电子产品对PCB质量可靠性的要求演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电子产品对印制板质量可靠性的要求,1,2010.11.,1,目次,1.,可靠性概述,定义,研究的意义,浴盆曲线,可靠性指标,可靠性设计技术内容,2.,终端客户对,PCB,质量可靠性要求的新趋势,AF,无卤印制板,PCB,无铅化,特种,PCB,特种要求,PCB,清洁度测试,汽车印制板,印制板表面涂敷,化学沉镍金,高均匀性超薄铜箔,印制电子,3.,电子产品对印制板质量可靠性要求,外部可观察特性,内部可观察特性,可焊性,电气完整性,其它特性,PCB,生产流程可靠性测试项目和要求,2,2,1.“,可靠性”概述,1.1,什么叫可靠性,?,（英文：,Reliability,）,定义,国家标准的规定,:,产品的可靠性是指,:,产品在规定的条件下,在规定的时间完成规定的功能和能力,.,可靠性问题的研究是因处理不可靠的问题,于第二次世界大战期限间发展起来的,.,可靠性设计的研究始于,20,世纪六十年代,首先应用于军事和航天、电子等工业部门，随后逐渐扩展到民用工业。,“可靠性”指的是“可信赖的”，或“可信任的”。,平常，我们说一个人是可靠的，就是说这个人说得到做得到；而一个不可靠人是指一个不一定能说到做到的人。是否做得到，要取决于这个人的意志、才 能和机会。,同样，一台电子产品，仪器设备，当人们要求他工作时，它就能工作，则说它是可靠的；而当人们要求它工作时，它有时工作，有时不工作，则称它是不可靠的。,3,3,(1),防故障和事故障发生,避免引发灾难性的事故,.,美国航天飞机“挑战者号”,一个密封圈失效,起飞,76,秒后爆炸,7,名宇航员丧失,13,亿美元损失,(1986.1.28),。,90,年代,美国,UL,发表文告,说中国的印制板在美国引起多次设备仪器起火,原因是中国的,PCB,厂使用的板材是非阻燃的,但是打上了,UL,标记,.,(2),提高产品的可靠性,能使产品费用降低,减少停机时间,.,GE,公司分析,对发电、矿山、运输等连续作业的设备，即使可靠性提高,1%,，成本提高,10%,也是合算的。可靠性高，维修费、停机检查费用损失可大大减少。,(3),改善企业信誉，培强企业竞争力，扩大市场客户，提高经济效益。,产品的可靠性越高，产品无故障工作时间越长。,4,1.2.,可靠性研究的意义,4,1.3.,可靠性指标,(1),可靠度,:,在规定的条件下,规定时间内完成规定的功能和能力的概率,即平均无故障时间,.,(2),平均维修时间,:,产品从发现故障到恢复功能所需要的时间,.,(3),失效率,:,产品在规定使用条件下,使用到某一时间,产品失效的概率,.,5,5,1.4.,可靠性特性曲线,浴盆曲线,(1),早期失效期,在试验和设计初期,由于产品设计制造中的错误,软件不完善,元器件筛选不够等原因,造成早期失效率高,.,(2),偶然失效期,通过修正设计,改工艺,优化元器件,作整机试验,产品进入稳定失效期,.,(3),耗损失效期,由于器件损耗,整机老化,维护等原因,产品进入耗损失效期,.,这就是可靠性特性曲线逞“浴盆曲线”的原因,.,6,耗损,失效期,早期,失效期,偶尔失效期,时间,失效率,6,1.5.,电子产品可靠性设计的基本准则,产品结构与电路尽量简便,.,尽量造用成熟的结构和典型的电路,.,结构简单化,积木化,插件化,.,采用新电路,新器件,注意标准化,.,采用新技术,充分关注继承性,.,尽量采用数字电路,集成电路,.,对性能指标,可靠性指标要综合考虑,.,尽量采用传统工艺和习惯的操作方法,.,不断采用新的可靠性设计技术,.,7,7,1.6.,电子产品可靠性设计的技术内容,(1),元器件限额设计,降低在元器件上的工作应力,(,电、热、机械应力等）、限额条件和降额量值。,(2),热设计,10,法则,:,环境温度提高,10,元器件寿命降低,1/2.,(3),冗余化设计,一台或多台相同单元,(,系统,),构成并联形式,当其中一台发生故障,其它单元,(,系统,),仍在正常工作的设计技术,.,安全性,经济性高的场合,需特别考虑,例如程控电话总机交接系统,运行器的控制系统,.,8,8,(4),电磁兼容设计,即耐环境的设计,分二类,:,电子电路,设备,系统在工作时,由于相互干扰或受外界干扰,达不到预期的技术指标,.,设备系统虽没有直接受到干扰的影响,但不能通过电磁兼容的标准,.,如计算机设备超过电磁发射标准规定的极限值,或在电磁敏感度,静电敏感度上达不到要求,.,为达到电磁兼容状态,修改设计,屏蔽机箱,电源线滤波,信号线滤波,接地,电缆线改动等,.,(5),其它,:,软件可靠性设计,故障弱化设计,漂移设计,等,.,(PCB,在湿环境,盐雾环境下,绝缘电阻产生下降,对电子产品性能产生影响,),9,9,2.,终端客户对,PCB,质量可靠性要求的新趋势,这种新要求是基于,PCB,向线细、小孔、板薄、积层的发展趋势，以及,ROHS,法令、电子产品向高频传输等社会环境下，而提出来的。