PCB 表面镀层技术.pdf

PCB 表面涂（镀）覆技术 Surface finished technology of PCB 摘要 本文综述了 PCB 表面涂（镀）覆层的现状与发展 关键词 表面涂覆 热风整平 有机可焊性保护剂 化学镀镍/金 化学镀银 化学镀锡 Abstract This paper summarizes the development and present of surface finished technology in PCB Keyword surface finish HASL OSP electroless Ni/Au electroless Ag electroless Sn 本文所述的表面涂（镀）覆技术是指除阻焊剂（阻悍膜、阻焊层）以外的可供电气连接 的可焊性或可接触性的涂（镀）覆层。如 HASL（或 HAL 热风焊料整平或简称热风整平）、 OSP（有机可焊性保护剂或耐热预焊剂）、电镀 Ni/Au、化学镀 Pd(钯）、化学镀 Ni/Au、化学 镀 Sn、化学镀 Ag 等。这些表面涂覆层对新鲜的铜表面起保护作用或隔离作用，在 PCB 产 品的可焊性和可靠性等方面起着十分重要作用。因此，它是 PCB 生产过程中的一个重要加 工步骤。 1 热风整平（HAL） 热风整平（HAL）或热风焊料整平（HASL）是 20 世纪 80 年代发展起来的一种先进工 艺，到了 90 年代中、后期，它占据着整个 PCB 表面涂（镀）覆层的 90%以上。只是到了 90 年代的末期，由于表面安装技术（SMT）的深入发展，才使 HAL 在 PCB 中的占有率逐 步降低下来，但是，目前 HAL 在 PCB 表面涂（镀）覆中的占有率仍在 50%左右。尽管 SMT 的高密度发展会使 HAL 在 PCB 中的应用机率不断下降，但是 HAL 技术在 PCB 生产中的应 用仍有很长的生命力，即使禁用铅的焊料（无铅的绿色焊料），无铅的 HAL 技术和工艺也 会开发和应用起来。 1.1 热风整平工艺和应用 热风整平技术是指把 PCB（一般为在制板 panel）浸入熔融的低共熔点（183℃，如图 1 所示）Sn/Pb（比例应等于或接近于 63/37，操作温度为 230∽250℃之间）合金中，然后拉 图 1 锡/铅合金的组成 出经热风（控制热风温度、风速和风刀角度，其中风刀结构与 PCB 板距离等已优化而固定 下来）吹去多余的 Sn/Pb 合金，得到所要求组成和厚度的 Sn/Pb 合金层。在热风整平生产过 程中要控制和维护好 Sn/Pb 合金组成的成份比例（一般要定期补充纯锡，因为才锡比铅更易 于氧化，加上锡也易于与其它金属形成合金，所以锡消耗比铅要快）。同时，在高温热风整 平的过程中，PCB 上的铜也会熔入到 Sn/Pb 合金中去，使 Sn/Pb 合金中含有铜的组分，由于 铜和锡会形成高熔点的合金化合物，如 Cu6/Sn5、Cu4/Sn3、Cu3/Sn 等。当 Sn/Pb 合金中的铜含 量≥0.3%（重量百分比）时，不仅会是使热风整平温度提高（如超过 250℃以上）才能得 到平整而光亮的涂覆 Sn/Pb 合金层，甚至会形成粗糙不平或沙石状的表面。因此应定期进行 分析 Sn 和 Pb含量与比例，以保证其比例处于 62∽64/38∽36 之间。同时，由于锡比铅更易 于氧化，因此，熔融的锡/铅合金表面应具有耐高温的防氧化剂或耐热助焊剂等加以保护。 另外，还要经常清除去在熔融的锡/铅合金表面上的氧化物和锡与铜的合金化合物（要采用 比 HAL 更高的温度和一定保温时间，使铜与锡能充分反应，并漂浮在熔融的锡/铅合金表面 上。然后降低温度到 230℃左右清除去表面层或残渣），以保证熔融的锡/铅合金的组成比例 和纯洁。 HAL 的锡/铅合金厚度的控制是极其重要的。对于 THT（通孔插装技术）来说，HAL 的锡 /铅合金厚度一般为 5∽7um 或更大些。但对于 SMT（表面安装技术）来说，HAL 的锡/铅合金 厚度应控制在 3∽5µm 之间为宜，厚度太厚或太薄都会带来 PCB 焊接的可靠性问题。 1.2 热风整平问题和挑战 HAL 的锡/铅合金的最大的优点是它具有与焊料相同的组成和成分比例，同时，它能够 很好覆盖于新鲜的铜的表面上而保护了铜不被氧化和污染。因此，HAL 的锡/铅合金具有极 好的保护性、可焊性和可靠性。 但是，HAL 的锡/铅合金层在 SMT 的应用中也遇到了问题和挑战，主要是来自熔融锡/铅 合金的表面张力太大（约为水的表面张力的 6∽8 倍）和在高温下产生锡/铜金属间