PCB表面处理分类及特点课件

1、Foxconn Technology GroupSMT Technology Development CommitteeSMT Technology CenterSMT 技術中心PCB表面處理分類及特點第1页，共30页。目 錄 表面處理定義 電鍍定義 表面處理種類 PCB常用表面處理 PCB表面處理優缺點比較第2页，共30页。什么是表面处理？简 单 来 说，表 面 处 理 是 指 改 变 物 件 的 表 面，从 而 给 予 表 面 新 的 性 质。表 面 处 理 的 对 像 可 以 是 金 属(例如 钢 铁)，也 可 以 是 非 金 属(例如 塑胶)。 表面處理定義第3页，共30页。什么是电镀

2、？ 電鍍定義简单来说，电镀指借助外界直流电的作用，在溶液中进行电解反应，使导电体例如金属的表面沉积一金属或合金层。 所謂電解反應是指”利用外加電流引起非自發性氧化還原反應”。 第4页，共30页。电镀过程示意图 電鍍定義第5页，共30页。镀铜 電鍍定義以氰化浴、硫酸浴及焦磷酸浴為主。除氰化浴外皆為二價銅沉積，氰化浴適合鐵及鋅合金底材電鍍，配合合適光澤劑，可得平滑光澤之鍍層。鍍層均一性佳，鍍液安定已應用多年，但鍍液含大量氰化物毒性高，廢水處理成本高，除滾鍍及預鍍外已逐漸被取代。第6页，共30页。镀铜 電鍍定義硫酸浴配合合適的添加劑，填平及光澤性高、成本低、管理容易，廢水處理成本低，已大量應用於電路

3、板、裝飾品、電鑄等領域。焦磷酸浴配合合適的添加劑.曾用於電路板。但廢水處理麻煩，除鋅合金底鍍外，以被硫酸浴取代。第7页，共30页。镀镍 電鍍定義以硫酸浴為主，瓦茲浴為其代表，鍍液成本低，管理容易，大量應用於各種工業及裝飾用途，針對電子零件及電鑄要求，氨基磺酸浴具備低應力，高延展性、較佳的封孔性及高濃度配方，已部份取代了硫酸浴。第8页，共30页。镀镍 電鍍定義鎳鍍層之光澤性及平整性等性質，主要是靠鎳添加劑。一般鍍鎳添加劑可分為光澤劑 (BRIGHTENER)、柔軟劑 (CARRIER) 及濕潤劑 (WETTING)。添加的頻率及液量則視底材的粗糙、所需的厚度、以及要求的光澤度和平整性而定。鍍液應

4、定期分析並補充，時時維持鍍液中各成份之有效濃度，才能保持鍍層之品質。第9页，共30页。镀金 電鍍定義以氰化浴為主，分為鹼性、中性和酸性。鍍液中除了金離子(俗稱金鹽)，應含有導電鹽、平衡導電鹽(緩衝鹽)、光澤劑；另光澤劑又可分有機、合金兩種添加劑。金鹽：金氰化鉀，提供金析出之補充，所以鍍金時，陽極通常為鈍性陽極。導電鹽：提供鍍液中導電之效果。平衡導電鹽：提供鍍液中酸鹼平衡，導電之效果。第10页，共30页。镀金 電鍍定義光澤劑(有機)：提供光澤度、平整性之用。光澤劑(合金)：提供色澤變化，硬度之用。鹼性浴的均一性良好，不易和類金屬不純物共析；中性浴可共析形成合金鍍層；酸性浴亦可形成合金鍍層，可厚鍍

5、，具較佳之封孔性，硬度及耐磨性均較優異，特別適合電子零件之要求。第11页，共30页。镀(Plating) 电镀 (Electroplating) 自催化镀 (Auto-catalytic Plating)，一般称为 “化学镀 (Chemical Plating)”、“无电镀 (Electroless Plating)等 浸渍镀(Immersion Plating) 表面處理種類第12页，共30页。阳极氧化 (Anodizing) 化学 转化层 (Chemical Conversion Coating) 钢铁 发蓝 (Blackening)，俗称煲黑 钢铁 磷化(Phosphating) 铬酸盐

6、 处理(Chromating) 金属 染色(Metal Colouring) 表面處理種類第13页，共30页。涂装(Paint Finishing)，包括各种涂装如手工涂装、静电涂装、电泳涂装等 热浸镀(Hot dip) 热浸镀锌(Galvanizing),俗称铅水 热浸镀锡(Tinning) 表面處理種類第14页，共30页。乾式镀法 PVD 物理气相沈积法(Physical Vapor Deposition) 阴极溅射 真空镀(Vacuum Plating) 离子镀(Ion Plating) CVD 化学气相沈积法(Chemical Vapor Deposition) 表面處理種類第15页，

7、共30页。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) PCB常用表面處理第16页，共30页。經拉力試驗所得知強度比較表處理Finish拉力Min bs拉力 Avg bs拉力Max bs落差bs保焊劑OSP38439540420噴錫HASL37639641034浸銀Ag3

