PCB 表面镀层技术

PCB表面涂（镀）覆技术

Surface finished technology of PCB

摘要 本文综述了PCB表面涂（镀）覆层的现状与发展

关键词 表面涂覆 热风整平 有机可焊性保护剂 化学镀镍/金 化学镀银 化学镀锡

Abstract This paper summarizes the development and present of surface finished technology

in PCB

Keyword surface finish HASL OSP electroless Ni/Au electroless Ag electroless Sn

本文所述的表面涂（镀）覆技术是指除阻焊剂（阻悍膜、阻焊层）以外的可供电气连接的可焊性或可接触性的涂（镀）覆层。如HASL（或HAL 热风焊料整平或简称热风整平）、OSP（有机可焊性保护剂或耐热预焊剂）、电镀Ni/Au、化学镀Pd(钯）、化学镀Ni/Au、化学镀Sn、化学镀Ag等。这些表面涂覆层对新鲜的铜表面起保护作用或隔离作用，在PCB产品的可焊性和可靠性等方面起着十分重要作用。因此，它是PCB生产过程中的一个重要加工步骤。

1 热风整平（HAL）

热风整平（HAL）或热风焊料整平（HASL）是20世纪80年代发展起来的一种先进工 艺，到了90年代中、后期，它占据着整个PCB 表面涂（镀）覆层的90%以上。只是到了90年代的末期，由于表面安装技术（SMT）的深入发展，才使HAL在PCB中的占有率逐步降低下来，但是，目前HAL在PCB表面涂（镀）覆中的占有率仍在50%左右。尽管SMT的高密度发展会使HAL在PCB中的应用机率不断下降，但是HAL技术在PCB生产中的应用仍有很长的生命力，即使禁用铅的焊料（无铅的绿色焊料），无铅的HAL技术和工艺也会开发和应用起来。

1.1 热风整平工艺和应用

热风整平技术是指把PCB（一般为在制板 panel）浸入熔融的低共熔点（183℃，如图1所示）Sn/Pb（比例应等于或接近于63/37，操作温度为230∽250℃之间）合金中，然后拉

图1 锡/铅合金的组成

出经热风（控制热风温度、风速和风刀角度，其中风刀结构与PCB板距离等已优化而固定下来）吹去多余的Sn/Pb合金，得到所要求组成和厚度的Sn/Pb合金层。在热风整平生产过程中要控制和维护好Sn/Pb合金组成的成份比例（一般要定期补充纯锡，因为才锡比铅更易于氧化，加上锡也易于与其它金属形成合金，所以锡消耗比铅要快）。同时，在高温热风整平的过程中，PCB上的铜也会熔入到Sn/Pb 合金中去，使Sn/Pb合金中含有铜的组分，由于铜和锡会形成高熔点的合金化合物，如Cu6/Sn5、Cu4/Sn3、Cu3/Sn等。当Sn/Pb合金中的铜含量≥0.3%（重量百分比）时，不仅会是使热风整平温度提高（如超过250℃以上）才能得到平整而光亮的涂覆Sn/Pb合金层，甚至会形成粗糙不平或沙石状的表面。因此应定期进行分析Sn和Pb含量与比例，以保证其比例处于62∽64/38∽36之间。同时，由于锡比铅更易于氧化，因此，熔融的锡/铅合金表面应具有耐高温的防氧化剂或耐热助焊剂等加以保护。另外，还要经常清除去在熔融的锡/铅合金表面上的氧化物和锡与铜的合金化合物（要采用比HAL更高的温度和一定保温时间，使铜与锡能充分反应，并漂浮在熔融的锡/铅合金表面上。然后降低温度到230℃左右清除去表面层或残渣），以保证熔融的锡/铅合金的组成比例和纯洁。

PCB 表面镀层技术

HAL的锡/铅合金厚度的控制是极其重要的。对于THT（通孔插装技术）来说，HAL的锡/铅合金厚度一般为5∽7um或更大些。但对于SMT（表面安装技术）来说，HAL的锡/铅合金厚度应控制在3∽5µm之间为宜，厚度太厚或太薄都会带来PCB焊接的可靠性问题。

1.2 热风整平问题和挑战

HAL的锡/铅合金的最大的优点是它具有与焊料相同的组成和成分比例，同时，它能够很好覆盖于新鲜的铜的表面上而保护了铜不被氧化和污染。因此，HAL的锡/铅合金具有极好的保护性、可焊性和可靠性。

但是，HAL的锡/铅合金层在SMT的应用中也遇到了问题和挑战，主要是来自熔融锡/铅合金的表面张力太大（约为水的表面张力的6∽8倍）和在高温下产生锡/铜金属间化合物（IMC，intermetallic compound）以及在HAL过程中PCB受到高温（230∽250℃）的热冲击等三大方面。

（1） 熔融的锡/铅合金表面张力太大带来的问题和挑战。当表面安装用的PCB不断 向高密度发展时，PCB的连接盘（焊盘）的密度越来越大，而其尺寸越来越小，在涂覆相同要求厚度的熔融锡/铅合金下，由于表面张力的作用，使尺寸小的连接盘上锡/铅合金层呈显“龟背”现象（如图2所示）。这种“龟背”现象将随着高密度化（或连接盘微小化）的发展而严重化起来，其结果会导致元器件(特别是SMD 表面安置器件)的引脚与连接盘之间形成“点”的接触,从而影响焊接的可靠性(特别是在高密度化焊接时,会引起位移和错等位)问题.

图2 不同连接盘直径于相同锡/铅合金厚度下的表面状况

（2）在高温下形成锡/铜合金化合物的影响。如果采用加大HAL的热风风速（热风压力）使熔融的锡/铅合金层变薄来消除“龟背”现象而得到连接盘上的平面性（如图3所示），也会带来焊接可靠性问题。因为在高温下，锡和铜的界面之间会形成各种锡/铜合金化合物，如Cu3Sn、Cu3Sn2、Cu4Sn3、┉Cu6Sn5、Cu2Sn3等（参见图3），所形成的各种合金化合物种类和厚度是与HAL的锡/铅合金厚度、HAL的次数和高温保持时间有关，同时 …… 此处隐藏：7623字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……