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PCB表面处理工艺选择

所有的印刷电路板(PCB)在板上都有铜层,如果铜层未受保护将氧化和损坏。有多种不同的保护层可以使用,最普遍的是热风焊料平整(HASL)、有机焊料防护(OSP)、无电镀镍金沉浸(ENIG)、银沉浸以及锡沉浸。
  热风焊料平整(HASL)
  HASL是工业中用到的主要的有铅表面处理工艺。工艺由将电路板沉浸到铅锡合金中形成,过多的焊料被“风刀”去除,所谓的风刀就是在板子表面吹的热风。对于PCA工艺,HASL具有很多的优势:它是最便宜的PCB,而且通过多次回流焊、清洗和存储后表面层还可以焊接。对于ICT而言,HASL也提供了焊料自动覆盖测试焊盘和过孔的工艺。然而,与现有的替代方法相比,HASL表面的平整性或者同面性很差。现在出现了一些无铅的HASL替代工艺,由于具有HASL的自然而然的替代的特性而越来越普及。多年来HASL应用的效果不错,但是随着“环保”绿色工艺要求的出现,这种工艺存在的日子屈指可数。除了无铅的问题,越来越高的板子复杂性和更精细的间距已经使HASL工艺暴露出很多的局限性。
  优势:最低成本PCB表面工艺,在整个制造过程中保持可焊接性,对ICT无负面的影响。
  劣势:通常使用含铅工艺,含铅工艺现在受到限制,最终将在2007年前消除。对于精细引脚间距(<0.64mm)的情况,可能导致焊料的桥接和厚度问题。表面不平整会导致在组装工艺中的同面性问题。
  有机焊料防护剂
  有机焊料防护剂(OSP)用来在PCB的铜表面上产生薄的、均匀一致的保护层。这种覆层在存储和组装操作中保护电路不被氧化。这种工艺已经存在很久了,但是直到最近随着寻求无铅技术和精细间距解决方案才获得普及。
  就同面性和可焊接性而言,OSP相对于HASL在PCA组装上具有更好的性能,但是要求对焊剂的类型和热循环的次数进行重大的工艺改变。因为其酸性特征会降低OSP性能,使铜容易氧化,因此需要仔细处理。装配者更喜欢处理更具柔韧性和能承受更多热循环周期的金属表面。
  采用OSP表面处理,如果测试点没有被焊接处理,将导致在ICT出现针床夹具的接触问题。仅仅改以采用更锋利的探针类型来穿过OSP层将只会导致损坏并戳穿PCA测试过孔或者测试焊盘。研究表明改用更高的探测作用力或者改变探针类型对良率影响很小。未处理的铜具有比有铅焊接高一个数量级的屈服强度,唯一的结果是将损坏裸露的铜测试焊盘。所有的可测试性指导方针都强烈建议不直接对裸露的铜进行探测。当使用OSP时,需要对ICT阶段定义一套OSP规则。最重要的规则要求在PCB工艺的开始打开版膜(Stencil),以允许焊膏能加到ICT需要接触的那些测试焊盘和过孔上。
  优点:在单位成本上与HASL具有可比性、好的共面性、无铅工艺、改善的可焊性。
  缺点:组装工艺需要进行大的改变,如果探测未加工的铜表面会不利于ICT,过尖的ICT探针可能损坏PCB,需要手动的防范处理,限制ICT测试和减少了测试的可重复性。无电镀镍金沉浸
  无电镀镍金沉浸(ENIG)这种敷层在很多的电路板上得到成功应用,尽管它具有较高的单位成本,但它具有平整的表面和出色的可焊接性。主要的缺点是无电镀镍层很脆弱,已经发现在机械压力下破裂的情况。这在工业上称为“黑块”或者“泥裂”,这导致了ENIG的一些负面报道。
  优点:良好的可焊接性,平整的表面、长的储存寿命、可以承受多次的回流焊。
  缺点:高成本(大约为HASL的5倍)、“黑块”问题、制造工艺使用了氰化物和其他一些有害的化学物质。
  银沉浸
  银沉浸是对PCB表面处理的一种最新增加的方法。主要用在亚洲地区,在北美和欧洲正在获得推广。在焊接过程中,银层融化到焊接点中,在铜层上留下一种锡/铅/银合金,这种合金为BGA封装提供了非常可靠的焊接点。其对比色使其很容易被检查到,它也是HASL在焊接处理上的自然替代方案。
  银沉浸是一种具有非常好发展前景的表面加工工艺,但和所有新的表面工艺技术一样,终端用户对此非常保守。很多的制造商将这种工艺作为一种“正在考察”的工艺,但是它很可能成为最好的无铅表面工艺选择。
  优点:好的可焊接性、表面平整、HASL沉浸的自然替代。
  缺点:终端用户的保守态度意味着行业内缺少相关的信息。
  锡沉浸
  这是一种较新的表面处理工艺,与银沉浸工艺具有很多相似的特性。然而,由于要对PCB制造过程中锡沉浸工艺使用的硫脲(可能是一种致癌物)加以防范,所以有重大的健康和安全问题需要考虑。此外,还要关注锡迁移(“锡毛刺”效应),尽管抗迁移化学制剂在控制这种问题上能获得一定的效果。
  优点:良好的可焊接性、表面平整、相对低的成本。
  缺点:健康和安全问题、热循环周期的次数有限。

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