,2.1.,AF,(1),何为,AF,英文,:Coductive Anodic Filament,中文：阳极性玻璃丝之漏电现象，玻纤纱式漏电,解释,板面上，二根导线或二个镀通孔相距太近，一旦板材吸收水气多时，相邻导线或孔壁其正负电极向顺着玻纤表面，而出现的电子迁移现象,如图,10,10,CAF,11,CAF,12,CAF,13,PCB,易产生,CAF,孔直径,.3mm,线宽,.1mm,原因：玻纤布表面经过“硅,(,砂,),烷处理（,Silane,Treatment,），表面生成一层有机薄膜。一旦水气多时，又恰好导线底孔壁边缘压触到玻纤布时，这层薄膜具有大的极性，而呈现轻微漏电现象，称为,CAF,。,常发生的,CAF,：孔壁之问，孔壁到线路，线路之间漏电。,小孔壁之间发生,CAF,占比例最大,13,14,能否消灭,CAF,？（取消玻纤布表面的有机树脂处理，铜箔表面的粗化处理，可减少,CAF,。但板材表面的剥离强度会受影响。）,（）产生,CAF,的因素,无卤基材；树脂中不添加阻燃剂溴,(Br),而改用有机磷，,A1(OH),3,20%,以协助阻燃，但吸水率相对增多,钻孔粗糙，孔壁藏水进刀量不当,除胶渣（去钻污），凹蚀过头,黑化不当粉红圈产生,PTH,（化学沉铜），孔壁渗铜,孔密，线间距太细，如,50,微米，,30,微米,基材中有缝隙，容易吸入水氧,14,15,粉红圈,16,2.2.,无卤印制板,(1),欧盟,ROHS,法令，阻燃剂：,禁：,PBB(,多溴联苯,),POBE(,多溴二苯醚,),，五溴、八溴、十溴二苯醚,.,未禁：,FR4,主力阻燃剂（四溴双酚,A,）。（全球最广泛、最主要的阻燃剂，性格比最好的防火安全材料）。,BSEF,（溴化学国际工业组织）经多年评估，得出四溴双酚,A,对人体是安全、健康的，对环境不会带来风险,.,欧盟经,8,年风险评估，已批准常用四溴双酚,A,。,70%,电气设备中使用四溴双酚,A,，全球用量为,18,万吨,/,年,.FR4,板材中，,Br,占,15-20%(,重量比,),。,(2),为什么还要无卤基材,?,心理作用,:,有卤素作阻燃剂的板材,可能就有毒,不环保。,世界环保组织,绿色和平组织,(Green Peace),施加压力：,APPLE,，,LGE,，,PANASONIC,，,TOSHIBA,，,SONY,，,HP,，,NOKIA,，,DELL,，,LENOVO,，,MOTORLA,世界著名的大的,OEM,电子通信设备商,对供应商施加压力。,15,17,于是,无卤,无铅板材成为未来的板材主流,盖过一切,.,(3),无卤印制板,附着力差,.,板材脆性大,.,无铅热风整平,元器件装配,热应力试验,爆板分层,起泡,.,投诉多多,报废多多,.,吸水率增多,(,为约,0.8%,常规,0.3%),易产生,CAF(,密孔区易损伤,).,改变传统,FR4,的加工习惯,.,钻孔要用新的钻孔参数,进刀量降低,钻速加快,.,黑化,对铜面作超粗化,以增加附着力,.,印阻焊前也要对铜面作超粗化,.,去钻污,参数重新修订,过度除胶渣会加速,CAF.,价钱也贵些,(10-20%),。,(,原因,:,板材加入有机磷化合物作阻燃,P3%,若多加产生易吸水,脆性加大,成本贵,.,磷不能多加,只好增大,A1(OH),3,填料量,或混加,Si0,2,。这样阻燃性能达到了,但机加工和附着力性能下降了。）,16,18,爆板,19,爆板,20,(4),未来,无卤板材仍会逐年增大,潮流不可阻挡,.(,客户指定,),PCB,厂要适应无卤板材的一套工艺,加工工艺需作一系列改变,.,板材厂不断改良配方,.,近年,投诉会更多,报废多多,退货多多。,(,爆板,分层,起泡,CAF)PCB,厂,CCL,厂在“骂”声中成长,前进,.,讨论,:“,无卤板材”叫法是否合适,?