PCB制造工艺的解析模板.doc

PCB制造工艺综述
目 录
一PCB制造行业术语......................................................................................2
二PCB制造工艺综述......................................................................................4
1. 印制板制造技术发展50年历程............................................................................4
2初步认识PCB............................................................................................................5
3表面贴装技术(SMT)介绍......................................................................................7
4PCB电镀金工艺介绍................................................................................................8
5PCB电镀铜工艺介绍................................................................................................8
6多层板孔金属化工艺.................................................................................................9
7. PCB表面处理技术......................................................................................................9
三印制板产品DFM....................................................................................12
1DFM开始.............................................................................................................12
2工具和技术...............................................................................................................13

.. Additive Process(加成工艺)一个制造PCB导电布线方法经过选择性在板层上沉淀导电材料(铜锡等)
.. Angle of attack(迎角)丝印刮板面和丝印平面之间夹角
.. Anisotropic adhesive(各异向性胶)一个导电性物质其粒子只在Z轴方向经过电流
.. Application specific integrated circuit (ASIC特殊应用集成电路)用户定做用于专门用途电路
.. Artwork(布线图)PCB导电布线图用来产生照片原版能够任何百分比制作但通常为3:1或4:1
.. Automated test equipment (ATE自动测试设备)为了评定性能等级设计用于自动分析功效或静态参数设备
也用于故障离析
.. Blind via(盲通路孔)PCB外层和内层之间导电连接不继续通到板另一面
.. Buried via(埋入通路孔)PCB两个或多个内层之间导电连接(即从外层看不见)
.. Bonding agent(粘合剂)将单层粘合形成多层板胶剂
一PCB制造行业术语
