PCB焊盤涂層對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被氧化。為了防止PCB銅焊盤被氧化，焊盤表面應涂有（鍍）保護層。PCB焊盤表面處理的材料、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焊盤涂層對激光錫焊的四種常見方法的影響。
1．ENIG Ni（P）／Au鍍層
1)涂層特性ENIG) Ni（P）／Au(化學鍍鎳、金)工藝是在PCB上涂上阻焊層(綠油)后進行的。對于ENIG Ni／Au工藝的基本要求是焊接性和焊點的可靠性。化學鍍層厚度為3～5μm，化學鍍層Au層(又稱浸Au層、更換Au)，厚度為0．025～0．1μm。化學鍍厚Au層(又稱還原Au層)，厚度為0．3～1μm，一般在0．5μm左右。
化學鍍鎳的P含量對于鍍層的焊接性和耐腐蝕性至關重要。通常含有P 7％～9％適合(中磷)。P含量過低，涂層耐腐蝕性差，易氧化。而且在腐蝕性環(huán)境中，因為Ni／Au對原電池的腐蝕作用，會對Ni產(chǎn)生影響／Au的Ni表面層被腐蝕，產(chǎn)生Ni黑膜。（NixOy），這對可焊性和焊點的可靠性極為不利。P含量高，鍍層耐腐蝕性提高，可焊性也能提高。
2）應用特性
●成本高；
●黑盤問題難以根除，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；
●因為ENIG Ni／Au使用Ni和5％～12％P一起鍍，所以當PCBA的工作頻率超過5GHz時，趨膚效果非常明顯，因為Ni-P在信號傳輸中復合涂層的導電性比銅差，因此信號傳輸速度較慢；
●Au溶入釬料后與Sn形成的AuSn4金屬間化合物碎片，導致高頻阻抗不能“復零”；
●“金脆”是降低焊點可靠性的隱患。一般來說，焊接時間很短，只能在幾秒鐘內(nèi)完成，因此Au不能在焊料中均勻擴散，因此會在局部形成高濃度層，強度較低。
2．Im－Sn鍍層
1)涂層特性Im－Sn是近年來非鉛化過程中非常重要的一種可焊性涂層。Sn化學反應（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)過多次焊接至少浸泡Sn厚度應為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。由于Sn具有較高的接觸電阻，因此在接觸檢測測試方面不如浸銀測試。傳統(tǒng)的Im－Sn工藝，涂層呈灰色，由于表面呈蜂窩狀排列，導致疏孔較多，易滲透，加速老化。
2）應用特性
●比ENIG更昂貴 Ni／Au及Im－Ag、OSP低；
●存在錫晶須問題，對精細間距和長壽命器件影響較大，但對PCB影響不大；
●存在錫瘟現(xiàn)象，Sn相變點為13．2℃，低于此溫度時變成粉末狀的灰錫（α錫)，使強度喪失；
●在溫度環(huán)境下，SnCu金屬間化合物會加速與銅層的擴散，導致SnCu金屬間化合物（IMC）如表1所示，增長；
●新板具有良好的潤濕性，但儲存一段時間后，或多次再流后，潤濕性下降較快，因此后端應用工藝較差。
●如表2所示，高溫處理后，由于錫層厚度的消耗，儲存時間會縮短；
3．OSP涂層
1）涂層特性OSP是20世紀90年代出現(xiàn)的Cu表面有機助焊保護膜（以下簡稱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。這些化合物中的氮雜環(huán)與Cu表面形成復合物，這種保護膜防止Cu表面氧化。
2）應用特性
●成本低，工藝簡單；
●焊接加熱時，銅的復合物迅速分解，只留下裸銅，因為OSP只是一個分子層，焊接時會被稀酸或助焊劑分解，因此不會有殘留物污染；
●可以更好地兼容有鉛焊接或無鉛焊接；
●OSP保護涂層與助焊劑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）對所選助焊劑的匹配性要求較高，不同厚度對助焊劑的匹配性要求也不同；
●存儲環(huán)境條件要求高，車間壽命短，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熱性、導電性和焊接性，反射能力強，高頻損耗小，表面?zhèn)鲗芰Ω摺Ｈ欢?，Ag對S有很高的親和力，大氣中有少量的S（H2）S、所有的SO2或其它硫化物都會改變顏色，產(chǎn)生Ag2S、Ag2O失去了可焊性。Ag的另一個缺點是，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）應用特性
●與Au或Pd相比，其成本相對便宜；
●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）沒有明顯的易碎性；
●在射頻（RF）由于電路中的趨膚效應，Ag的高電導率特性剛剛發(fā)揮出來；
●和空氣中的S、Cl、O接觸時，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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