(,无卤标准,:(C1+Br),总量,0.15%,或单独,CI,Br,分别,0.09%.),卤素包括氟,氯,溴,碘,聚四氧乙烯板材含氟多多,算不算有卤,?,21,21,2.3 PCB,无铅化,（,1,）,PCB,厂需向客户提供符合,ROHS,法规的证明,无铅,PCB,包含四个内容：,板材符合,ROHS,。,阻焊油墨无,Pb,，符合,ROHS,。（,Pb1000ppm,）,表面涂敷，无铅。替代的是：沉,Ni/Ag,沉,Ag,，沉,Sn,，,OSP,，无铅热风整平。,PCB,裸板,检测符合,ROHS,。,（,2,）近年来，无,Pb,印制板常出现问题：起泡，分层，爆板。引发批量退货，报废，索赔（元器件、运费、人工费，等，为,PCB,本身价的,1030,倍）。发生这类问题频次高，带普遍性。,（,3,）主要原因：,无铅热风整平，使用的焊料多为日本,305,配方,(Sn Ag Cu,合金,锡,96.5%,银,3.0%,铜,0.5%),或,SN100CI,配方,(Sn-0.7Cu-0.05Ni),其熔点,217,比传统的铅锡合金,(37%Pb63%Sn,183),提高了,34,无铅喷锡,(,热风整平,),温度为,265-270,。有时候，板子喷得不好，还得返工,1-2,次，引起板子分层起泡。有时候阻焊也会起泡。,22,22,客户要求热应力试验，过去,288,，,10,秒一次，美国军标合格即可（孔壁不分离，不分离起泡），现在，要,288,，,10,秒，作三次。板子会分层，起泡，孔壁分离。,客户,SMT,元器件装配，也用无铅焊料，迴回流焊波峰焊的温度也提高了，如果,270,以上焊接，有时一批板有几块分层起泡，客户整批退货，索赔。,客户接收,PCB,，贮存半年，甚至一年以上，元器件装配前不烘板，,270,下无铅焊接，板子分层，起泡。（目前，热风整平的无铅焊料，比较多的使用,SN100Cl,、,SCN,配方，焊料成分是：,Sn-0.7Cu-0.05Ni(,或,Ge,锗，,0.005%),。（,Ni,的存在，减缓了铜在界面金属化合物,(IMC),的扩散速度。,Ge,的存在，目的是形成一层保护性的氧化膜。）,(,而,SMT,波峰焊,使用,305,即锡,96.5%,银,3.0%,铜,0.5%,配方,熔点,217).,PCB,厂的板子被客户索赔，批量退货，有时会拉着板材厂、化学药水企业一起赔偿。爆板分层起泡引起的原因，总能同板材厂和化学药水公司拉上关系。,处理措施：采购耐热性能高的,FR4,板材，烘板，现场服务，焊接温度调低,5,，,265,，等等。,（我的一个朋友，开,SMT,装配厂，小批量的，他的体会是：非出口欧洲产品的装配，,PCB,，元器件为无铅要求，焊接元器件时为有铅，仍用铅锡合金。焊接温度比传统工艺高几十度，,OK,。不会爆板，分层）。,23,23,2.4,特种印刷板的特殊要求,.,(1),品种,.,高频微波板,.,金属基印制板,(,铅基、铁基、铜基）,。,厚铜板（高频板材,+,特种介质层,+,厚铜板）,。,背,母,板,（,2,）三特,。,特殊板材,:DK(1.1510.5),Df,金属基,高频厚铜板材。,特殊加工工艺：,PTH,，成型，测试,独特的加工方式，设备，工艺，装配工具。,特殊性能：高频通信，高速使输，高散热性，用在高档的电子通信产品上。,（导线上通过的不是电流，而是信号）。,24,24,（,3,）市场,.,火爆,.,特种板材厂,特种,PCB,厂,作得好的,增幅,30-50%,没受金融风暴 影响。特种,PCB,，价格也高些（几千,几万元,/,平方米）。,但要作好特殊板不容易，挤进高档客户很难，要求苛刻。,特殊板市场不大，约占全球,PCB,总量的,4-5%,。,近年来，伴随着高新科技电子产品的发展，增长速度相当快。,LED(,发光二极管,),照明正成为照明节能的大势所趋,.,高导热性,PCB,和基材,现己成为,PCB,行业的”热门”产品,成为,PCB,市场竞争中的新动向,新焦点,.,（,4,）,PCB,制作的难点,.,A.,高频微波板,.,板材,:DK2.6,2.83.2,3.5-3.8;CTE(,热膨胀系数,);,阻燃。,线宽,/,间距公差要求严格：,IPC-6018,，,10%,；客户很多要求,0.02mm,甚至,0.015mm,。,导线划伤，凹坑，缺口，针孔不允许。（传送的是信号，不是电流）。,陶瓷板材，同,FR4,类似，钻孔，外形废刀具，特别的参数。