1. Test Coupon: 试样
test coupon是用来以TDR (Time Domain Reflectometer) 测量所生产PCB板特征阻抗是否满足设
计需求 通常要控制阻抗有单根线和差分对两种情况 所以 test coupon上走线线宽和线距(有
差分对时)要和所要控制线一样 最关键是测量时接地点位置 为了降低接地引线(ground lead)
电感值 TDR探棒(probe)接地地方通常很靠近量信号地方(probe tip) 所以 test coupon
上量测信号点跟接地点距离和方法要符合所用探棒
2. 金手指
在线路板板边节点镀金Edge-Conncetion也就是我们常常说金手指(Gold Finger)是用来和连
接器(Connector)弹片之间连接进行压迫接触而导电互连这是因为黄金永远不会生锈且电镀加工
有很轻易外观也好看故电子工业接点表面几乎全部要选择黄金
线路板金手指上金硬度在140 Knoop以上方便卡插拔时确保耐磨得效果故一向采取镀硬金工
艺其镀金厚度平均为在30u in
但在封装载板上(Substrate)上设有若干镀金承垫用来COBchip on board晶片间以"打金线"
wire bond是一个热压式熔接措施互连故另需使用较软金层和金线融合通常金硬度在100
Knoop以下称为软金其品质要求较硬金更为严格另外镀金层含有焊锡性和导热性故也常见于焊
点和散热表面用途
3. 硬金,软金
硬金:Hard Gold;软金 soft Gold电镀软金是以电镀方法析出镍金在电路板上它厚度控制较具弹
性通常适适用于IC封装板打线用金手指或其它适配卡内存所用电镀金多数为硬金因为必需耐
磨在化学金方面基础上有所谓浸金和化学金两种浸金指是以置换方法将金析出于镍表面
因为是置换方法其厚度相当薄且无法继续成长不过化学金是采取氧化还原剂方法将金还原在镍面上
并非置换所以它厚度能够成长较厚通常这类做法是用于无法拉出导线电路板因为化学金在
整体稳定度上控制较难所以较轻易产生品责问题通常这类应用多集中在焊接方面打线方面应
用极少
4. SMT基础名词术语解释
.. Functional test(功效测试)模拟其预期操作环境对整个装配电器测试
.. Bridge(锡桥)把两个应该导电连接导体连接起来焊锡引发短路
.. Circuit tester(电路测试机)一个在批量生产时测试PCB方法包含针床元件引脚脚印导向探针内部迹
线装载板空板和元件测试
.. Cladding(覆盖层)一个金属箔薄层粘合在板层上形成PCB导电布线
.. CTE---Coefficient of the thermal expansion(温度膨胀系数)当材料表面温度增加时测量到每度温度材料
膨胀百万分率(ppm)
.. Cold cleaning(冷清洗)一个有机溶解过程液体接触完成焊接后残渣清除
.. Component density(元件密度)PCB上元件数量除以板面积
.. Conductive epoxy(导电性环氧树脂)一个聚合材料经过加入金属粒子通常是银使其经过电流
.. Copper foil(铜箔)一个阴质性电解材料沉淀于电路板基底层上一层薄连续金属箔 它作为PCB导电
体它轻易粘合于绝缘层接收印刷保护层腐蚀后形成电路图样
.. Copper mirror test(铜镜测试)一个助焊剂腐蚀性测试在玻璃板上使用一个真空沉淀薄膜
.. Defect(缺点)元件或电路单元偏离了正常接收特征
.. Delamination(分层)板层分离和板层和导电覆盖层之间分离
.. Desoldering(卸焊)把焊接元件拆卸来修理或更换方法包含用吸锡带吸锡真空(焊锡吸管)和热拔
.. DFM(为制造着想设计)以最有效方法生产产品方法将时间成本和可用资源考虑在内
.. Environmental test(环境测试)一个或一系列测试用于决定外部对于给定元件包装或装配结构机械和功
能完整性总影响
.. Fiducial(基准点)和电路布线图合成一体专用标识用于机器视觉以找出布线图方向和位置
.. Fine-pitch technology (FPT密脚距技术)表面贴片元件包装引脚中心间隔距离为 0.025"(0.635mm)或更少
.. Fixture (夹具)连接PCB四处理机器中心装置
