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金屬鍍層主要有焊料涂層( HASL)、電鍍鎳/金(ENEG)、化學鍍鎳/金(ENIG)、金屬鍍層化學鍍鎳/鈀/金( ENEPIG)、浸銀(I-Ag)和浸錫(I-Sn)。
(1)焊料涂層(Hot-Air Solder Leveling,HASL)
HASL是指熱風整平法。鍍層厚度為7~llym。HASL的印制板真空包裝可保存期為8個J。
熱風整平需要熱熔,通過熱風整平涂覆在焊盤上,保護焊盤,可焊性好,可用于雙面再流焊,能經受多次焊接。HASL最大的缺點就是表面不平整,鍍層的厚度和焊盤的平整度(圓頂形)很難控制,很難貼裝窄間距元器件,不能用于高密度組裝中。
HASL是波峰焊的最好選擇。由于成本低,HASL是世界范圍內應用最廣泛的表面赴理技術。
在傳統的Pb-Sn工藝中,采用Pb-Sn HASL與焊料的相容性是最佳的,連接可靠性、焊接工藝、成本等方面都是最佳選擇。
(2)電鍍鎳/金(Electroless Ni/Au,ENEG)
電鍍鎳/金的技術分為無電極電鍍(Electroless Ni/Au)和有電極電鍍(Electroplated Ni/Au)兩種,大多采用無電極電鍍工藝。
優點:防氧化,耐磨性好,接觸電阻小,可焊性好。常用于印制插頭(金手指)或印制接觸點,金層厚度大于等于1.3Um,鎳層厚度為5~7Um。
缺點:加工成本高,厚金不作為可焊層。金能與焊料中的錫形成脆性的金錫間共價化合物( AuSn4),焊點中金的含量超過3%會使焊點變脆(金脆),所以一般厚的鍍金層雖然可焊性好,也不能用做焊接鍍層。用于焊接的金層厚度小于等于1um。
思考:為什么不能直接在銅表面鍍金?
由于鍍金層的孔隙率大,銅可從金層的孔隙中滲出,影響可靠性。例如,金手指處時間長會“長”出綠毛,這是銅滲出被氧化、腐蝕的原因。
解決措施:在銅與金之間鍍Ni阻擋層,防止銅滲出。所有的金屬體系中,含Ni的夾層被認為具有更穩定的焊點界面,焊接過袒中焊料在Ni表面潤濕,形成錫錁共價化合物Ni3SI14。因此對于結點強度(尤其是接觸式連接)要求較高的場合,多采用電鍍鎳/金的方法。
(3)化學鍍鎳/金(Electroless Nickel-Immersion Gold,ENIG)
ENIG即化學鍍鎳、閃鍍金, OPA2604AP俗稱水金板。ENIG是指,在PCB焊盤上化學鍍Ni(厚度≥3ym)后再鍍上一層0.05~0.15 ym的薄金,用于焊接;或在鍍Ni層表面再鍍一層0.3~0.5 tim的厚金,用于綁定( Wire Bonding)工藝。ENIG耐氧化、可焊性好、可多次焊接。
化學鍍層均勻、表面平整、共面性好,適用于高密度smt板的雙面再流焊工藝。薄金層在焊接時迅速熔于焊料中,露出新鮮的Ni,與焊料中的Sn生成Ni3Sn4,使焊點更牢固。
(4)化學鍍鎳/鈀/金(Electroless Nickel Electroless Palladium Immersio Gold,ENEPIG)
ENEPIG即化學鍍鎳、化學鍍鈀、浸鍍金。ENEPIG是指先在PCB焊盤上化學鍍Ni(厚度3~6um),然后再化學鍍Pa(厚度0.1~0.5 ym),最后再浸鍍一層0.02~O.lUm的薄金。
ENEPIG與ENIG相比,學鍍鈀與化學鍍鎳的工藝相近似。在鎳和金之間多了一層鈀,相當于在鎳和金之間形成了阻擋層,鈀層可以防止出現置換反應導致鎳的腐蝕現象,避免黑盤(或稱黑鎳)現象;鈀層還可以使金層鍍得更薄一些,避免“金脆”現蒙;另外,浸金時金能夠緊密覆蓋在鈀層表面,提供良好的焊接面;焊接時,在合金界面不會出現富磷層,鈀層會完全溶解在焊料中,露出新鮮的鎳與錫生成良好的錫鎳合金(Ni3S114)。因此,ENEPIG的可焊性和可靠性比ENIG好,適合軍工和高可靠產品。
目前ENEPIG的主要問題是工藝還不夠普遍和成熟,而且工藝控制與ENIG -樣非常嚴格。另外鈀是稀有金屬,價格很貴。
(5)浸銀(Immersion Silver,I-Ag)
I-Ag是通過浸銀工藝處理,在銅表面沉積一層薄(0.1~0.4ym)密的銀保護膜,銅表面在銀的密封下,大大延長了壽命。
對于I-Ag精確的化學配方、厚度、表面平整度及銀層內有機元素的分布,都必須仔細選擇
和規定,否則浸銀中平面的微孔或香檳狀氣泡會影響焊接可靠性。另外,要求I-Ag的替代工藝都必須適用于有鉛和無鉛兩種工藝。
浸銀工藝(I-Ag)是目前使用更多、成本更低廉的ENIG (Ni/Au)替代工藝,而且更為廣泛地被工業界接受。I-Ag的可焊性、ICT可探測性及接觸/開關焊盤的性能不如Ni-Au,但對于大多數應用場合已滿足要求。
(6)浸錫(I-Sn)
由于浸錫(I-Sn)的加工成本比較低,因此I-Sn被較廣泛地應用于無鉛工藝。但由于浸錫過程中容易產生Cu-Sn金屬間化合物,影響可焊性,因此工藝性較差。一般可應用在一次焊接工藝的無鉛消費類電子產品。
(7)OSP
目前無鉛手機板大多采用OSP涂層。這里著重說明一點,無鉛的OSP與有鉛的OSP材料是不一樣的,OSP的分解溫度必須與焊接溫度匹配,要求無鉛的OSP耐更高的溫度。
OSP能否耐高溫的關鍵是OSP溶液的配方及涂覆工藝,這是OSP供應商的機密。目前,國際上OSP已經發展到第5代,其分解溫度為355℃,可承受多次加熱,國外最好的OSP能夠耐4次、5次再流焊。因此,一般消費類無鉛電子產品可選擇OSP涂層。今后的發展方向是需要對OSP的組成與工藝持續改進,繼續提高OSP的耐熱溫度和耐熱性能。