（,DK3.03.2),25,25,聚四氟乙烯,(PTFE),难作一些,.,基材柔软,叠板不能多,钻孔转速要慢些；印阻焊前不能印制磨板,否则,磨伤氟树脂,附着力差,;,外形毛刺多,需要特种工艺,;,蚀刻,严格控制线宽,缺口,PTH(,化学沉铜,),传流,FR4,行不通,PTFE,基材孔内不润湿,要使用特别方法,例如：萘钠化学法，等离子体（,plasma,）法。等等。,B,、金属基印制板,.,板材，目前用得最多的是铝基板。基板很多工厂都能作，投资也不大；但要用到高档通信电源整机上，前些年大量的板材是使用国外的，例如美国贝格斯公司的,;,但近二年国产板材己取得突破,例如超顺、生益、聚鼎、全宝、联茂、合正,.,核心是绝缘层（介质层）配方。通信电源铝基板绝缘层通常使用,75,微米厚度，无玻纤布的。线路铜层厚度多用,4,盎司。,热阻，是金属基板的重要指标。,击穿电压，,PCB,每一块要经过,2000,伏,5,秒钟（,AC,）检测，通过率,99%,，不少国内板材厂通不过。,26,26,迴流焊后，平整度要求：铝面要求微凸，不得凹进，否则影响元器件散热，烧坏元器件。,外观要求严格。例如板边不得掉绿油，线路和铅面不得有任何划痕，划伤，等。,铝基印制板能作好上述几方面要求的工厂还不多。,铝基铁基印制板，仅作散热，屏蔽用，不考核其它指标，这类板子不难制作。,C,、厚铜板,高频与厚铜基相结合的印制板，是特种印制板，近年来发展起来的新品种。,世界级通信巨头在研发，使用。发展速度飞快。,应用在手机、微波、光纤、卫星通信上，网络基载站，混合集成电路、航天、电源大功率电路等领域。,27,27,结构为,3,层,.,1),铜线路：基铜厚,18-70,微米。,2),介质绝缘层：,PTFE(,树脂,),有机陶瓷,约,0.50.6mm,。,3),厚铜板：,2.03.0mm,。,结构图,28,介质绝缘层（,0.5-0.6mm,）,、。、。、。、。、。、。、。、。、。、。、。、。、。、。、。、。、。,线路层,（,18-70mm,）,铜基层（,2.0-3.0mm,）,28,特性：,1),导热性,尺寸稳定性,电磁屏蔽性,高频传输性均优异,吸水率低,耐压高。,2,）制造复杂，难度甚高。,线宽,/,间距：,0.0750.15 mm,公差,0.02 mm,。,盲孔：大量，深度,1.2 0.1 mm,。,凹槽，沉孔精度：,0.05 mm,。,平整度：,0.2%,。,剥离强度：,1.4N/mm,。,介电常数：,2.1710.0,，频率,1-10GHZ,变化,DK,值稳定。,尺寸稳定性：,0.0006 mm/mm,。,绝缘击穿：,44KV,。,吸水率：,0.2%,。,CAF,试验,.,抗阳极玻纤丝漏电试验,1000,小时，无漏电现象。,热冲击：,40150,，,1000,周期，孔内电阻无明显变化。,热阻。,尺寸稳定性：,600,微米,/,米。,孔铜厚：,25,微米。,表面沉镍金：,Ni 3,，,Au 0.1,微米。盲孔底部不得有黑点。,29,29,外观：阻焊和线路不许动刀修补，划伤（容易伤及介质层），孔和周边不得有毛刺。,CTE,：,X-Y,轴,11,13,，,Z,轴变化极小,(PPm/),。,阻燃性：,9AV-0,。,制造难点：,1),板材：国内合适的供应商,(,性能要求严格，特殊,),。,自己压制,(,采购高频微波板材,),。,采购合适的半固化片,(NO FLOW),。,(DUPONT,TACONIC,ARLON),。,2),钻盲孔：在铜基下深度约,0.6 mm,盲孔深度控制。孔壁粗糙度,25,微米。铜基硬，下钻阻力大，对钻机和钻头损耗大。一次只能钻一块板，一个孔要分多次钻。,3)PTH,：要解决,PTFE,，玻纤润湿问题。孔壁热冲击,288,，,10,秒，不分层，无裂纹。（一定要,PIASMA,，孔处理）,4),线路：板子很重，,10KG/,拼板，任何工序操作困难。不得动刀修线路只许一次成功。,30,30,5,）绿油：印阻焊前不许磨板（否则影响基材与阻焊间附着力）,不许补油，阻焊不许上焊盘。,6,）成形：外形尺寸公差,0.05mm,铣盲槽，凹孔，深度精度,0.1mm,。,PTFE,铣外形，毛刺多。,7,）沉,Ni/Au,：大量盲孔，底部必须沉上,Ni/Au,，不许黑孔。特制夹具。,8,）工序流转：专用装载工具，用于各工序流转。否则线路和介质层碰撞，压痕缺口存在，影响高频信号传输。,小结：终端客户对,PCB,厂提出了可靠性，特殊特性，交货品质方面的很多新要求。高频厚铜基板是当今最有挑战性的难度大的,PCB,品种之一。