激光焊錫：PCB焊盤涂層的種類及應(yīng)用特性

我們都知道，所有暴露在空氣中的金屬都會(huì)被氧化。為了防止PCB銅焊盤被氧化，焊盤表面都要進(jìn)行涂（鍍）保護(hù)層處理。PCB焊盤表面處理的材料、工藝、質(zhì)量直接影響焊接工藝和焊接質(zhì)量。另外，不同的電子產(chǎn)品、不同工藝、不同焊接材料，對(duì)PCB焊盤表面處理的選擇也是有區(qū)別的。下面就讓我們來認(rèn)識(shí)一下PCB焊盤涂層的4種常見方式對(duì)激光焊錫的影響。

1．ENIG Ni（P）／Au鍍層

1）鍍層特點(diǎn)ENIG Ni（P）／Au（化學(xué)鍍鎳、金）工藝是在PCB涂敷阻焊層（綠油）之后進(jìn)行的。對(duì)ENIG Ni／Au工藝的蕞基本要求是可焊性和焊點(diǎn)的可靠性。化學(xué)鍍Ni層厚度為3～5μm，化學(xué)鍍薄Au層（又稱浸Au、置換Au），厚度為0．025～0．1μm。化學(xué)鍍厚Au層（又稱還原Au），厚度為0．3～1μm，一般在0．5μm左右。

化學(xué)鍍鎳的含P量，對(duì)鍍層可焊性和耐腐蝕性是至關(guān)重要的。一般以含P 7％～9％為宜（中磷）。含P量太低，鍍層耐腐蝕性差，易氧化。而且在腐蝕環(huán)境中由于Ni／Au的腐蝕原電池作用，會(huì)對(duì)Ni／Au的Ni表面層產(chǎn)生腐蝕，生成Ni的黑膜（NixOy），這對(duì)可焊性和焊點(diǎn)的可靠性都是極為不利的。P含量高，鍍層抗腐蝕性提高，可焊性也可以改善

2）應(yīng)用特性

●成本高；

●黑盤問題很難根除，虛焊缺陷率往往居高不下；

●ENIG Ni／Au表面的二級(jí)互連可靠性比OSP、Im－Ag、Im－Sn及HASL－Sn等涂敷層的可靠性都要差；

●由于ENIG Ni／Au用的是Ni和5％～12％的P一起鍍上去的，因此，當(dāng)PCBA工作頻率超過5GHz，趨膚效應(yīng)很明顯時(shí)，信號(hào)傳輸中由于Ni－P復(fù)合鍍層的導(dǎo)電性比銅差，所以信號(hào)的傳輸速度變慢；

●焊接中Au溶入釬料后與Sn形成的AuSn4金屬間化合物碎片，導(dǎo)致高頻阻抗不能“復(fù)零”；

●存在“金脆”是降低焊點(diǎn)可靠性的隱患。一般情況下，焊接時(shí)間很短，只在幾秒內(nèi)完成，所以Au不能在焊料中均勻地?cái)U(kuò)散，這樣就會(huì)在局部形成高濃度層，這層的強(qiáng)度蕞低。

2．Im－Sn鍍層

1）鍍層特點(diǎn)Im－Sn是近年來無鉛化過程中受重視的可焊性鍍層。浸Sn化學(xué)反應(yīng)（用硫酸亞錫或氯化亞錫）所獲得的Sn層厚度在0．1～1．5μm之間（經(jīng)多次焊接至少浸Sn厚度應(yīng)為1．5μm）。該厚度與鍍液中的亞錫離子濃度、溫度及鍍層疏孔度等有關(guān)。由于Sn具有較高的接觸電阻，在接觸探測(cè)測(cè)試方面，不像浸銀的那樣好。常規(guī)Im－Sn工藝，鍍層呈灰色，由于表面呈蜂窩狀排列，以致疏孔較多，容易滲透導(dǎo)致老化程度加快。

2）應(yīng)用特性

●成本比ENIG Ni／Au及Im－Ag、OSP低；

●存在錫晶須問題，對(duì)精細(xì)間距與長使用壽命器件影響較大，但對(duì)PCB的影響不大；

●存在錫瘟現(xiàn)象，Sn相變點(diǎn)為13．2℃，低于這個(gè)溫度時(shí)變成粉末狀的灰色錫（α錫），使強(qiáng)度喪失；

●Sn鍍層在溫度環(huán)境下會(huì)加速與銅層的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致SnCu金屬間化合物（IMC）的生長，如表1所示；

●經(jīng)過高溫處理后，由于錫層厚度的消耗，將導(dǎo)致儲(chǔ)存時(shí)間縮短，如表2所示；

●新板的潤濕性好，但存儲(chǔ)一段時(shí)間后，或多次再流后潤濕性下降快，因此后端應(yīng)用工藝性較差。

3．OSP涂層

1）涂層特點(diǎn)OSP是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的Cu表面有機(jī)助焊保護(hù)膜（簡稱OSP）。某些環(huán)氮化合物，如含有苯駢三氮唑（BTA）、咪唑、烷基咪唑、苯駢咪唑等的水溶液很容易和清潔的銅表面起反應(yīng)，這些化合物中的氮雜環(huán)與Cu表面形成絡(luò)合物，這層保護(hù)膜防止了Cu表面被氧化。

2）應(yīng)用特性

●成本較低，工藝較簡單；

●當(dāng)焊接加熱時(shí)，銅的絡(luò)合物很快分解，只留下裸銅，因?yàn)镺SP只是一個(gè)分子層，而且焊接時(shí)會(huì)被稀酸或助焊劑分解，所以不會(huì)有殘留物污染問題；

●對(duì)有鉛焊接或無鉛焊接均能較好地兼容；

●OSP保護(hù)涂層與助焊劑RMA（中等活性）兼容，但與較低活性的松香基免清洗助焊劑不兼容；

●OSP的厚度（目前較多采用0．2～0．4μm）對(duì)所選用的助焊劑的匹配性要求較高，不同的厚度對(duì)助焊劑的匹配性要求也不同；

●儲(chǔ)存環(huán)境條件要求高，車間壽命短，若生產(chǎn)管理不能配合，就不能選用。

4．Im－Ag鍍層

1）鍍層特點(diǎn)Ag在常溫下具有蕞好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和焊接性，有極強(qiáng)的反光能力，高頻損耗小，表面?zhèn)鲗?dǎo)能力高。然而，Ag對(duì)S的親和力極高，大氣中微量的S（H2S、SO2或其他硫化物）都會(huì)使其變色，生成Ag2S、Ag2O而喪失可焊性。Ag的另一個(gè)不足是Ag離子很容易在潮濕環(huán)境中沿著絕緣材料表面及體積方向遷移，使材料的絕緣性能劣化甚至短路。

Ag沉積在基材銅上厚0．075～0．225μm，表面平滑，可引線鍵合。

2）應(yīng)用特性

●與Au或Pd相比其成本相對(duì)便宜；

●有良好的引線鍵合性，先天具有與Sn基釬料合金的優(yōu)良可焊性；

●在Ag和Sn之間形成的金屬間化合物（Ag3Sn）并沒有明顯的易碎性；

●在射頻（RF）電路中由于趨膚效應(yīng)，Ag的高電導(dǎo)率特性正好發(fā)揮出來；

●與空氣中的S、Cl、O接觸時(shí)，在表面分別生成AgS、AgCl、Ag2O，使其表面會(huì)失去光澤而發(fā)暗，影響外觀和可焊性。