.. Lead configuration(引脚外形)从元件延伸出导体起机械和电气两种连接点作用
.. Machine vision(机器视觉)一个或多个相机用来帮助找元件中心或提升系统元件贴装精度
.. Mean time between failure (MTBF平均故障间隔时间)预料可能运转单元失效平均统计时间间隔通常以每
小时计算结果应该表明实际估计或计算
.. Photo-plotter(相片绘图仪)基础布线图处理设备用于在摄影底片上生产原版PCB布线图(通常为实际尺寸)
.. Pick-and-place(拾取-贴装设备)一个可编程机器有一个机械手臂从自动供料器拾取元件移动到PCB上一
个定点以正确方向贴放于正确位置
.. Placement equipment(贴装设备)结合高速和正确定位地将元件贴放于PCB机器分为三种类型SMD大量转
移X/Y定位和在线转移系统能够组合以使元件适应电路板设计
.. Reflow soldering(回流焊接)经过各个阶段包含预热稳定/干燥回流峰值和冷却把表面贴装元件放入锡
膏中以达成永久连接工艺过程
.. Schematic(原理图)使用符号代表电路部署图包含电气连接元件和功效
.. Solder bump(焊锡球)球状焊锡材料粘合在无源或有源元件接触区起到和电路焊盘连接作用
.. Soldermask(阻焊)印刷电路板处理技术除了要焊接连接点之外全部表面由塑料涂层覆盖住
.. Type I, II, III assembly(第一二三类装配)板一面或两面有表面贴装元件PCB(I)有引脚元件安装在
主面有SMD元件贴装在一面或两面混合技术(II)以无源SMD元件安装在第二面引脚(通孔)元件安装在主面为
特征混合技术(III)
.. Ultra-fine-pitch(超密脚距)引脚中心对中心距离和导体间距为0.010(0.25mm)或更小
.. Void(空隙)锡点内部空穴在回流时气体释放或固化前夹住助焊剂残留所形成
.. Yield(产出率)制造过程结束时使用元件和提交生产元件数量比率
5 Keying Slot 在线路板金手指区为了预防插错而开槽
6. Mounting Hole 安装孔此词有两种意思一是指分布在板脚较大孔是将组装后线路板固
定在终端设备上使用螺丝孔其二是指插孔焊接零件脚孔后者也称Insertion Hole ,Lead Hole
7. Laminate :基材指用来制造线路板用基材板也叫覆铜板CCL Copper per Claded Laminates
8. Prepreg 树脂片也称为半固化片
9. Silk Screen 网板印刷用聚酯网布或不锈钢网布当载体将正负片图案以直接乳胶或间接版膜
方法转移到网框网布上形成网版作为对线路板印刷工具
10. Screen Printing 网版印刷是指在已经有图案网布上用刮刀刮挤压出油墨将要转移地图案转
移到板面上也叫丝网印刷
11. Screen ability 网印能力指网版印刷加工时其油墨在刮压之作用下含有透过网布之露空部分
而顺利漏到板上能力
12. Solder Bump 銲锡凸块为了和线路板连接在晶片连接点处须做上多种形状微銲锡凸
块
13. Substractive Process 减成法是指将基材上部分无用铜箔减除掉而达成线路板做法称为
减成法
14. Surface-Mount Device(SMD) 表面装配零件不管是含有引脚或封装是否完整各式零件凡能
够利用锡膏做为焊料而能在板面焊垫上完成焊接组装者皆称为SMD
15. Surface Mount Technology 表面装配技术是利用板面焊垫进行焊接或结合组装技术有别于
采取通孔插焊传统组装方法称为SMT
16. Thin Core 薄基材多层板内层是由薄基材制作
17. Through Hole Mounting 通孔插装是指早期线路板上各零件之组装皆采取引脚插孔及填锡方法
进行以完成线路板上互连
18. Twist板翘指板面从对角线两侧角落发生变形翘起称为板翘其测量方法是将板三个叫
落紧台面再测量翘起角高度
二PCB制造工艺综述
1. 印制板制造技术发展50年历程
PCB制造技术发展50年历程可划分为6个时期