客户的新特性，新要求推动着,PCB,行业和,CCL,企业的技术创新与发展。,31,31,2.5PCB,清洁度测试,清洁度测试是测定印制板表面有机、无机和离子型或非离子型污染物的浓度。,常见污染的例子：助焊剂残渣，指印，化学盐类残余，颗粒类，腐蚀氧化物等。,传统测试：萃取法（异丙醇,75%+25%,水），测萃取液的电阻率，换算成,Nacl,的含量，找,IPC-TM-650,，,2.3.25,，做离子污染测试，污染物水平应,1.56,微克,/,2,Nacl,。（表面离子污染测试仪）（,10.06ug/in,2,）。,过去，高端客户，军用板，大客户要求清洁度测试报告，出口欧美的产品也需要。一般客户对这个数据并不要求。,新趋势：,提高了新标准。原来,IPC6012B,要求,10.06,微克,/in,2,Nacl,，现在提高到,5,或,8,微米,/in2,。,把氧化钠总量分解为相关离子，如下表：,32,32,33,离子,Cl,Br,S,F,亚,硝,酸,盐,硝,酸,盐,Na,K,Ca,NH,3,Mg,P,乙酸盐,甲,酸,盐,合计,g/in2,2.5,3,3,0.5,0.5,0.5,3,3,0.5,0.5,0.5,0.5,8,8,5,已经碰到多个终端客户提出这样的清洁度测试要求。,国内测试仪器和测试单位，可找常州,microtek,。,终端客户提出的可靠性要求，越来越苛刻，刁蛮。,33,2.6,汽车板的可靠性,（,1,）汽车,PCB,板特点：,中国汽车印制板需求量挺大的。每部汽车需,PCB,约,2,平方米。,人命关天。汽车板要求,PCB,质量长期稳定一致，考核指标多多。,PCB,厂管理体系严格考核（,ISO16949,）。客户考核，比认证公司审核更严 格细致。,通过以后，订单长期，稳定，不轻易撤单。,通常汽车板图形线路不会太密，小孔细线不多，层数也多为,2,4,6,8,层。,但汽车板要批量做好也不容易：,线宽控制，孔内铜厚要求（,25,微米），外形尺寸公差要求严（,0.05,0.1mm,），外形复杂，每个尺寸都要测量，板厚铜厚要求严格，板子耐热性高，符合,ROHS,，阻焊严要求，外观排剔，导通孔塞孔严等。,特别强调：板子的安全性，可靠性，质量稳定一致性。,34,34,2.7,印制板表面涂敷,（,1,）,ROHS,禁令前，,PCB,大量使用的涂敷层是,Pb-Sn,，,Pb,：,Sn=37,：,63,，或,40,：,60,，其最低熔点是,183,或,190,。典型的工艺的是热风整平，孔和焊盘上涂敷的是可焊性极好的铅锡合金。,（,2,）禁,Pb,后，,PCB,厂目前采用的工艺代替,Pb,的有：,化学沉,Ni/Au,，图镀,Ni/Au,。（,Ni3,微米，,Au 0.05,微米，可焊性金,),沉,Ag,，约,0.1-0.5,微米。,沉,Sn,，约,0.8-1.2,微米。,OSP,（,pre-Flux,有机可焊防护剂），,0.25,0.5,微米,。,无铅热风整平（,No,Pb,HAL,）。,（,3,）上述几种无铅工艺，不同客户有不同要求。,35,35,据评估，,OSP,，,Ni/Au,，用量会更广泛些。,Ag,Sn,仍会有需求，占比例较小。,（,4,）,PCB,镀（沉）金，有两种不同形式的金层。,纯金，,24K,纯度，作焊接用。,要以镍层打底，镍层,2.5,微米，金层很薄，,0.05,微米。,孔和焊盘上沉金，或镀水金，都是可焊接的金层。,例如手机印制板，多为沉,Ni/Au,。,硬金，要求金层要有一定硬度，起耐磨作用，插拔多次，触摸开关，要用硬金。,金层中含少量的钴、镍、锑金属，含量为约,0.5%,。,印制板插头必定镀的是硬金。手机上按键开关处也是镀硬金。厚度按,IPC,二级标,准，为,0.8,微米。而目前很多插头镀金为,0.1,，,0.2,微米。甚至还有镀水金（纯金）,的，无厚度，插拔几次金层就掉光了。镀硬金的金缸浓度是,Au5,8,克,/,升，而沉金,的金缸浓度是,1.0,克,/,升，镀水金的金缸浓度最低的仅,0.2,克,/,升。,（,5,）近年来，,PCB,厂常被投诉的热点问题之一是：可焊性不好，不上锡，厚度不够。,银层发黄发黑，沉锡变色不好焊，金层黑盘，富磷层,色泽不均等等。（,PCB,可焊性 同电子产 品可焊性关系紧密联系）。,36,36,2.8,化镍金,英文全称：,Electroless Nickel and Immersion Gold,。简称,ENIG,。化镍沉金。,2.8.1,流程：除油（脱脂）,-,微蚀,-,活化,-,化学镍,-,化学金,-,清洗。