揭开PCB最后表面处理之迷(DOC 10)dspc.docx

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1、揭开PCCB最后后表面处处理之迷迷电子工业业都把注注意力集集中在作作为潜在在的HAASL替替代的OOSP、浸浸银和浸浸锡上面面。虽然然以产品品生命周周期短和和迅猛的的技术改改变闻名名，电子子工业还还不得不不采用一一种工业业应用广广泛的热热空气焊焊锡均涂涂(HAASL, hoot aair sollderr leevellingg)的替替代技术术。在过过去十年年，有无无数的论论文发表表，预言言HASSL会由由有机可可焊性保保护层(OSPP, oorgaanicc sooldeerabbiliity preeserrvattivees)、无无电镀镍镍/浸金金(ENNIG, ellecttrolle

2、sss niickeel/iimmeersiion golld)或或新的金金属浸泡泡技术诸诸如银与与锡所取取代。到到目前为为止，还还没有一一个预言言变成现现实。HAASL是是在世界界范围内内主要应应用的最最终表面面处理技技术。一一个可预预计的、知知名的涂涂层，HHASLL今天使使用于亿亿万计的的焊接点点上。尽尽管如此此，三个个主要动动力：成成本、技技术和无无铅材料料的需要要，推动动着电子子工业考考虑HAASL的的替代技技术。从成成本的观观点来看看，许多多电子元元件诸如如移动通通信和个个人计算算机正变变成任意意使用的的商品，以以成本或或更低的的价格销销售，来来保证互互连网或或电话服服务合约约。这

3、个个策略使使得这些些商品大大量生产产和日用用品化。因因此，必必须考虑虑成本和和对环境境的长期期影响。环环境的关关注通常常集中在在潜在的的铅泄漏漏到环境境中去。仅仅管在北北美的立立法禁止止铅的使使用还是是几年后后的事情情，但是是原设备备制造商商(OEEM, oriiginnal equuipmmentt maanuffacttureer)必必须满足足欧洲和和日本的的环境法法令，以以使其产产品作全全球销售售。这个个考虑已已经孕育育出许多多课题，评评估在每每一个主主要的OOEM那那里消除除铅的可可选方法法。HAASL的的替代方方法允许许无铅印印刷电路路板(PPWB, prrintted wirrin

4、gg booardd)，也也提供平平坦的共共面性表表面，满满足增加加的技术术要求。更更密的间间距和区区域阵列列元件已已允许增增加电子子功能性性。通常常，越高高的技术术对立着着降低成成本。可可是，大大多数替替代方法法改进高高技术装装配和长长期的可可靠性，而而还会降降低成本本。成本本节约是是整个过过程成本本的函数数，包括括过程化化学、劳劳力和企企业一般般管理费费用(图图一)。象象OSPP、浸银银和浸锡锡等替代代技术可可提供最最终表面面处理成成本的220 300%的减减少。虽虽然每块块板的节节约百分分比在高高层数多多层电路路板产品品上可能能低，日日用电子子的成本本节约，随随着更大大的功能能性和铅铅的

5、消除除，将驱驱使替代代方法使使用的急急剧增加加。替代代方法的的使用将将不仅会会增加，而而且将取取代HAASL作作为最终终表面处处理的选选择。今今天替代代的问题题是选择择的数量量和已经经发表的的数据的的纯卷积积。诸如如ENIIG、OOSP、浸浸锡和浸浸银等替替代方法法都提供供无铅、高高可焊性性、平整整、共面面的表面面，在生生产中对对第一次次通过装装配合格格率提供供重大改改进。为为了揭开开最终表表面处理理的神秘秘面纱，这这些HAASL的的替代方方法可通通过比较较每个涂涂层对装装配要求求和PWWB设计计的优点点来区分分。装配要求求HHASLL替代方方法对装装配过程程的作用用反映表表面的可可焊性和和它

6、如何何与使用用的焊接接材料相相互作用用。每一一类替代代的表面面涂层 OOSP、有有机金属属的orrgannomeetalllicc)(浸浸锡和银银)或金金属的(ENIIG) 具具有不同同的焊接接机制。焊焊接机制制的这种种差异影影响装配配过程的的设定和和焊接点点的可靠靠性。OSSP是焊焊接过程程中必须须去掉的的保护性性涂层。助助焊剂必必须直接接接触到到OSPP表面，以以渗透和和焊接到到PWBB表面的的铜箔上上。1浸洗洗工艺，如如浸银或或锡，有有机共同同沉淀消消除最终终表面的的氧化物物。不象象OSPP，锡和和银溶解解在焊锡锡里面，将将成为焊焊接点的的一部分分，将帮帮助熔湿湿速度。锡锡和银两两者都在

