PCB表面处理工艺特点及用途

文章摘要：5. 浸锡由于目前所有的焊料都是以锡为基础的，所以锡层能与任何类型的焊料相匹配。从这一点来看，浸锡工艺极具有发展前景。但是以前的PCB经浸锡工艺后出现锡须，在焊接过程中锡须和锡迁徙会带来可靠性问题，因此浸锡工艺的采用受到限制。后来在浸锡溶液中加入了有机添加剂，可使得锡层结构呈颗粒状结构，克服了以前的问题，而且还具有好的热稳定性和可焊性。浸锡工艺可以形成平坦的铜锡金属间化合物，这个特性使得浸锡具有和热风整平一样的好的可焊性而没有热风整平令人头痛的平坦性问题；浸锡也没有化学镀镍/浸金金属间的扩散问题——铜锡金属间化合物能够稳固的结合在一起。浸锡板不可存储太久，组装时必须根据浸锡的先后顺序进行。6.

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　　5. 浸锡

　　由于目前所有的焊料都是以锡为基础的，所以锡层能与任何类型的焊料相匹配。从这一点来看，浸锡工艺极具有发展前景。但是以前的PCB经浸锡工艺后出现锡须，在焊接过程中锡须和锡迁徙会带来可靠性问题，因此浸锡工艺的采用受到限制。后来在浸锡溶液中加入了有机添加剂，可使得锡层结构呈颗粒状结构，克服了以前的问题，而且还具有好的热稳定性和可焊性。

　　浸锡工艺可以形成平坦的铜锡金属间化合物，这个特性使得浸锡具有和热风整平一样的好的可焊性而没有热风整平令人头痛的平坦性问题；浸锡也没有化学镀镍/浸金金属间的扩散问题——铜锡金属间化合物能够稳固的结合在一起。浸锡板不可存储太久，组装时必须根据浸锡的先后顺序进行。

　　6. 其他表面处理工艺

　　其他表面处理工艺的应用较少，下面来看应用相对较多的电镀镍金和化学镀钯工艺。

　　电镀镍金是PCB表面处理工艺的鼻祖，自从PCB出现它就出现，以后慢慢演化为其他方式。它是在PCB表面导体先镀上一层镍后再镀上一层金，镀镍主要是防止金和铜间的扩散。现在的电镀镍金有两类：镀软金（纯金，金表面看起来不亮）和镀硬金（表面平滑和硬，耐磨，含有钴等其他元素，金表面看起来较光亮）。软金主要用于芯片封装时打金线；硬金主要用在非焊接处的电性互连。

　　考虑到成本，业界常常通过图像转移的方法进行选择性电镀以减少金的使用。目前选择性电镀金在业界的使用持续增加，这主要是由于化学镀镍/浸金过程控制比较困难。

　　正常情况下，焊接会导致电镀金变脆，这将缩短使用寿命，因而要避免在电镀金上进行焊接；但化学镀镍/浸金由于金很薄，且很一致，变脆现象很少发生。

　　化学镀钯的过程与化学镀镍过程相近似。主要过程是通过还原剂（如次磷酸二氢钠）使钯离子在催化的表面还原成钯，新生的钯可成为推动反应的催化剂，因而可得到任意厚度的钯镀层。化学镀钯的优点为良好的焊接可靠性、热稳定性、表面平整性。

　　四. 表面处理工艺的选择

　　表面处理工艺的选择主要取决于最终组装元器件的类型；表面处理工艺将影响PCB的生产、组装和最终使用，下面将具体介绍常见的五种表面处理工艺的使用场合。

　　1. 热风整平

　　热风整平曾经在PCB表面处理工艺中处于主导地位。二十世纪八十年代，超过四分之三的PCB使用热风整平工艺，但过去十年以来业界一直都在减少热风整平工艺的使用，估计目前约有25％-40％的PCB使用热风整平工艺。热风整平制程比较脏、难闻、危险，因而从未是令人喜爱的工艺，但热风整平对于尺寸较大的元件和间距较大的导线而言，却是极好的工艺。在密度较高的PCB中，热风整平的平坦性将影响后续的组装；故HDI板一般不采用热风整平工艺。随着技术的进步，业界现在已经出现了适于组装间距更小的QFP和BGA的热风整平工艺，但实际应用较少。目前一些工厂采用有机涂覆和化学镀镍/浸金工艺来代替热风整平工艺；技术上的发展也使得一些工厂采用浸锡、浸银工艺。加上近年来无铅化的趋势，热风整平使用受到进一步的限制。虽然目前已经出现所谓的无铅热风整平，但这可将涉及到设备的兼容性问题。

　　2. 有机涂覆

　　估计目前约有25％-30％的PCB使用有机涂覆工艺，该比例一直在上升（很可能有机涂覆现在已超过热风整平居于第一位）。有机涂覆工艺可以用在低技术含量的PCB，也可以用在高技术含量的PCB上，如单面电视机用PCB、高密度芯片封装用板。对于BGA方面，有机涂覆应用也较多。PCB如果没有表面连接功能性要求或者储存期的限定，有机涂覆将是最理想的表面处理工艺。

　　3. 化学镀镍/浸金

　　化学镀镍/浸金工艺与有机涂覆不同，它主要用在表面有连接功能性要求和较长的储存期的板子上，如手机按键区、路由器壳体的边缘连接区和芯片处理器弹性连接的电性接触区。由于热风整平的平坦性问题和有机涂覆助焊剂的清除问题，二十世纪九十年代化学镀镍/浸金使用很广；后来由于黑盘、脆的镍磷合金的出现，化学镀镍/浸金工艺的应用有所减少，不过目前几乎每个高技术的PCB厂都有化学镀镍/浸金线。考虑到除去铜锡金属间化合物时焊点会变脆，相对脆的镍锡金属间化合物处将出现很多的问题。因此，便携式电子产品（如手机）几乎都采用有机涂覆、浸银或浸锡形成的铜锡金属间化合物焊点，而采用化学镀镍/浸金形成按键区、接触区和EMI的屏蔽区。估计目前大约有10％-20％的PCB使用化学镀镍/浸金工艺。

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