,2.8.2,特点：,化学镀,Ni/Au,镀层厚度均匀，共面性好，可焊接性好，优良的耐腐蚀性，耐磨性。,广泛应用于手电、电脑等领域。,镍层厚度,3-5,微米，目的防铜,-,金界面之间互相扩散，保证焊点可靠焊牢。,化学,Ni/Au,已迅速取代电镀,Ni/Au,。,化学镍是工艺关键，又是最大难点。,化金层通常为,0.05-0.15,微米。,2.8.3,反应机理：,化镍：,铜面在金属钯催化下，通过溶液中的还原剂和镍离子开始镀镍反应。,镍本身是进一步化学镀镍的催化剂，在溶液中的还原剂次磷酸钠的作用,下，化学沉镍过程会不断继续下去，直至产品在槽液中取出。,磷在沉积过程中同镍共镀到镀层中，化学沉镍，实际是化学沉镍磷合,金。,沉金：氧化还原反应。通过镍金置换反应在镍面上沉积上金。,37,37,2.8.4,磷的含量：（占镍磷合金镀层的比例）,低磷：,1-5,。焊锡性，润湿性好。含磷少，会形成颗粒状结构，耐腐蚀性差，,镀层易氧化。,中磷：,6-9,。焊锡性，润湿性，耐腐蚀性均好。磷含量控制在中磷范围为好。,高磷：,9-13,。耐腐蚀性好，但焊锡性，润湿性均一般。焊接过程容易形成富磷层。,高磷会使,Ni-P,层产生内应力过大而产生脆裂。,2.8.5.,焊接时产生的,IMC,IMC,：,Intermetallic Compound,的缩写。中文：介面金属间化合物。,化,Ni,沉,Au,层作无铅焊接时，金层在充足的热量下，会迅速溶入焊锡的主体中，形成四处分散的,AuSn4,的介面金属间化合物。金溶入的速度比镍要快几万倍（溶速为,117,微英寸,/,秒）。而只有镍和锡在较慢的速度下形成的共晶化合物,Ni3Sn4,而焊牢。所以说，沉,Ni/Au,层在焊接时形成焊接牢固的是,Ni3Sn4,这一层,IMC,（介面金属间化合物）。,化,Ni,沉,Au,焊接中,IMC,的厚度一般在,1-3,微米。过厚，过薄的,IMC,层都会影响到焊接强度。,38,38,2.8.6,焊接时,焊接的实质是在镍的表面进行的。,金层是为了保护新鲜的镍表面不被氧化。金层不应太厚。,在焊接的温度下，很薄的金层会迅速融入焊料中。,焊接时，在镍表面首先形成,Ni3Sn4,的,IMC,结构，是一层平整针状的表面。,这层化合物能够降低焊料与,Ni-P,层之间的反应，成为很好的阻挡层。,但是，熔融的,Sn,易于通过,NiSn,的空隙进入到,Ni3Sn4,界面，并形成,Ni3SnP,的界面共晶化合物（,IMC,），引起,Ni3Sn4,破裂，造成可焊性问题。,2.8.7,化镍金主要缺陷,黑点，黑斑，黑盘。,浅白（色泽不一）。,可焊性差，焊点裂开。,金脆。,富磷层，导致焊点强度不足，元件会脱落。,39,39,2.8.8,缺陷原因分析,当镍层厚度小于,2,微米时，或不均匀的,Ni,层（表面处理不好），这时,Ni,表面显得,浅白。,当镍、金面受到了污染，腐蚀时，会产生黑点，黑盘。,化镍后，水洗不良，水质差，或在空气中暴露太久。,沉金反应过度，镍层氧化。,沉金后水洗不良。,沉镍金后储存条件差。,当金层太厚，金在焊料中的重量比,0.3,时；或焊接温度不足时，会引起金的不完,全扩散。,这时的焊接层,IMC,强度不足，脆性增大，这就是金脆。,当富磷层太厚，镀层中含,P,太高（,9,），会导致焊点强度不足，元件易脱落。,太厚的,IMC,层在一定程度上降低焊点的机械结合强度。,镍层的含磷量，对镀层的可焊性和腐蚀性至关重要，,P,占,6-9,合适。,IMC,不能太厚，控制,1-3,微米为宜。,难点，关键点是控制好镍槽。,40,40,2.8.9,富磷层太厚原因,沉镍液中磷含量偏高，化镍过程控制不当。镍镀液寿命短。通常,4-5MTO,后，重新开缸。,（,MTO,金属置换周期）,沉镍后水洗，清洁不良，镍面被污染、氧化。被氧化、污染了的镍不会参与镍金之间,的置换反应，在被沉金层覆盖后表现为富磷层。,沉金过程金层越厚，置换出的镍越多，镍面受到过度腐蚀，形成的富磷层越厚。,沉金不是越厚越好。焊接用金层控制在,0.03-0.08,微米（,1-3,微英寸为佳）。,IMC,太厚。焊接过程中是镍与锡形成焊接层,IMC,，磷不参与焊接。,所以在失去镍的部分磷含量则相对富集，,IMC,层越厚参与焊接的镍层越多，则富,磷层越厚。,IMC,控制,1-3,微米为合适。,富磷层中,P,含量为,15-18%,，焊点开裂，焊接强度不足，元件脱落。往往发生在,IMC,与,富磷层之间。