7、在PWBB的铜表表面直接接形成焊焊接点。如果果适当地地沉淀，在在ENIIG表面面的金是是纯净的的，由于于其可熔熔于焊锡锡，所以以将提供供焊接的的最快的的熔湿速速度。可可是，当当使用EENIGG时，焊焊接点是是在镍障障碍层上上面形成成的，不不是直接接在PWWB的铜铜表面。所有有三类替替代涂层层都提供供最佳的的印刷表表面，对对所有类类型的锡锡膏都一一样。锡锡膏直接接印在表表面涂层层上面，提提供助焊焊剂直接接接触、渗渗透OSSP和熔熔湿PWWB表面面。印刷刷模板对对沉积完完美的锡锡膏印刷刷，形成成有效的的密封，消消除了HHASLL的印糊糊和锡桥桥问题。结结果是三三种替代代涂层都都有很高高的第一一次通

8、过过装配合合格率，焊焊锡熔湿湿方面相相差很小小。区别别在于焊焊接点的的强度和和可靠性性。几个个研究已已经证实实，使用用OSPP，直接接焊接到到铜的表表面，提提供最好好强度的的焊接点点。2,3当使使用区域域阵列片片状包装装的较小小焊盘时时，焊接接点的强强度变得得重要。虽然然使用上上减少，波波峰焊接接还是今今天装配配过程的的构成整整体的一一部分。每每一种最最终表面面涂层的的焊接机机制将影影响助焊焊剂化学学成分的的选择和和波峰焊焊接工艺艺的设定定。金属属的和有有机金属属的涂层层有助于于通孔的的焊锡熔熔湿，通通常要求求很少的的助焊剂剂、较低低活性的的助焊剂剂和波峰峰的较少少动荡。免免洗材料料在生产产条

9、件下下与OSSP相处处很好，但但要求一一些优化化来增加加助焊剂剂和/或或焊锡渗渗透到通通孔内。通通常，这这个优化化增加助助焊剂的的使用量量，代替替特定类类型的助助焊剂化化学成分分，或通通过更高高的动荡荡或温度度来增加加焊锡渗渗透。全球球范围内内正在实实施取代代传统波波峰焊接接工艺的的方法。插插入式回回流(iintrrusiive reffloww)、选选择性焊焊锡喷泉泉(seelecctivve ssoldder fouuntaain)和顺应应针(ccomppliaant pinn)正实实际上使使用在所所有最终终表面涂涂层上。至至今为止止所完成成的工作作表明，选选择性焊焊锡喷泉泉的动荡荡改善了

10、了通孔(thrrouggh-hholee)的可可熔湿性性。孔中中锡膏(passte-in-holle)或或侵入式式回流将将助焊剂剂和助焊焊剂载体体直接接接触PWWB的表表面，使使得通孔孔的可熔熔湿性对对所有最最终表面面涂层都都是类似似的。最最后，由由于可预预见的孔孔的误差差，HAASL的的替代方方法比使使用顺应应针(ccomppliaant pinn)的HHASLL要强。在在替代方方法中，较较厚的浸浸锡为插插件提供供最光滑滑的表面面，为顺顺应针提提供最宽宽的操作作窗口。4装配配工业现现在正评评估无铅铅焊接替替代品。虽虽然某些些合金似似乎是特特别的OOEM的的选择，但但是，还还要选择择整个工工业

11、所接接受的合合金。尽尽管如此此，正在在测试的的所有合合金都要要求较高高的回流流温度，并并产生较较慢的熔熔湿速度度。锡膏膏供应商商已经工工程研究究了专门门的助焊焊剂化学学成分，来来改善这这些新合合金的熔熔湿。初初始的研研究表明明较高的的回流温温度不会会影响OOSP、浸浸银或浸浸锡的可可焊性或或绑接强强度。较较高的熔熔化温度度明显地地帮助OOSP的的渗透和和锡与银银表面熔熔湿，甚甚至是双双面回流流。另外外的测试试正在进进行中，以以评估熔熔湿速度度的影响响和优化化对最终终表面涂涂层的特特定回流流参数。PWB设设计正如所所讨论的的，装配配过程可可以优化化，以适适合所有有的最终终表面涂涂层。PPWB的的

12、设计将将最终决决定适于于各个应应用的最最佳的HHASLL替代方方法，但但更专门门的包装装和互连连的类型型： 象按键接接触(kkey conntacct)、元元件屏蔽蔽(coompoonennt sshieeldiing)和插件件连接器器(eddge connnecctorr)这样样的应用用要求在在整个设设备寿命命内的接接触电阻阻低。 柔性的电电路板通通常要求求铝的或或不锈钢钢的加强强构件或或散热器器。 元件包装装和某些些PWBB要求引引线接合合(wiire bonndinng)或或与直接接芯片附附着用的的导电性性胶的兼兼容性。 PWB上上的高密密度互连连(HDDI, higgh-ddenssi

13、tyy innterrconnnecct)几几何形状状戏剧性性地影响响使用传传统无电电镀涂层层的合格格率。 已经看到到由于装装配在EENIGG上的区区域阵列列包装的的绑接强强度不够够而出现现的现场场失效(fieeld faiilurre)。 为了了满足所所有这些些要求，电电子工业业正将注注意力集集中在三三种主要要的替代代方法上上：OSSP、浸浸银和浸浸锡。这这三种涂涂层的每每一种都都提供适适合特定定PWBB设计要要求的优优势。OSSP是成成本最低低的替代代方法，与与多金属属表面兼兼容，提提供最高高的绑接接强度。现现在有新新的配方方，提供供较薄的的沉淀层层，和原原先的、消消除了多多金属表表面生锈