1PWB诞生期1936年~制造方法加成法
绝缘板表面添加导电性材料形成导体图形称为加成法工艺使用这类生产专利印制板曾在1936
年底时应用于无线电接收机中
2PWB试产期1950年~制造方法减成法
制造方法是使用覆铜箔纸基酚醛树脂层压板PP基材用化学药品溶解除去不需要铜箔留下铜箔成为电路称
为减成法工艺在部分标牌制造工厂内用此工艺试做PWB以手工操作为主腐蚀液是三氯化铁溅上衣服就会变黄
当初应用PWB代表性产品是索尼制造手提式晶体管收音机应和PP基材单面PWB
3PWB实用期1960年~新材料GE基材登场
PWB应用覆铜箔玻璃布环氧树脂层压板GE基材因为PWB国产GE基板在早期有加热翘曲变形铜箔剥离等问题
材料制造商逐步改善而提升1965年起日本有好几家材料制造商开始批量生产GE基板工业用电子设备用GE基板民
用电子设备用PP基板已成为常识
4PWB跌进期1970~MLB登场新安装方法登场
这个时期PWB从4层向层更多层发展同时实施高密度化细线小孔薄板化线路
宽度和间距从0.5mm向0.350.20.1mm发展PWB单位面积上布线密度大幅提升
PWB上元件安装方法开始了革命性改变原来插入式安装技术TMT改变为表面安装技术SMT引线插入式安装方
法在PWB上应用有20年以上了并全部依靠手工操作这时也开发出自动元件插入机实现自动装配线SMT更是采取
自动装配线并实现PWB两面贴装元件
5MLB跃进期1980年~超高密度安装设备登场
在1982年~1991年间日本PWB产值约增加3倍1982年产值3615亿日元1991年10940亿日元MLB产
值1986年时1468亿日元追上单面板产值到1989年时2784亿日元靠近双面板产值以后就MLB占关键地位了
1980年后PCB高密度化显著提升有生产62层玻璃陶瓷基MLBMLB高密度化推进移动电话和计算机开发竞争
6迈向二十一世纪助跑期1990年~积层法MLB登场
1991年后日本泡沫经济破灭电子设备和PWB受影响下降到1994年后才开始恢复MLB和挠性板有大增加而单面板
和双面板产量却开始一直下跌1998年起积层法MLB进入实用期产量急速增加IC元件封装形式进入面阵列端接型
BGA和CSP走向小型化超高密度化安装
以后展望50多年来PWB发展改变巨大自1947发明半导体晶体管以来电子设备形态发生大变样半导体由ICISIVLSI向高集成度发展开发出了MCMBGACSP等更高集成化IC二十一世纪早期技术趋向就是为设备高密
度化小型化和轻量化努力主导二十一世纪创新技术将是纳米技术会带动电子元件研究开发
2初步认识PCB
PCB是英文(Printed Circuit Board)印制线路板简称通常把在绝缘材上按预定设计制成印制
线路印制元件或二者组合而成导电图形称为印制电路而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接导
电图形称为印制线路这么就把印制电路或印制线路成品板称为印制线路板亦称为印制板或印制电
路板
PCB几乎我们能见到电子设备全部离不开它小到电子手表计算器通用电脑大到计算机通迅
电子设备军用武器系统只要有集成电路等电子无器件它们之间电气互连全部要用到PCB它提供集成
电路等多种电子元器件固定装配机械支撑实现集成电路等多种电子元器件之间布线和电气连接或电
B阶粘结片板材粘结片检验钻定位孔层压数控制钻孔孔检验孔前处理和化学镀铜全板
镀薄铜镀层检验贴光致耐电镀干膜或涂覆光致耐电镀剂面层底板曝光显影修板线路图形电镀
电镀锡铅合金或镍/金镀去膜和蚀刻检验网印阻焊图形或光致阻焊图形印制字符图形
绝缘提供所要求电气特征如特征阻抗等同时为自动锡焊提供阻焊图形为元器件插装检验维
修提供识别字符和图形
PCB是怎样制造出来呢我们打开通用电脑健盘就能看到一张软性薄膜挠性绝缘基材印
上有银白色银浆导电图形和健位图形因为通用丝网漏印方法得到这种图形所以我们称这种印制
线路板为挠性银浆印制线路板而我们去电脑城看到多种电脑主机板显卡网卡调制解调器声卡
及家用电器上印制电路板就不一样了它所用基材是由纸基常见于单面或玻璃布基常见于双面及
多层预浸酚醛或环氧树脂表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成这种线路板覆铜簿板材我