,41,41,Cu,基材,图,1,、浸金之前的良好镍面结,构,（镍磷均匀的分布）,42,42,Cu,基材,图,2,、进入浸金槽时（未进行反应）的镍金状况,（镍金即将与置换反应的形式原子交换）,43,43,Cu,基材,图,3,、浸金反应完成后,（镍金交换位置，镍离子游离于槽液中，金覆盖在原来镍的位置，磷由于不参与置换则镍游走之后磷的比例自然上升。）,44,44,Cu,基材,图,4,、,ENIG,完成之后的线路板,45,45,Cu,基材,图,5,、印刷完锡膏后之,ENIG,板,46,46,Cu,基材,图,6,、焊接过程中金开始融化并扩散到焊料中，锡与镍将形成,IMC,层。,47,47,Cu,基材,IMC,层（厚度以,1-3um,为佳）,图,7,、焊接完成镍与锡形成,IMC,层,（,金完全融解后扩散到,IMC,层中，磷由于部份镍参与形成,IMC,再次富集在镍层与,IMC,层之间。）,48,48,图,8,、浸金之前良好镍面的,SEM,图片,（为后续良好之化金提供了良好的基础）,镍面,1000,倍,SEM,图片,镍面,5000,倍,SEM,图片,49,49,图,9,、浸金之前良好镍面的,SEM,图片,（切片后的,SEM,图片）,50,50,图,10,、浸金之前已出现污染、腐蚀的镍面,SEM,图片,（为得到良好的化金层埋下严重的隐患）,镍面,1000,倍,SEM,图片,镍面,3000,倍,SEM,图片,51,51,图,11,、浸金之前已出现腐蚀的镍面,（切片后的,SEM,图片）,52,52,图,12,、浸金反应完成后的良好金面,SEM,图片,（良好之镍面、化金过程中又没有受到过度的攻击和腐蚀则可得到良好之金面）,53,53,图,13,、浸金反应完成后金面出现局部腐蚀污染的,SEM,图片,（本身已出现污染、腐蚀的镍面或在浸金过程中受到过度的药水攻击必然得不到良好的金层）,54,54,图,14,、焊接完成后形成的良好,IMC,层、完全无腐蚀和明显富磷层的,SEM,照片,（如此焊接镀层肯定不会有任何的失效问题）,良好之,IMC,层,无腐蚀、富磷层之镍层,55,55,图,15,、焊接完成后形成的不连续之针状,IMC,层、富磷层明显的,SEM,照片,（但镍层未见明显腐蚀刺入所以在没有受特别外力作用的情况下还不至于造成零件脱落的严重后果）,富磷层,不连续之针状,IMC,层,56,56,图,16,、焊接完成后形成过厚的,IMC,层和富磷层（并有明显腐蚀刺入现象）的,SEM,照片,（如此焊接层失效的可能性基本无法避免）,IMC,层,富磷层,腐蚀、刺入点,57,57,图,17,、焊接完成后形成过厚的,IMC,层和富磷层（并有明显腐蚀刺入现象）的失效,SEM,照片,58,58,3.6.10,如何保证化,Ni/Au,产品的可靠性。,严格控制化镍工艺参数，确保制程参数稳定。确保,P,含量为,6-9%,（中磷）范围内。,严格控制沉金工艺参数，确保制程参数稳定。确保沉金过程镍面不受到过度腐蚀。,化镍金板贮存在良好环境中，使镀层不受污染，腐蚀。,焊接装量时，管控好焊接温度和参数，确保,IMC,厚度,1-3,微米,金层厚度控制,0.03-0.08,微米（,1-3,微英寸）。,3.7,小结：,目前常见的,PCB,表面处理工艺有：,OSP,，沉,Ag,，沉,Sn,，化镍沉金，无铅热风整平，电镀,Ni/Au,。,选用哪一种工艺，与,SMT,装配工艺、最终产品用途、客户习惯与要求，成本有关。,最有发展希望与应用前景的表面涂覆：,OSP,沉,Ag,化,Ni,沉,Au,（,ENIG,）,（说的不一定对，供参考）,也有学者认为：,OSP,Ni/An,沉,Su,59,59,2.9.,高均匀性超薄铜箔,（,1,）,国家重点支持的高新技术领域，在,PCB,行业有三项,：（国科发火,【2008】172,号文）,覆铜板用高均匀性超薄铜箔制造技术，,刚,-,挠性结合板和,HDI,积层板，,印制板生产和组装用化学品。印制电路板（,PCB,）加工用化学品。,（,2,）,PCB,线路图形趋势；（线宽,/,间距）,2009,年,50/50,微米。,2010,年,30/30,微米。,2011-2012,年,15-20/15-20,微米。,（,3,）,PCB,生产要求铜箔趋势：,0.5 OZ,（,18m),，,12m,，,9m,。,（,4,）压延铜，还是电解铜？,压延铜，从,18,到,12,，,9,微米难。,电解铜，从,1812,，,9,微米，有可能，但均匀性，脆性，延展性，行不行？