8、7338940128浸錫Sn35038240454化鎳浸金ENIG267375403136 PCB表面處理優缺點比較第17页，共30页。各種表面處理之優點及缺點比較處 理優 點缺 點保焊劑O.S.P.焊錫性特佳是各種表面處理焊錫強度的指標(benchmark)對過期板子可重新Recoating一次平整度佳, 適合SMT裝配作業可作無鉛製程打開包裝袋後須在24小時內焊接完畢, 以免焊錫性不良在作業時必須戴防靜電手套以防止板子被污染IR Reflow的peak temp為220對於無鉛錫膏peak temp要達到240時第二面作業時之焊錫性能否維持目前被打問號?, 但喜的是目前耐高溫的O.S.P已

9、經出爐, 有待進一步澄清.因OSP有絕緣特性, 因此testing pad一定有加印錫膏作業以利測試順利.在有孔的testing pad更應在鋼板stencil用特殊的開法讓錫膏過完IR後, 只在pad及孔壁邊上而不蓋孔, 以減少測試誤判.无法使用ICT测试,因ICT测试会破坏OSP表面保护层而造成焊盘氧化. PCB表面處理優缺點比較第18页，共30页。處 理優 點缺 點噴錫板HASL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度指標(Benchmark)由於錫鉛板測試點與探針接觸良好測試比較順利目前制程与QC手法无须改变由于喷锡多层板在有铅制程中占90%以上,而且技术较成熟,而

10、无铅喷锡目前与有铅喷锡的差异仅是喷锡设备的改良及材料(63/37改Sn-Cu-Ni)更换,故无铅喷锡仍是无鉛制程的首选.平整度差find pitch, SMT裝配時容易發生錫量不致性, 容易造成短路或焊錫因錫量不足造成焊接不良情形.噴錫板在PCB製程時容易造成錫球(Solder Ball)使得S.M.T裝配時發生短路現象發生. PCB表面處理優缺點比較第19页，共30页。處 理優 點缺 點浸銀Ag平整度佳適合S.M.T裝配作業適合無鉛製程未來無鉛製程之王座後選板焊錫強度不如OSP或HASL.基本上不得Baking, 如育Baking必須在110, 1小時以內完成,以免影響焊錫性在空氣中怕氧化更

11、怕氯化及硫化,因此存放及作業場所絕對不能有酸,氯或硫化物,因此作業時希望能比照O.S.P.在打開包裝後24小時焊接完畢(最長也須在3天內完成)以避免因水氣問題要Baking時又被上述條件限制而進退兩難.包裝材料不得含酸及硫化物. PCB表面處理優缺點比較第20页，共30页。處 理優 點缺 點浸錫(a)平整度佳適合SMT裝配作業(b)可作無鉛製程(a)焊錫強度比浸銀還差(b)本為無鉛製程明天之星, 但因儲存時及過完IR Reflow後IMC (Intermetallic compound)容易長厚. 而造成焊錫性不良.(c) 基本上不得Baking, 如育Baking必須在110, 1小時以內完

12、成,以免影響焊錫性(d) 希望能比照O.S.P.在打開包裝後24小時焊接完畢(最長也須在3天內完成) 以避免因水氣問題要Baking時又被上述條件限制而進退兩難. PCB表面處理優缺點比較第21页，共30页。處 理優 點缺 點化鎳浸金ENIG平整度佳適合SMT裝配作業由因金導電性特性對於板周圍須要良好的接觸或對於按鍵用的產品如手機類仍是最佳的選擇可作無鉛製程焊錫強度最差容易造成BGA處焊接後之裂痕, 其原因為先天焊錫強度很差, 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間常為此問題爭議不斷 PCB表面處理優缺點比較第22页，共30页。處 理

13、優 點缺 點化鎳浸金加保焊劑ENIG + O.S.P此為改良型的化鎳浸金作法, 其目的是保存在要導電接觸區或按鍵區保留化鎳浸金. 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. 如此一來即可保留化鎳浸金的最佳導電又可保持O.S.P.的最佳焊錫強度, 目前手機板大部份用此方式作業平整度佳適合作SMT裝配作業(e) 適合無鉛製程其缺點與保焊劑O.S.P相同(b) 由於是兩種表面處理PCB作業及流程繁多. 製程也複雜, 成本增加, 價錢較貴在所難免 PCB表面處理優缺點比較第23页，共30页。化金、 化錫、 化銀、 OSP 吃錫性及四項製程優缺點: PCB表面處理優缺點比較第24页，共30页。化金、 化錫、 化銀、 OSP 吃錫性及四項製程優缺點: PCB表面處理優缺點比較第25页，共30页。無鉛噴錫、 OSP、 化金、 化銀、 化錫的保存期限及保存條件:保存期限 PCB表面處理優缺點比較第26页，共30页。 PCB表面處理優缺點比較無鉛噴錫、 OSP、 化金、 化銀、 化錫的保存期限及保存條件:保存期限第27页，共30页。無鉛噴錫、