们就称它为刚性板再制成印制线路板我们就称它为刚性印制线路板单面有印制线路图形我们称单面
印制线路板双面有印制线路图形再经过孔金属化进行双面互连形成印制线路板我们就称其为双
面板假如用一块双面作内层二块单面作外层或二块双面作内层二块单面作外层印制线路板经过
定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连印制线路板就成为四层六层印制
电路板了也称为多层印制线路板现在已经有超出100层实用印制线路板了
为进一认识PCB我们有必需了解一下单面双面印制线路板及一般多层板制作工艺加深对它了
解
单面刚性印制板单面覆铜板下料刷洗干燥网印线路抗蚀刻图形固化检验修板蚀刻铜
去抗蚀印料干燥钻网印及冲压定位孔刷洗干燥网印阻焊图形常见绿油UV固化网印字
符标识图形UV固化预热冲孔及外形电气开短路测试刷洗干燥预涂助焊防氧化剂干燥
检验包装成品出厂
双面刚性印制板双面覆铜板下料钻基准孔数控钻导通孔检验去毛刺刷洗化学镀导
通孔金属化全板电镀薄铜检验刷洗网印负性电路图形固化干膜或湿膜曝光显影
检验修板线路图形电镀电镀锡抗蚀镍/金去印料感光膜蚀刻铜退锡清洁刷洗
网印阻焊图形常见热固化绿油贴感光干膜或湿膜曝光显影热固化常见感光热固化绿油清
洗干燥网印标识字符图形固化外形加工清洗干燥电气通断检测喷锡或有机保焊膜
检验包装成品出厂
贯通孔金属化法制造多层板工艺步骤:内层覆铜板双面开料刷洗钻定位孔贴光致抗蚀干膜或
涂覆光致抗蚀剂曝光显影蚀刻和去膜内层粗化去氧化内层检验外层单面覆铜板线路制作
热风
整平或有机保焊膜数控洗外形成品检验包装出厂
从工艺步骤图能够看出多层板工艺是从双面孔金属化工艺基础上发展起来它除了继了双面工艺
外还有多个独特内容金属化孔内层互连钻孔和去环氧钻污定位系统层压专用材料
我们常见电脑板卡基础上是环氧树脂玻璃布基双面印制线路板其中有一面是插装元件另一面为元
件脚焊接面能看出焊点很有规则这些焊点元件脚分立焊接面我们就叫它为焊盘为何其它铜导线
图形不上锡呢因为除了需要锡焊焊盘等部分外其它部分表面有一层耐波峰焊阻焊膜其表面阻
焊膜多数为绿色有少数采取黄色黑色蓝色等所以在PCB行业常把阻焊油叫成绿油其作用是防

止波焊时产生桥接现象提升焊接质量和节省焊料等作用它也是印制板永久性保护层能起到防潮
防腐蚀防霉和机械擦伤等作用从外观看表面光滑明亮绿色阻焊膜为菲林对板感光热固化绿油
不仅外观比很好看便关键是其焊盘正确度较高从而提升了焊点可靠性相反网印阻焊油就比较差
我们从电脑板卡能够看出元件安装有三种方法一个为传动插入式安装工艺将电子元件插入
印制线路板导通孔里这么就轻易看出双面印制线路板导通孔有以下多个一是单纯元件插装孔
二是元件插装和双面互连导通孔三是单纯双面导通孔四是基板安装和定位孔另二种安装方法就是
表面安装和芯片直接安装其实芯片直接安装技术能够认为是表面安装技术分支它是将芯片直接粘在
印制板上再用线焊法或载带法倒装法梁式引线法等封装技术互联到印制板上其焊接面就在元件面
上
表面安装技术有以下优点
1 因为印制板大量消除了大导通孔或埋孔互联技术提升了印制板上布线密度降低了印制板面积一
般为插入式安装三分阶之一同时还可降低印制板设计层数和成本
2 减轻了重量提升了抗震性能采取了胶状焊料及新焊接技术提升了产品质量和可靠性
3 因为布线密度提升和引线长度缩短降低了寄生电容和寄生电感更有利于提升印制板电参数
4 比插装式安装更轻易实现自动化提升安装速度和劳动生产率对应降低了组装成本
从以上表面安技术就能够看出线路板技术提升是隋芯片封装技术和表面安装技术提升而提升
现在我们看电脑板卡其表面粘装率全部不停地在上升实际上这种线路板再用传动网印线路图形是无
法满足技术要求了所以一般高正确度线路板其线路图形及阻焊图形基础上采取感光线路和感光绿油
制作工艺可能过不多久大家该把印制线路板叫作感光线路板了
现在我们再来看成组芯片直接安装技术多芯片模块MCM技术它是将多块未封装集成电路
芯片高密度安装在同一基板上组成一个完整部件新思绪即现在大家普遍称之多芯片模块简称
MCM是(Multi Chip Module缩写)伴随MCM兴起使封装概念发生了本质改变在年代以
前全部封装全部是面向器件而MCM能够说是面向部件或说是面向系统或整机MCM技术集先
