常见的PCB表面处理工艺(二)

3、化镍浸金(ENIG)

ENIG的保护机理

通过化学方法在铜表面镀上Ni/Au。内层Ni的沉积厚度一般为120~240μin(约3~6μm),外层Au的沉积厚度比较薄,一般为2~4μinch (0.05~0.1μm)。Ni在焊锡和铜之间形成阻隔层。焊接时,外面的Au会迅速融解在焊锡里面,焊锡与Ni形成Ni/Sn金属间化合物。外面镀金是为了防止在存储期间Ni氧化或者钝化,所以金镀层要足够密,厚度不能太薄。

ENIG处理工艺

清洗:清洗的目的与OSP工艺一样,清楚铜表面的有机或无机残留物,为蚀刻和催化做好准备。

蚀刻(Microetch):同OSP工艺……

催化剂:这一步的作用是在铜表面沉积一层催化剂薄膜,从而降低铜的活性能量,这样Ni就比较容易沉积在铜表面。钯、钌都是可以使用的催化剂。

化学镀镍:这里就不详细介绍其具体过程了。镍沉积含有6~11%的磷,根据实际的具体用途,镍可能用作焊接表面,也可能作为接触表面,但不论怎样,必须确保镍有足够的厚度,以达到保护铜的作用。

浸金:在这个过程中,目的是沉积一层薄薄的且连续的金保护层,主要金的厚度不能太厚,否则焊点将变得很脆,严重影响焊电可靠性。与镀镍一样,浸金的工作温 度很高,时间也很长。在浸洗过程中,将发生置换反应―――在镍的表面,金置换镍,不过当置换到一定程度时,置换反应会自动停止。金强度很高,耐磨擦,耐高 温,不易氧化,所以可以防止镍氧化或钝化,并适合工作在强度要求高的场合。

清洗残留物:完成上面的每一步化学处理以后,都必须清洗掉多余的化学残留物或其他无用成分。一般清洗一到两次足夷。物极必反,过分的清洗反倒会引起产品氧化或失去光泽等,这是我们不希望看到的。

ENIG的应用

ENIG处理过的PCB表面非常平整,共面性很好, 用于按键接触面非他莫属。其次,ENIG可焊性极佳,金会迅速融入熔化的焊锡里面,从而露出新鲜的Ni。

ENIG的局限性

ENIG 的工艺过程比较复杂,而且如果要达到很好的效果,必须严格控制工艺参数。最为麻烦的是,ENIG处理过的PCB表面在ENIG或焊接过程中很容易产生黑盘效应(Black pad),从而给焊点的可靠性带来灾难性的影响。黑盘的产生机理非常复杂,它发生在Ni与金的交接面,直接表现为Ni过度氧化。金过多,会使焊点脆化,影响可靠性。

4、化镍钯浸金(ENEPIG)

化镍钯浸金的原理

ENEPIG与ENIG相比,在镍和金之间多了一层钯。Ni的沉积厚度为120~240μin(约3~6μm),钯的厚度为4~20μin(约0.1~0.5μm),金的厚度为1~4μin(约 0.02~0.1μm)。钯可以防止出现置换反应导致的腐蚀现象,为浸金作好充分准备。金则紧密的覆盖在钯上面,提供良好的接触面。

化镍钯浸金的工艺步骤

化镍钯浸金的应用

化镍钯浸金的应用非常广泛,可以替代化镍浸金。在焊接过程中,钯和金都会融解到熔化的焊锡里面,从而形成镍/锡金属间化合物。

化镍钯浸金的局限性

化镍钯浸金虽然有很多优点,但是钯的价格很贵,同时钯是一种短缺资源,主要发布在前苏联。同时与化镍浸金一样,其工艺控制要求很严。

5、浸银(Immersion silver)

浸银的工作原理

通过浸银工艺处理,薄(5~15μin,约0.1~0.4μm)而密的银沉积提供一层有机保护膜,铜表面在银的密封下,大大延长了寿命。浸银的表面很平,而且可焊性很好。

浸银的工作步骤

其他步骤这里不再赘述,预浸的目的主要是防止污染物的引入。浸银过程也是一个在铜表面银替换铜的置换反映过程。银沉积层同时含有有机添加剂和有机表面活性剂,有机添加剂用来确保浸银平整,而有机表面活性剂则可以保护PCB在储藏过程中银吸收潮气。

浸银的应用

浸银焊接面可焊性很好,在焊接过程中银会融解到熔化的锡膏里,和HASL和OSP一样在焊接表面形成Cu/Sn金属间化合物。浸银表面共面性很好,同时不像OSP那样存在导电方面的障碍,但是在作为接触表面(如按键面)时,其强度没有金好。

浸银的局限性

浸银的一个让人无法忽略的问题是银的电子迁移问题。当暴露在潮湿的环境下时,银会在电压的作用下产生电子迁移。通过向银内添加有机成分可以降低电子迁移的发生。

6 浸锡

浸锡原理

由于两个原因才采用了浸锡工艺:其一是浸锡表面很平,共面性很好;其二是浸锡无铅。但是在浸锡过程中容易产生Cu/Sn金属间化合物,Cu/Sn金属间化合物可焊性很差。

如果采用浸锡工艺,必须克服两障碍:颗粒大小和Cu/Sn金属间化合物的产生。浸锡颗粒必须足够小,而且要无孔。锡的沉积厚度不低于40μin(1.0μm)是比较合理的,这样才能提供一个纯锡表面,以满足可焊性要求。

浸锡的工艺步骤预浸银基本相似,这里不再赘述。

浸锡的应用和局限性

浸锡的最大弱点是寿命短,尤其是存放于高温高湿的环境下时,Cu/Sn金属间化合物会不断增长,直到失去可焊性。

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