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PCB板处理方法及好处
发布时间:2019/3/4 0:00:00

  PCB板处理方法及好处

  PCB线路板上为什么要“贴黄金”,是不是为了好看。其实好看也是一个原因,下面就和大家分享一下PCB线路板上为什么要“贴黄金”,具体如下:

  一、pcb镍钯金表面处理:抗氧化,喷锡,无铅喷锡,沉金,沉锡,沉银,镀硬金,全板镀金,金手指,镍钯金 OSP: 成本较底,可焊性好,存储条件苛刻,时间短,环保工艺、焊接好 、平整 。

  喷锡:喷锡板一般为多层(4-46层)高精密度PCB样板,已被国内多家大型通讯、计算机、医疗设备及航空航天企业和研究单位都可以用到金手指(connecting finger)是内存条上与内存插槽之间的连接部件,所有的信号都是通过金手指进行传送的。

  金手指由众多金黄色的导电触片组成,因其表面镀金而且导电触片排列如手指状,所以称为“金手指”。金手指实际上是在覆铜板上通过特殊工艺再覆上一层金,因为金的抗氧化性极强,而且传导性也很强。不过因为金昂贵的价格,目前较多的内存都采用镀锡来代替,从上个世纪90年代开始锡材料就开始普及,目前主板、内存和显卡等设备的“金手指”几乎都是采用的锡材料,只有部分高性能服务器/工作站的配件接触点才会继续采用镀金的做法,价格自然不菲的。

  二、为什么要用镀金板?

  随着IC的集成度越来越高,IC脚也越多越密。而垂直喷锡工艺很难将成细的焊盘吹平整,这就给SMT的贴装带来了难度;另外喷锡板的待用寿命(shelf life)很短。而镀金板正好解决了这些问题:

  1、对于表面贴装工艺,尤其对于0603及0402 超小型表贴,因为焊盘平整度直接关系到锡膏印制工序的质量,对后面的再流焊接质量起到决定性影响,所以,整板镀金在高密度和超小型表贴工艺中时常见到。

  2、在试制阶段,受元件采购等因素的影响往往不是板子来了马上就焊,而是经常要等上几个星期甚至个把月才用,镀金板的待用寿命(shelf life)比铅锡合 金长很多倍所以大家都乐意采用.再说镀金PCB在度样阶段的成本与铅锡合金板相比相差无几。

  但随着布线越来越密,线宽、间距已经到了3-4MIL。

  因此带来了金丝短路的问题: 随着信号的频率越来越高,因趋肤效应造成信号在多镀层中传输的情况对信号质量的影响越明显。

  趋肤效应是指:高频的交流电,电流将趋向集中在导线的表面流动。根据计算,趋肤深度与频率有关。

  三、为什么要用沉金板?

  为解决镀金板的以上问题,采用沉金板的PCB主要有以下特点:

  1、因沉金与镀金所形成的晶体结构不一样,沉金会呈金黄色较镀金来说更黄,客户更满意。

  2、因沉金与镀金所形成的晶体结构不一样,沉金较镀金来说更容易焊接,不会造成焊接不良,引起客户投诉。

  3、因沉金板只有焊盘上有镍金,趋肤效应中信号的传输是在铜层不会对信号有影响。

  4、因沉金较镀金来说晶体结构更致密,不易产成氧化。

  5、因沉金板只有焊盘上有镍金,所以不会产成金丝造成微短。

  6、因沉金板只有焊盘上有镍金,所以线路上的阻焊与铜层的结合更牢固。

  7、工程在作补偿时不会对间距产生影响。

  8、因沉金与镀金所形成的晶体结构不一样,其沉金板的应力更易控制,对有邦定的产品而言,更有利于邦定的加工。同时也正因为沉金比镀金软,所以沉金板做金手指不耐磨。

  9、沉金板的平整性与待用寿命与镀金板一样好。

  四、沉金板VS镀金板

  其实镀金工艺分为两种:一为电镀金,一为沉金。

  对于镀金工艺来讲,其上锡的效果上大打折扣的, 而沉金的上锡效果是比较好一点的;除非厂家要求的是绑定,不然现在大部分厂家会选择沉金工艺!一般常见的情况下PCB表面处理为以下几种:镀金(电镀金,沉金),镀银,OSP,喷锡(有铅和无铅),这几种主要是针对FR-4或CEM-3等板材来说的,纸基料还有涂松香的表面处理方式;上锡不良(吃锡不良)这块如果排除了锡膏等贴片厂家生产及物料工艺方面的原因来说。

  这里只针对pcb镍钯金表面处理问题说,有以下几种原因:

  1、在PCB印刷时,PAN位上是否有渗油膜面,它可以阻挡上锡的效果;这可以做漂锡试验来验证。

  2、PAN位的润位上否符合设计要求,也就是焊盘设计时是否能足够保证零件的支持作用。

  3、焊盘有没有受到污染,这可以用离子污染测试得出结果;以上三点基本上是PCB厂家考虑的重点方面。

  关于表面处理的几种方式的优缺点,是各有各的长处和短处!

