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PCB不同可焊表面處理及無(wú)鉛制程講解

發(fā)布時(shí)間 :2016-11-28 10:07 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB制板部
一、目前PCB各種常用的可焊表面處理分別為:
保焊劑(OSP) --Organic Solderability Preservatives
噴錫(HASL)--- Hot Air Solder Levelling
浸銀(Immersion Silver Ag)
浸錫(Immersion Tin Sn)
化鎳浸金(Electroless Nickel Immersion Gold, ENIG) 
2004年因噴錫板已突破設(shè)備、材料(Sn-Cu-Ni)的瓶頸,并成功量產(chǎn),故噴錫已成PCB無(wú)鉛表面處理的首選(目前Sn63/Pb37多層板噴錫市場(chǎng)占有率為90%以上)
 
二、各種常用可焊表面處理焊接BGA后(約美金100cent銅幣大小的BGA圖一),經(jīng)拉力試驗(yàn)所得知強(qiáng)度比較表
處理Finish 拉力Min ?bs 拉力 Avg ?bs 拉力Max ?bs 落差?bs
保焊劑OSP 384 395 404 20
噴錫HASL 376 396 410 34
浸銀Ag 373 389 401 28
浸錫Sn 350 382 404 54
化鎳浸金ENIG 267 375 403 136
上表摘自PC FAB上的資料
約美金100cent銅幣大小的BGA
< 圖一 >