进印刷线路板技术优异混合集成电路技术优异表面安装技术半导体集成电路技术于一体是经典
垂直集成技术对半导体器件来说它是经典柔性封装技术是一个电路集成MCM出现使电子系
统实现小型化模块化低功耗高可靠性提供了更有效技术保障
其中 MCM-D型Mulit Chip ModuleDeposited Thin Film是采取薄膜技术将金属材料淀积到陶瓷
或硅铝基板上光刻出信号线电源线地线并依次做成多层基板多达几十层关键用在500Mhz
以上高性能产品中线宽和间距可做到10-25 孔径在1050所以含有组装密度高
信号通道短寄生效应小噪声低等优点可显著地改善系统高频性能
现在我们能够看到现在高新技术PCB已经不是我们所认为印制线路板了可能又该提升一步叫光
刻线路板了
3表面贴装技术(SMT)介绍
1) SMT特点
.. 组装密度高电子产品体积小重量轻贴片元件体积和重量只有传统插装元件1/10左右通常采取SMT
以后电子产品体积缩小40%~60%重量减轻60%~80%

.. 可靠性高抗振能力强焊点缺点率低
.. 高频特征好降低了电磁和射频干扰
.. 易于实现自动化提升生产效率降低成本达30%~50% 节省材料能源设备人力时间等
2) 为何要用表面贴装技术(SMT)
.. 电子产品追求小型化以前使用穿孔插件元件已无法缩小
.. 电子产品功效更完整所采取集成电路(IC)已无穿孔元件尤其是大规模高集成IC不得不采取表面贴片
元件
.. 产品批量化生产自动化厂方要以低成本高产量出产优质产品以迎适用户需求及加强市场竞争力
.. 电子元件发展集成电路(IC)开发半导体材料多元应用
.. 电子科技革命势在必行追逐国际时尚
3) SMT技术发展趋势
伴随电子产品向便携式/小型化网络化和多媒体方向快速发展表面贴装技术Surface Mount
Technology简称SMT在电子工业中正得到越来越广泛应用而且在很多领域部分或全部替换了
传统电子装联技术SMT出现使电子装联技术发生了根本革命性变革在应用过程中SMT
正在不停地发展和完善关键表现在以下几方面
.. SMT生产线发展
.. SMT生产线是生产基础现在其有以下多个发展趋势计算机集成制造系统CIMS应用SMT生产线正向
高效率方向发展SMT生产线向绿色环境保护方向发展
.. SMT设备发展包含丝印设备贴装设备发展
.. FMS多功效等方向发展
.. 表面贴装元器件发展
.. SMT工艺材料发展
4PCB电镀金工艺介绍
作用和特征
印制板上金镀层有多个作用金作为金属抗蚀层它能耐受全部通常蚀刻液它导电率很高其电
阻率为2.44微欧厘米因为它负氧化电位使得它是一个抗锈蚀理想金属和接触电阻低理想
接触表面金属金作为可焊性基底是多年来争论问题之一只要说明金在控制条件情况下已
经成功地用来作为一个焊接辅助手段就够了
多年来已经发展了部分新镀金工艺它们大多数是专利性这表明为避开以典碱性氰化物镀金及其
对电镀抗蚀剂破坏作用所作努力金价格成本高促进发展金合金槽浴作为降低成本手段
5PCB电镀铜工艺介绍
铜作为印制电路制造中基础导线金属已经得到了广泛认可它含有极为优越导电性仅次于银
轻易电镀成本低并给出高度可靠结果铜是很轻易活化所以在铜和其它电镀金属之间能够
取得良好金属金属键合电子设备用印制电路MILSTD275指出金属化应该镀铜孔
中铜镀层厚度应大于0.001英寸有三种最常见镀铜溶液焦磷酸盐硫酸盐和氟硼酸盐溶液
6多层板孔金属化工艺
众所周知孔金属化是多层板生产过程中最关键步骤她关系到多层板内在质量好坏孔金属化
过程又分为去钻污和化学沉铜两个过程化学沉铜是对内外层电路互连过程去钻污作用是去除高速
钻孔过程中因高温而产生环氧树脂钻污尤其在铜环上钻污确保化学沉铜后电路连接高度可靠
性多层板工艺分凹蚀工艺和非凹蚀工艺凹蚀工艺同时要去除环氧树脂和玻璃纤维形成可靠三维结
合非凹蚀工艺仅仅去除钻孔过程中脱落和汽化环氧钻污得到洁净孔壁形成二维结合单从理论
上讲三维结合要比二维结合可靠性高但经过提升化学沉铜层致密性和延展性完全能够达成对应
技术要求非凹蚀工艺简单可靠并已十分成熟所以在大多数厂家得到广泛应用高锰酸钾去钻污是
经典非凹蚀工艺
7. PCB表面处理技术
即使以产品生命周期短和迅猛技术改变著名电子工业还不得不采取一个工业应用广泛热空气焊