  镀金方面,它可以使PCB存放的时间较长,而且受外界的环境温湿度变化较小(相对其它表面处理而 言),一般可保存一年左右时间; 喷锡表面处理其次,OSP再次,这两种表面处理在环境温湿度的存放时间要注意许多。

  一般情况下,沉银表面处理有点不同,价格也高,保存条件更苛刻,需要用无硫纸包装处理!并且保存时间在三个月左右! 在上锡效果方面来说,沉金, OSP,喷锡等其实是差不多的,厂家主要是考虑性价比方面! PCB工程技术

  电子产品一直趋向体积细小及轻巧,同时包含更多功能而又有更快速的运作效率。为了达到以上要求,电子封装工业便发展出多样化及先进的封装技术及方法,使之能在同一块线路版上增加集成电路(IC)的密度,数量及种类。 增加封装及连接密度推动封装方法从通孔技术(THT)到面装配技术(SMT)的演化,它导致了更进一步的应用打线接合的方法(Wire bonding)。缩小了的连接线间距和应用芯片尺寸封装技术(CSP),使得装置的密度增大,而多芯片组件(MCM)及系统级封装技术(SiP)使得在同一芯片上嵌入更多功能从不可能变成现实。至今,当半导体工业多年来从缩小线宽来致力于增进装置的性能时,很少有涉及这样的想法,也就是在一个电子系统中,装置间应该通过包含这个系统的封装来传递信息。大量的I/O需求及讯号传送质量已成为半导体工业重要考虑的因素,无论在IC内部的连接或把装置封装在线路版上,为了达到可靠的连接,封装过程的要求及线路版最终表面处理技术同样重要。  本文章描述影响连接可靠性的主要因素,尤其侧重在打金线接合的应用中表面处理的性能。

  表面处理打线接合的选择

  虽然电镀镍金能提供优良的打金线接合的性能,它有着三大不足之处,而每一不足之处都阻碍着它在领先领域中的应用。

  较厚的金层厚度要求使得生产成本上升。

  在通常所用的厚的金层情况下,由于容易产生脆弱的锡金金属合金化合物(IMC),焊点之可靠性便下降。而为了增加焊点之可靠性,可在需要焊锡的地方使用不同的表面处理,然而却会造成生产成本上升。

  电镀工艺要求使用导线连通每个线路,这样就限制了封装载板的最高线路密度。

  因为这些限制,使用化学镀的优势表露出来。化学镀的技术包括化学镀镍浸金(ENIG),化学镀镍化学镀金(ENEG)及化学镀镍钯浸金(ENEPIG)。

  在这三种选择中,ENIG是基本上不用考虑的,因为它不具备提供高可靠性打金线接合的工艺条件(尽管它被用在不重要的消费产品的应用中),而ENEG具有和电镀镍金同样高的生产成本,在制程方面亦充满了复杂性的挑战。

  当化学镀镍钯浸金(ENEPIG)在90年代末出现时,但因为2000年时,钯金属价格被炒卖到不合理的高位,使ENEPIG在市场上的接受延迟了。但是,ENEPIG能够解决很多新封装的可靠性问题及能够符合ROHS的要求,因此在近年再被市场观注。

  除了在封装可靠性的优势上, ENEPIG的成本则是另一优势。当近年金价上升超过US$800/oz,要求厚金电镀的电子产品便很难控制成本。而钯金属的价格(US$300/oz)则相对于金价来说远低于一半,所以用钯代替金的优势便显露出来。

  表面处理的比较

  在现在的市场,适合用在线路板上细小引脚的QFP/BGA装置,主要有4种无铅表面处理

  化学浸锡(Immersion Tin)

  化学浸银(Immersion Silver)

  有机焊锡保护剂(OSP)

  化学镀镍浸金(ENIG)

  下表列举出这4种表面处理跟ENEPIG的比较。在这4种表面处理中,没有一种表面处理能满足无铅组装工艺的所有需求,尤其是当考虑到多重再流焊能力、组装前的耐储时间及打线接合能力。相反,ENEPIG却有优良耐储时间,焊点可靠度,打线接合能力和能够作为按键触碰表面,所以它的优势便显示出来。而且在置换金的沉积反应中,化学镀钯层会保护镍层防止它被交置换金过度腐蚀。

  不同表面处理性能之比较

  当考虑到表面处理在不同组装方法上的表现,ENEPIG能够对应和满足多种不同组装的要求。

  不同表面处理对不同组装方法之表现

  打金线接合可靠性的比较

  在相同打线接合的条件下(用第二焊点拉力测试2nd bond pull test),ENEPIG显现出跟电镀镍金相约的打金线接合可靠性。

  ENEPIG样本抗拉力测试中,观察到主要的打线接合失效模式是断裂在金线及十分之少量的在颈状部位。没有金线不接合和接合点断的情况发生

  结论 – 使用ENEPIG的好处

  ENEPIG最重要的优点是同时间有优良的锡焊可靠性及打线接合可靠性,优点细列举如下:

  1.       防止“黑镍问题”的发生–没有置换金攻击镍的表面做成晶粒边界腐蚀现象

  2.       化学镀钯会作为阻挡层,不会有铜迁移至金层的问题出现而引起焊锡性焊锡差

  3.       化学镀钯层会完全溶解在焊料之中,在合金界面上不会有高磷层的出现。同时当化学镀钯溶解后会露出一层新的化学镀镍层用来生成良好的镍锡合金

  4.       能抵挡多次无铅再流焊循环

  5.       有优良的打金线结合性

  6.       大体上说,总体的生产成本比电镀镍金及化学镀镍化学镀金为低


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