCl、Ag2O，使其表面失去光澤而變暗，影響外觀和可焊性。
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