我們都知道,所有暴露在空氣中的金屬都會被氧化。為了防止PCB銅焊盤被氧化,焊盤表面都要進行涂(鍍)保護層處理。PCB焊盤表面處理的材料、工藝、質量直接影響焊接工藝和焊接質量。另外,不同的電子產品、不同工藝、不同焊接材料,對PCB焊盤表面處理的選擇也是有區別的。下面就讓我們來認識一下PCB焊盤涂層的4種常見方式對激光焊錫的影響。
1.ENIG Ni(P)/Au鍍層
1)鍍層特點ENIG Ni(P)/Au(化學鍍鎳、金)工藝是在PCB涂敷阻焊層(綠油)之后進行的。對ENIG Ni/Au工藝的蕞基本要求是可焊性和焊點的可靠性。化學鍍Ni層厚度為3~5μm,化學鍍薄Au層(又稱浸Au、置換Au),厚度為0.025~0.1μm。化學鍍厚Au層(又稱還原Au),厚度為0.3~1μm,一般在0.5μm左右。
化學鍍鎳的含P量,對鍍層可焊性和耐腐蝕性是至關重要的。一般以含P 7%~9%為宜(中磷)。含P量太低,鍍層耐腐蝕性差,易氧化。而且在腐蝕環境中由于Ni/Au的腐蝕原電池作用,會對Ni/Au的Ni表面層產生腐蝕,生成Ni的黑膜(NixOy),這對可焊性和焊點的可靠性都是極為不利的。P含量高,鍍層抗腐蝕性提高,可焊性也可以改善。
2)應用特性
●成本高;
●黑盤問題很難根除,虛焊缺陷率往往居高不下;
●ENIG Ni/Au表面的二級互連可靠性比OSP、Im-Ag、Im-Sn及HASL-Sn等涂敷層的可靠性都要差;
●由于ENIG Ni/Au用的是Ni和5%~12%的P一起鍍上去的,因此,當PCBA工作頻率超過5GHz,趨膚效應很明顯時,信號傳輸中由于Ni-P復合鍍層的導電性比銅差,所以信號的傳輸速度變慢;
●焊接中Au溶入釬料后與Sn形成的AuSn4金屬間化合物碎片,導致高頻阻抗不能“復零”;
●存在“金脆”是降低焊點可靠性的隱患。一般情況下,焊接時間很短,只在幾秒內完成,所以Au不能在焊料中均勻地擴散,這樣就會在局部形成高濃度層,這層的強度蕞低。
2.Im-Sn鍍層
1)鍍層特點Im-Sn是近年來無鉛化過程中受重視的可焊性鍍層。浸Sn化學反應(用硫酸亞錫或氯化亞錫)所獲得的Sn層厚度在0.1~1.5μm之間(經多次焊接至少浸Sn厚度應為1.5μm)。該厚度與鍍液中的亞錫離子濃度、溫度及鍍層疏孔度等有關。由于Sn具有較高的接觸電阻,在接觸探測測試方面,不像浸銀的那樣好。常規Im-Sn工藝,鍍層呈灰色,由于表面呈蜂窩狀排列,以致疏孔較多,容易滲透導致老化程度加快。
2)應用特性
●成本比ENIG Ni/Au及Im-Ag、OSP低;
●存在錫晶須問題,對精細間距與長使用壽命器件影響較大,但對PCB的影響不大;
●存在錫瘟現象,Sn相變點為13.2℃,低于這個溫度時變成粉末狀的灰色錫(α錫),使強度喪失;
●Sn鍍層在溫度環境下會加速與銅層的擴散運動而導致SnCu金屬間化合物(IMC)的生長,如表1所示;
●經過高溫處理后,由于錫層厚度的消耗,將導致儲存時間縮短,如表2所示;
●新板的潤濕性好,但存儲一段時間后,或多次再流后潤濕性下降快,因此后端應用工藝性較差。
3.OSP涂層
1)涂層特點OSP是20世紀90年代出現的Cu表面有機助焊保護膜(簡稱OSP)。某些環氮化合物,如含有苯駢三氮唑(BTA)、咪唑、烷基咪唑、苯駢咪唑等的水溶液很容易和清潔的銅表面起反應,這些化合物中的氮雜環與Cu表面形成絡合物,這層保護膜防止了Cu表面被氧化。
2)應用特性
●成本較低,工藝較簡單;
●當焊接加熱時,銅的絡合物很快分解,只留下裸銅,因為OSP只是一個分子層,而且焊接時會被稀酸或助焊劑分解,所以不會有殘留物污染問題;
●對有鉛焊接或無鉛焊接均能較好地兼容;
●OSP保護涂層與助焊劑RMA(中等活性)兼容,但與較低活性的松香基免清洗助焊劑不兼容;
●OSP的厚度(目前較多采用0.2~0.4μm)對所選用的助焊劑的匹配性要求較高,不同的厚度對助焊劑的匹配性要求也不同;
●儲存環境條件要求高,車間壽命短,若生產管理不能配合,就不能選用。
4.Im-Ag鍍層
1)鍍層特點Ag在常溫下具有蕞好的導熱性、導電性和焊接性,有極強的反光能力,高頻損耗小,表面傳導能力高。然而,Ag對S的親和力極高,大氣中微量的S(H2S、SO2或其他硫化物)都會使其變色,生成Ag2S、Ag2O而喪失可焊性。Ag的另一個不足是Ag離子很容易在潮濕環境中沿著絕緣材料表面及體積方向遷移,使材料的絕緣性能劣化甚至短路。
Ag沉積在基材銅上厚0.075~0.225μm,表面平滑,可引線鍵合。
2)應用特性
●與Au或Pd相比其成本相對便宜;
●有良好的引線鍵合性,先天具有與Sn基釬料合金的優良可焊性;
●在Ag和Sn之間形成的金屬間化合物(Ag3Sn)并沒有明顯的易碎性;
●在射頻(RF)電路中由于趨膚效應,Ag的高電導率特性正好發揮出來;
●與空氣中的S、Cl、O接觸時,在表面分別生成AgS、AgCl、Ag2O,使其表面會失去光澤而發暗,影響外觀和可焊性。
審核編輯:湯梓紅
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