锡均涂(HASL, hot air solder leveling)替换技术
长久影响环境关注通常集中在潜在铅泄漏到环境中去仅管在北美立法严禁铅使用还是几
年后事情不过原设备制造商(OEM, original equipment manufacturer)必需满足欧洲和日本环境法
令以使其产品作全球销售这个考虑已经孕育出很多课题评定在每一个关键OEM那里消除铅可选
方法
HASL替换方法许可无铅印刷电路板(PWB, printed wiring board)也提供平坦共面性表面满
足增加技术要求更密间距和区域阵列元件已许可增加电子功效性通常越高技术对立着降低成
本可是大多数替换方法改善高技术装配和长久可靠性而
还会降低成本
成本节省是整个过程成本函数包含过程化学劳力和企
业通常管理费用(图一)象OSP浸银和浸锡等替换技术可提供
最终表面处理成本20 ~ 30%降低即使每块板节省百分比
在高层数多层电路板产品上可能低日用电子成本节省伴随
更大功效性和铅消除将驱使替换方法使用急剧增加
Fig. 1替换方法使用将不仅会增加而且将替换HASL作为最终表面处理选择今天替换问题是选择
数量和已经发表数据纯卷积诸如ENIGOSP浸锡和浸银等替换方法全部提供无铅高可焊性平
整共面表面在生产中对第一次经过装配合格率提供重大改善为了揭开最终表面处理神秘面纱
这些HASL替换方法可经过比较每个涂层对装配要求和PWB设计优点来区分
装配要求
HASL替换方法对装配过程作用反应表面可焊性和它怎样和使用焊接材料相互作用每一类替换
表面涂层 OSP有机金属organometallic)(浸锡和银)或金属(ENIG) 含有不一样焊接机制
焊接机制这种差异影响装配过程设定和焊接点可靠性
OSP是焊接过程中必需去掉保护性涂层助焊剂必需直接接触到OSP表面以渗透和焊接到PWB表
面铜箔上1
浸洗工艺如浸银或锡有机共同沉淀消除最终表面氧化物不象OSP锡和银溶解在焊锡里面
将成为焊接点一部分将帮助熔湿速度锡和银二者全部在PWB铜表面直接形成焊接点
假如合适地沉淀在ENIG表面金是纯净因为其可熔于焊锡所以将提供焊接最快熔湿速
度可是当使用ENIG时焊接点是在镍障碍层上面形成不是直接在PWB铜表面
全部三类替换涂层全部提供最好印刷表面对全部类型锡膏全部一样锡膏直接印在表面涂层上面
提供助焊剂直接接触渗透OSP和熔湿PWB表面印刷模板对沉积完美锡膏印刷形成有效密封消
除了HASL印糊和锡桥问题结果是三种替换涂层全部有很高第一次经过装配合格率焊锡熔湿方面相
差很小区分在于焊接点强度和可靠性多个研究已经证实使用OSP直接焊接到铜表面提供最
好强度焊接点2,3当使用区域阵列片状包装较小焊盘时焊接点强度变得关键
即使使用上降低波峰焊接还是今天装配过程组成整体一部分每一个最终表面涂层焊接机制
将影响助焊剂化学成份选择和波峰焊接工艺设定金属和有机金属涂层有利于通孔焊锡熔湿
通常要求极少助焊剂较低活性助焊剂和波峰较少动荡免洗材料在生产条件下和OSP相处很好
但要求部分优化来增加助焊剂和/或焊锡渗透到通孔内通常这个优化增加助焊剂使用量替换特定
类型助焊剂化学成份或经过更高动荡或温度来增加焊锡渗透
全球范围内正在实施替换传统波峰焊接工艺方法插入式回流(intrusive reflow)选择性焊锡喷
泉(selective solder fountain)和顺应针(compliant pin)正实际上使用在全部最终表面涂层上至今为
止所完成工作表明选择性焊锡喷泉动荡改善了通孔(through-hole)可熔湿性孔中锡膏
(paste-in-hole)或侵入式回流将助焊剂和助焊剂载体直接接触PWB表面使得通孔可熔湿性对全部
最终表面涂层全部是类似最终因为可预见孔误差HASL替换方法比使用顺应针(compliant pin)
HASL要强在替换方法中较厚浸锡为插件提供最光滑表面为顺应针提供最宽操作窗口4
装配工业现在正评定无铅焊接替换品即使一些合金似乎是尤其OEM选择不过还要选择整个
工业所接收合金尽管如此正在测试全部合金全部要求较高回流温度并产生较慢熔湿速度锡
膏供给商已经工程研究了专门助焊剂化学成份来改善这些新合金熔湿初始研究表明较高回流
温度不会影响OSP浸银或浸锡可焊性或绑接强度较高熔化温度显著地帮助OSP渗透和锡和银表