14、锈的一样样牢固(图二)。由于于耐磨性性或电解解金沉淀淀的可焊焊性，要要求多金金属涂层层，如用用于插件件连接器器或金引引线接合合(goold wirre bbonddingg)的电电解镍/金。高高成本和和焊接点点中金的的易脆性性要求OOSP对对已焊接接的连接接作第二二次涂层层。虽然然生产已已证实按按键接触触，但EENIGG也可以以和新的的OSPP工艺一一起使用用，如果果焊接点点的强度度对PWWB设计计是关键键的话。这这个高接接合强度度使得OOSP成成为移动动电子和和区域阵阵列包装装(arrea arrray pacckagge)的的选择。OOSP也也显示与与使用在在倒装芯芯片应用用中的导导电性胶

15、胶的更大大的兼容容性(图图三)。最最后，散散热器或或刚性构构件大都都可以在在最终表表面处理理之前容容易地应应用在板板列形式式。不象象OSPP，浸或或无电镀镀工艺将将镀在不不锈钢或或铝上面面，引起起变色。和OOSP与与ENIIG比较较，浸银银还是一一个相对对较新的的技术。可可是，在在过去六六年里，广广泛的测测试和大大量的生生产已经经证实了了这个工工艺的可可靠性55,6。焊焊锡的熔熔湿特性性使得这这种涂层层更适合合于一种种现存的的无铅波波峰焊接接工艺。这这种表面面处理方方法是大大多数应应用的潜潜在替代代方法，包包括屏蔽蔽、铝引引线接合合、按键键接触和和焊接。如表表一所示示，这个个涂层的的接触电电阻

16、在经经过老化化或回流流工序之之后保持持很低。初初始的研研究显示示，接触触电阻在在与导电电聚合物物接触3300,0000次后保保持很低低，虽然然更多工工作需要要完成。作作为一种种金属涂涂层，浸浸银也可可以在低低放大或或不放大大的情况况下检查查，使得得应用者者和装配配者两个个都容易易决定其其存在。表一、浸银涂层的接触电阻系列二，探针半径0.020，接触力10oz。模拟压缩连接器的100%接合。电阻以欧姆测量。涂层处理系列号读数#1读数#2读数#3电阻电阻电阻OSPBTH处理10370KG20.5001.250.500OSP无环境处理10370KKY0.5000.5000.500锡BTH处理1037

17、0KGM0.0250.0250.025锡无环境处理10370KHW0.0250.0250.025银BTH处理10370K9Z0.0250.0250.025银无环境处理10370K8Y0.0250.0250.025镍/金无环境处理无0.0250.0250.025Sn63/Pb37无环境处理无0.0250.0250.025浸锡锡已经在在PWBB和金属属表面处处理工业业使用几几十年了了。可是是，已经经开发出出新的化化学成分分，使有有机物与与锡一起起沉淀在在铜的表表面。这这种共同同沉淀的的有机物物消除纤纤维状结结晶(wwhisskerr)的增增长，这这是一个个可靠性性问题，阻阻碍铜锡锡金属间间的增长长

18、，影响响可焊接接性能。这些些新的浸浸锡工艺艺的结果果是，较较厚的最最终表面面涂层(30 550 mmilllionnthss百万分分之一)，提供供光滑表表面给顺顺应针插插件和在在线测试试(ICCT, in-cirrcuiit ttestt)渗透透。正在在进行中中的研究究，评估估相对IICT探探针磨损损和几种种最终表表面涂层层的性能能。新的的浸锡工工艺很容容易适应应无铅装装配，并并与浸银银一样，它它们的存存在容易易检查。结论OSPP、浸银银和浸锡锡用于混混合技术术和水溶溶性与免免洗装配配技术，都都将提供供高的第第一次通通过装配配合格率率。每个个产品的的适当应应用是通通过PWWB的设设计要求求来明

19、确确的： OSP是是成本最最低的涂涂层，为为芯片规规模(cchipp-sccalee)和倒倒装芯片片(fllip chiip)包包装提供供最好的的焊接强强度。新新的配方方能够处处理多金金属表面面，如镍镍/金带带自动连连接(TTAB, taape auttomaatedd boondiing)或铝散散热器和和刚性构构件。 浸银提供供一种可可引线接接合的(wirre bbonddablle)单单一的表表面涂层层，具有有对按键键接触的的和金属属对金属属屏蔽的的低接触触电阻。 浸锡提供供较厚的的、均匀匀金属涂涂层，改改善ICCT探针针寿命和和压入装装配针的的光滑性性。 OSSP已经经是HAASL替替代品的的市场主主流，为为应用者者提供最最宽的处处理窗口口。作为为较新的的产品，浸浸银和锡锡还必须须达到相相同的市市场渗透透，现在在，要求求应用过过程中更更多的关关注。全全球都在在作经验验积累，以以解决工工艺问题题，使得得可以从从HASSL容易易地转换换到其它它替代方方法。