三、各種表面處理的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)比較

表面處理 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)
保焊劑O.S.P.
(a)焊錫性特佳是各種表面處理焊錫強(qiáng)度的指標(biāo)(benchmark);
(b)對(duì)過期板子可重新Recoating一次;
(c)平整度佳,適合SMT裝配作業(yè);
(d)可作無(wú)鉛制程。
(a)打開包裝袋后須在24小時(shí)內(nèi)焊接完畢,以免焊錫性不良;
(b)在作業(yè)時(shí)必須戴防靜電手套以防止板子被污染;
(c)IR Reflow的peak temp為220℃對(duì)于無(wú)鉛錫膏peak temp要達(dá)到240℃時(shí)第二面作業(yè)時(shí)之焊錫性能否維持目前被打問號(hào)“?”,但喜的是目前耐高溫的O.S.P已經(jīng)出爐, 有待進(jìn)一步澄清;
(d)因OSP有絕緣特性,因此testing pad一定有加印錫膏作業(yè)以利測(cè)試順利。在有孔的testing pad更應(yīng)在鋼板stencil用特殊的開法讓錫膏過完IR后,只在pad及孔壁邊上而不蓋孔,以減少測(cè)試誤判;
(e)無(wú)法使用ICT測(cè)試,因ICT測(cè)試會(huì)破壞OSP表面保護(hù)層而造成焊盤氧化。
噴錫板HASL
(a)與OSP一樣其焊錫性也是特性, 也同樣是各種表面處理焊錫強(qiáng)度指標(biāo)(Benchmark);
(b)由于錫鉛板測(cè)試點(diǎn)與探針接觸良好¸測(cè)試比較順利;
(c)目前制程與QC手法無(wú)須改變;
(d)由于噴錫多層板在有鉛制程中占90%以上,而且技術(shù)較成熟,而無(wú)鉛噴錫目前與有鉛噴錫的差異僅是噴錫設(shè)備的改良及材料(63/37改Sn-Cu-Ni)更換,故無(wú)鉛噴錫仍是無(wú)制程的首選。
(a)平整度差find pitch,SMT裝配時(shí)容易發(fā)生錫量不致性, 容易造成短路或焊錫因錫量不足造成焊接不良情形。
(b)噴錫板在PCB制程時(shí)容易造成錫球(Solder Ball)使得S.M.T裝配時(shí)發(fā)生短路現(xiàn)象發(fā)生。
浸銀Ag
(a)平整度佳適合S.M.T裝配作業(yè);
(b)適合無(wú)鉛制程;
(c)未來無(wú)鉛制程之王座后選板。
(a)焊錫強(qiáng)度不如OSP或HASL;
(b)基本上不得Baking, 如育Baking必須在110℃, 1小時(shí)以內(nèi)完成,以免影響焊錫性;
(c)在空氣中怕氧化更怕氯化及硫化,因此存放及作業(yè)場(chǎng)所絕對(duì)不能有酸,氯或硫化物,因此作業(yè)時(shí)希望能比照O.S.P.在打開包裝后24小時(shí)焊接完畢(最長(zhǎng)也須在3天內(nèi)完成)以避免因水氣問題要Baking時(shí)又被上述條件限制而進(jìn)退兩難;
(d)包裝材料不得含酸及硫化物。
浸錫
(a)平整度佳適合SMT裝配作業(yè);
(b)可作無(wú)鉛制程。
(a)焊錫強(qiáng)度比浸銀還差;
(b)本為無(wú)鉛制程明天之星, 但因儲(chǔ)存時(shí)及過完IR Reflow后IMC (Intermetallic compound)容易長(zhǎng)厚,而造成焊錫性不良;
(c) 基本上不得Baking, 如育Baking 必須在110℃, 1小時(shí)以內(nèi)完成,以免影響焊錫性;
(d) 希望能比照O.S.P.在打開包裝后24小時(shí)焊接完畢(最長(zhǎng)也須在3天內(nèi)完成) 以避免因水氣問題要Baking時(shí)又被上述條件限制而進(jìn)退兩難。
化鎳浸金
ENIG
(a)平整度佳適合SMT裝配作業(yè);
(b)由因金導(dǎo)電性特性對(duì)于板周圍須要良好的接觸或?qū)τ诎存I用的產(chǎn)品如手機(jī)類仍是最佳的選擇;
(c)可作無(wú)鉛制程。
(a)焊錫強(qiáng)度最差;
(b)容易造成BGA處焊接后之裂痕,其原因?yàn)橄忍旌稿a強(qiáng)度很差,裝配線操作空間小,也可能是PCB板本身上鎳容易氧化,操作空間同樣很小,因此PCBA及PCB間常為此問題爭(zhēng)議不斷。
化鎳浸金加保焊劑
ENIG + O.S.P
(a)此為改良型的化鎳浸金作法,其目的是保存在要導(dǎo)電接觸區(qū)或按鍵區(qū)保留化鎳浸金。但將要焊接的地方或重要焊接地方如BGA處改為O.S.P.作業(yè)。如此一來即可保留化鎳浸金的最佳導(dǎo)電又可保持O.S.P.的最佳焊錫強(qiáng)度,目前手機(jī)板大部份用此方式作業(yè);
(b)平整度佳適合作SMT裝配作業(yè);
(c) 適合無(wú)鉛制程。
(a) 其缺點(diǎn)與保焊劑O.S.P相同;
(b) 由于是兩種表面處理PCB作業(yè)及流程繁多。制程也復(fù)雜,成本增加,價(jià)錢較貴在所難免。
 
四、一般含鉛制程及無(wú)鉛制程IR Reflow比較圖
一般含鉛制程及無(wú)鉛制程IR Reflow比較圖Lead free reflow(SnCuNi)
 兩者比較得知
無(wú)鉛IR Reflow的 Peak temp比含鉛多了約240℃-225℃=15℃
Peak TEMP的時(shí)間多了 20-5=5 Sec 多了四倍
Preheat也多了約(150~180℃)-(140~170℃)=10℃
 
為避免裝配時(shí)減少IR Reflow對(duì)Z axis expansion的沖擊, 造成孔壁破拉裂,
建議凡板厚超越70mil(1.8m/m)或12層板以上用無(wú)鉛制程者一律采用High Tg 170℃)的材料而不是一般FR4 Tg(135℃)的材料。
Z axis expansion Before Tg  5.0*10-5 m/m℃
Z axis expansion After Tg   25.0*10-5  m/m℃


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