,成本。,（,5,）研发高均匀性超薄铜箔项目，市场需要，有前途。,60,60,2.10.,印制电子,(Printed Electronics,)(,引用部分龚永林资料,),（）印制电子定义,近年来成为全球电子界，材料界和制造界共同关注的研究热点,.,是指利用各种印刷技术,形或电子元器件和电路的电子产品,.,未来,20,年，会形成印制电子产业，产值达到,3000,亿美元（中国,PCB,产值,2008,年是,170,亿美元）。印制电子会发展成为与当今硅基电子相当的新兴产业，对我们现代生活质量和水平将产生广泛而深远的影响。,（）特点,印制技术的导入简化电子产品制造工艺,;,把电子电路与元器件集合在一起,连接可靠,;,产品轻薄、可挠固,减少体积和重量,适合各种形状要求,;,环保,绿色生产,.,目前对家是电子消费类产品,大众的,低成本的,.,（）应用领域,器件,:,簿膜晶体管,RFID,系统,存储器,逻辑电路,;,显示,:,有机光电显示管,有机光电广告牌,电子纸,;,照明,:,有机发光二极管,;,电源,:,薄膜太阳能电池,光伏电源,;,传感器,:,接触压力传感器,光电传感器,温度传感器,;,薄膜开关,等等,.,(,印制电子应用,重量轾,体积小,成本低,轻巧,节能,可卷曲,适合成卷、批量、高效生产,对环境友好,.),(,小学生不用背,5kg,书包上学了,;,一把太阳能雨伞就可上网,充电,看电视了,;,电子标签,出版,时装,汽车,照明,广告,展会,都会发生广泛而深远的影响,.),61,61,（）喷墨打印生产,PCB,专门对付,PCB,样板，中小批量板，能作单、双、多层板。,喷墨打印导线、绿油、字符。不必再用,CCL,，属加成法生产范畴。据说，打印速度已达到每秒几千点，几万点，比目前的激光钻孔还快。,节约能源，无污水处理，省去很多工序（贴膜、曝光、显影、蚀刻、沉铜、电镀等）,环保,.,（）难点,设备,:Roll-to-Roll,喷咀,检测,;,材料,:,碳浆,银浆,铜浆,纳米材料,薄膜材料,;,工艺,:,批量,高放,低成本生产,管理,;,市场,:,前景很好,国外己批量,投放市场,中国在哪些领域作为切入点？,(6),印制电子与印制电路板,二者关系,:,.,技术相通,-,同宗,;,.,产品相连,-,同源,;,.,效能相比,-,印制电子优于,PCB;,.,发展趋势,-,会替代部分,PCB;,不可能全部取代,PCB;,柔性印制电子会迅速成长,;,印制电子和,PCB,会同步发展,.,62,62,3.,电子产品对印制板质量可靠性的要求,3.1,电子产品质量可靠性关键指标（询张）,（,1,）寿命，平均无故障工作时间。,A.,对整机通常要求：,电脑，,8,万小时；,TV,，,5,万小时；家电，,5,万小时。,5,万小时的概念,每天用,8,小时，,365,天,/,年，需使用,17,年。,连续,24,小时,/,天工作，需花,5.7,年。,如整机用,10,年，每天可使其工作,13.7,小时。,8,万小时的概念,每天打开，日夜不关机，即,24,小时,/,天工作，需,9.13,年才达到,8,万小时。,对,PCB,的要求，同整机。,63,63,B.,翻盖手机，,5,万次翻盖不坏。（也有要求,10,万次的）,如果打手机（接听和打出），,30,次,/,天，,5,万次翻盖不坏，可用,4.57,年。,如果每天打、接电话,20,次,/,天，这台手机可用,6.85,年。,如果每天打电话,50,次,/,天，这台手机只能用,2.74,年。,可翻盖,10,万次的手机，用,50,次,/,天，这台手机可用,5.48,年。,翻盖滑盖手机用到软性板，软性板（,FPCB,）的基础是,FCCL,（软性基材）。基材,涉及到铜箔。是用压延铜还是电解铜？所以，基材的品质同电子产品滑盖翻盖手,机密切相连。,延展性,最薄厚度,价格,电解铜,差,2-5%,，或,10%,9,12,微米,低,压延铜,好 约,10,12%,18,微米,高,C.,某些整机,电话总机：,10,年内无故障。（过节打不通电话，后果,一秒钟也不能停）,64,64,（,2,）加速老化。,是指与传统的老化方法相比，仍用自然加快或实验室人工方法加速完成产品的寿命实验。,例如：,PCB,可焊性，对电子产品有大的影响。印制板表面涂敷,Ni/Au,，,Sn,，,Ag,，放置半年，一年后，还能否焊接？,高低温试验箱，高低温交变湿热试验箱，冷热试验冲击箱。,(3),热冲击试验,又称热循环试验,(IPC-TM650,