面熔湿甚至是双面回流另外测试正在进行中以评定熔湿速度影响和优化对最终表面涂层特定
回流参数
PWB设计
正如所讨论装配过程能够优化以适合全部最终表面涂层PWB设计将最终决定适于各个应用
最好HASL替换方法但更专门包装和互连类型
象按键接触(key contact)元件屏蔽(component shielding)和插件连接器(edge connector)这么应
用要求在整个设备寿命内接触电阻低
柔性电路板通常要求铝或不锈钢加强构件或散热器
元件包装和一些PWB要求引线接合(wire bonding)或和直接芯片附着用导电性胶兼容性
PWB上高密度互连(HDI, high-density interconnect)几何形状戏剧性地影响使用传统无电镀涂层
合格率
已经看到因为装配在ENIG上区域阵列包装绑接强度不够而出现现场失效(field failure)

为了满足全部这些要求电子工业正将注意力集中在三种关键替换方
法上OSP银和浸锡设计要求
优势
Fig. 2OSP是成本最低替换方法接强度
现在有新配方提供较薄沉淀层面生锈
一样牢靠(图二)因为耐磨性或电涂层如
用于插件连接器或金引线接合(gold高成本和
焊接点中金易脆性要求OSP对已
焊接连接作第二次涂层
即使生产已证实按键接触但
使用假如焊接点强度对PWB设
使得OSP成为移动电子和区域阵列
择OSP也显示和使用在倒装芯片
性(图三)最终散热器或刚性构
轻易地应用在板列形式不象OSP
铝上面引发变色
Fig. 3和OSP和ENIG比较浸银还是一个相对较新技术可是在过去六年里广泛测试和大量生产已
经证实了这个工艺可靠性5,6焊锡熔湿特征使得这种涂层更适合于一个现存无铅波峰焊接工艺这种
表面处理方法是大多数应用潜在替换方法包含屏蔽铝引线接合按键接触和焊接
如表一所表示这个涂层接触电阻在经过老化或回流工序以后保持很低初始研究显示接触电阻在和
导电聚合物接触300,000次后保持很低即使更多工作需要完成作为一个金属涂层浸银也能够在低放大
或不放大情况下检验使得应用者和装配者两个全部轻易决定其存在
表一浸银涂层接触电阻
系列二探针半径0.020"接触力10oz模拟压缩连接器100%接合电阻以欧姆测量
涂层
处理
系列号
读数#1
读数#2
读数#3
电阻
电阻
电阻
OSP
BTH处理
10370KG2
0.500
1.25
0.500
OSP
无环境处理
10370KKY
0.500
0.500
0.500
锡
BTH处理
10370KGM
0.025
0.025
0.025
锡
无环境处理
10370KHW
0.025
0.025
0.025
银
BTH处理
10370K9Z
0.025
0.025
0.025
银
无环境处理
10370K8Y
0.025
0.025
0.025
镍/金
无环境处理
无
0.025
0.025
0.025
Sn63/Pb37
无环境处理
无
0.025
0.025
0.025
浸锡已经在PWB和金属表面处理工业使用几十年了可是已经开发出新化学成份使有机物和锡一
起沉淀在铜表面这种共同沉淀有机物消除纤维状结晶(whisker)增加这是一个可靠性问题阻碍铜
锡金属间增加影响可焊接性能
这些新浸锡工艺结果是较厚最终表面涂层(30 ~ 50 millionths百万分之一)提供光滑表面给
顺应针插件和在线测试(ICT, in-circuit test)渗透正在进行中研究评定相对ICT探针磨损和多个最
终表面涂层性能新浸锡工艺很轻易适应无铅装配并和浸银一样它们存在轻易检验
结论
OSP浸银和浸锡用于混合技术和水溶性和免洗装配技术全部将提供高第一次经过装配合格率每个产
品合适应用是经过PWB设计要求来明确
OSP是成本最低涂层为芯片规模(chip-scale)和倒装芯片(flip chip)包装提供最好焊接强度新
配方能够处理多金属表面如镍/金带自动连接(TAB, tape automated bonding)或铝散热器和刚性构件
浸银提供一个可引线接合(wire bondable)单一表面涂层含有对按键接触和金属对金属屏蔽低
接触电阻
浸锡提供较厚均匀金属涂层改善ICT探针寿命和压入装配针光滑性
OSP已经是HASL替换品市场主流为应用者