关于喷锡工艺那点事

【导读】整平技术在70年代中期已开始应用。其抗蚀性、抗氧化性、可焊性较好,目前作为印制板表面镀层仍占多数。但热风整平之高温处理对印制板的基材会造成一定程度的伤害和产生翘曲、不利于薄板生产、焊盘厚度不均匀(呈弧状)(垂直式热风整平机加工的印制板尤为明显),对下道上锡膏、SMT、BGA安装有影响。而且,随着SMT技术之迅速发展,要求连接盘和焊垫有良好的共面性和平坦度,使得广大印制板制作厂商对于表面平整度要求高的印制板,采用水平式之热风整平机,以弥补垂直式热风整平机在此方面之不足。相关阅读:PCB业界看4G时代国产手机变局
一、热风整平工艺流程
1 、金手指板贴红胶带保护
对于待进行热风整平的金手指板,需贴红胶带于金手指处进行保护。首先采用人工贴红胶带,然后采用热压红胶带的方法。在条件较差的情况下,可通过下法进行操作:
1)手工贴高温胶带时,金手指应保持干燥和清洁,贴胶带位置一致;
2)用贴膜机辊压胶带一次,排出气泡;
3)在120°C烘箱中,烘3~5分钟,趁热辊压胶带数次,直到压紧为止;
4)注意辊压后的胶带须紧密覆盖在金手指间空隙处,以防金手指上锡。
2 、前处理
前处理的目的,一方面是为了除去铜表面上的氧化物、油脂和其他杂质,另一方面是为了粗化板面,使之能与铅锡有良好的结合力。目前,普遍采用的前处理方式为化学前处理,微蚀药水通常采用过硫酸钠+硫酸体系。注意:前处理后之板需及时涂覆助焊剂,以防止板面铜层再度氧化。
3、涂助焊剂
助焊剂的预涂,视各自设备条件之优劣,可采取机涂和手工涂两种方式。对于手工涂助焊剂,其条件如下:
1)助焊剂槽温度为:室温;
2)浸助焊剂时间为:45~60秒。
4、热风整平
以垂直式热风整平机为例。具体步骤简述如下:
(1) 打开总电源开关,同时开启抽排风系统;
(2) 打开锡槽、搅拌槽及气加温开关;
(3) 温度达至设定温度后,打开搅拌泵;
(4) 清除锡槽表面可能产生之锡渣;
(5) 检查并清理风刀;
(6) 喷锡后之板,需水平置于一大理石台面上冷却,再过后处理机。也有将热风整平后板立即置入水中冷却,然后再过后处理机的操作方法。
当印制板从熔融锡/铅焊料中出来的同时,通过热风刀通常加热至350℃左右 进行吹平锡/铅层的操作过程,即为热风整平。目前通常采用以下几种方式:
(1) 固定好前后风刀的角度,通过改变两个风刀的热风压力来保证锡/铅涂覆层的厚度要求。如前风刀的热风压力为3.2~3.4 ×105Pa;后风刀的热风压力为3.4~3.6 ×105Pa。
(2) 固定热风压力,通过调整风刀的角度来保证锡/铅涂覆层的厚度要求。如前风刀为4~6°;后风刀为2~3°。
(3) 通过调整前后风刀角度的同时,改变热风压力的方法,可以更灵活的控制锡/铅合金涂覆层的厚度。
但上述改变热风压力和调整风刀角度的工作,需有熟练的技巧和丰富的操作经验才行,否则,一旦调整不当,会严重影响热风整平板之质量。
目前,普遍采用的热风整平设备可分为垂直式和水平式两大类。垂直式热风整平,通过固定夹具夹住印制板,垂直浸入熔融焊料中,拉出时进行热风吹除多余锡/铅焊料的过程。而水平式热风整平,印制板是采取水平方式通过并浸入熔融的锡/铅焊料槽中,然后经上下热风刀吹除多余锡/铅焊料的过程。
5、检验
对上述之热风整平板进行初检,是否有不上锡、板面或孔内锡过厚或过薄、锡丝、锡珠、锡上金手指、锡粉、刮花等缺陷存在,若有需进行返工处理。
6、后处理
将上述热风整平过且经初检合格并上架之板,进行后处理操作。具体简述如下:
1)将后处理机之清洗水温度调至50~60°C;
2)打开电源开关、喷水开关、传送及刷辘控制开关和烘干段控制开关;
3)检查喷嘴情况及传动运行情况。如有问题,需及时处理;
4)摆板进行处理,速度控制在处理后之板面及孔内完全烘干。
7、去除红胶带
将有金手指板之保护红胶带去除,若有残胶遗留于金手指上,需用溶剂将其去除,注意此项操作不能造成金手指表面之任何擦花发生。
二、喷锡控制几个方面
1、热风整平后之板表面离子沾污测试质量控制
热风整平后之板的表面离子沾污测试,对所制作之印制板的绝缘等电气性能很重要,要求≤6.45μgNaCI/in2。
2、锡铅槽中铜杂质含量的分析控制
在热风整平时,最易发生的是铜对锡/铅焊料槽的污染。因为,当印制板浸入熔融的锡/铅合金槽时,需于其中停留数秒钟,这就造成了铜的溶解。当溶解的铜含量积聚到一定程度,(如0.29%以上时,)焊料的流动性便差。此种情况下进行热风整平操作,印制板表面涂覆的焊料层粗糙,不光亮,可焊性差,有时甚至会出现半润湿状态。因此,必须每周进行铜含量的分析,若发现超标情况,需及时进行漂铜处理。
3、热风整平板之表面锡/铅厚度控制
(1)热风整平后之印制板,可通过X-射线测厚仪,对其表面之锡/铅层厚度进行度量。
1)对于垂直式热风整平,由于印制板是采取自下而上的方法吹除多余之锡/铅层,因而造成印制板上薄而下厚的厚度差别。对于印制板上之局部区域也同样存在厚度差别。这是因为:一方面,由于重力作用而形成自上而下熔融态 之流动所致;另一方面,热风刀吹除多余的锡/铅合金,也是向下流动的。因此,在热风压力和风刀角度固定的情况下,热风吹除最上端和最下端的锡/铅合金涂覆层厚度将产生最大的差别。
2)对于水平式热风整平,印制板是水平通过并浸入熔融的锡/铅焊料槽的。然后经过上下热风力吹除多余的锡/铅合金焊料,同时,热风刀将偏反向于印制板运动方向,同时上热风刀在前(相对于印制板移动方向而言),下热风刀在后,因而可以形成整板更均匀厚度的锡/铅合金涂覆层,较好地减缓了上薄下厚或“拉尖”等问题。
4、 与热风整平制作有关的最终质量控制
(1)锡/铅合金涂覆层厚度测量;
对待检样品取样,制作金相切片,利用金相切片专用显微镜进行锡/铅合金涂覆层厚度的度量。其中包括焊盘表面之锡/铅合金涂覆层厚度和孔内壁之锡/铅合金涂覆层厚度。
(2)金属化孔的可焊性试验(Solderability Testtof PTH);
要求:须无不润湿(non-wetting)、气孔(blowhole)、半润湿(dewetting)和不完全焊料填入金属化孔等缺陷。
(3)SMT焊垫的可焊性试验(Silderability Test ofSMTPad);                                               要求:被测试之SMT表面在试验后,其良好的润湿面积至少应为95%,其余5%的不良表面只出现小针孔、半润湿,及粗粒等轻微缺陷,且这些缺点不应集中在一个区域中。
(4)热应力测试(Thermal Stress Test);
要求:需无分层、拐角镀层开裂、内层分离、镀层裂缝等缺陷的发生。
(5)金属化孔的模拟返工测试(Rework Simulation of PTTH);
要求:必须没有分层、拐角镀层断裂、层间分离、全板电镀层开裂或开裂层出现。
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