激光焊錫中PCB焊盤涂層的種類及應用特性

激光焊錫：PCB焊盤涂層的種類及應用特性

我們都知道，所有暴露在空氣中的金屬都會被氧化。為了防止PCB銅焊盤被氧化，焊盤表面都要進行涂(鍍)保護層處理。PCB焊盤表面處理的材料、工藝、質量直接影響焊接工藝和焊接質量。另外，不同的電子產品、不同工藝、不同焊接材料，對PCB焊盤表面處理的選擇也是有區別的。下面就讓我們來認識一下PCB焊盤涂層的4種常見方式對激光焊錫的影響。

1.ENIG Ni(P)/Au鍍層

1)鍍層特點ENIG Ni(P)/Au(化學鍍鎳、金)工藝是在PCB涂敷阻焊層(綠油)之后進行的。對ENIG Ni/Au工藝的蕞基本要求是可焊性和焊點的可靠性。化學鍍Ni層厚度為3～5μm，化學鍍薄Au層(又稱浸Au、置換Au)，厚度為0.025～0.1μm。化學鍍厚Au層(又稱還原Au)，厚度為0.3～1μm，一般在0.5μm左右。

化學鍍鎳的含P量，對鍍層可焊性和耐腐蝕性是至關重要的。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。而且在腐蝕環境中由于Ni/Au的腐蝕原電池作用，會對Ni/Au的Ni表面層產生腐蝕，生成Ni的黑膜(NixOy)，這對可焊性和焊點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PCBA工作頻率超過5GHz，趨膚效應很明顯時，信號傳輸中由于Ni-P復合鍍層的導電性比銅差，所以信號的傳輸速度變慢;

●焊接中Au溶入釬料后與Sn形成的AuSn4金屬間化合物碎片，導致高頻阻抗不能“復零”;

●存在“金脆”是降低焊點可靠性的隱患。一般情況下，焊接時間很短，只在幾秒內完成，所以Au不能在焊料中均勻地擴散，這樣就會在局部形成高濃度層，這層的強度蕞低。

2.Im-Sn鍍層

1)鍍層特點Im-Sn是近年來無鉛化過程中受重視的可焊性鍍層。浸Sn化學反應(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(經多次焊接至少浸Sn厚度應為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。由于Sn具有較高的接觸電阻，在接觸探測測試方面，不像浸銀的那樣好。常規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，容易滲透導致老化程度加快。

2)應用特性

●成本比ENIG Ni/Au及Im-Ag、OSP低;

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

●存在錫瘟現象，Sn相變點為13.2℃，低于這個溫度時變成粉末狀的灰色錫(α錫)，使強度喪失;

●Sn鍍層在溫度環境下會加速與銅層的擴散運動而導致SnCu金屬間化合物(IMC)的生長，如表1所示;

●經過高溫處理后，由于錫層厚度的消耗，將導致儲存時間縮短，如表2所示;

●新板的潤濕性好，但存儲一段時間后，或多次再流后潤濕性下降快，因此后端應用工藝性較差。

3.OSP涂層

1)涂層特點OSP是20世紀90年代出現的Cu表面有機助焊保護膜(簡稱OSP)。某些環氮化合物，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，這些化合物中的氮雜環與Cu表面形成絡合物，這層保護膜防止了Cu表面被氧化。

2)應用特性

●成本較低，工藝較簡單;

●當焊接加熱時，銅的絡合物很快分解，只留下裸銅，因為OSP只是一個分子層，而且焊接時會被稀酸或助焊劑分解，所以不會有殘留物污染問題;

●對有鉛焊接或無鉛焊接均能較好地兼容;

●OSP保護涂層與助焊劑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)對所選用的助焊劑的匹配性要求較高，不同的厚度對助焊劑的匹配性要求也不同;

●儲存環境條件要求高，車間壽命短，若生產管理不能配合，就不能選用。

4.Im-Ag鍍層

1)鍍層特點Ag在常溫下具有蕞好的導熱性、導電性和焊接性，有極強的反光能力，高頻損耗小，表面傳導能力高。然而，Ag對S的親和力極高，大氣中微量的S(H2S、SO2或其他硫化物)都會使其變色，生成Ag2S、Ag2O而喪失可焊性。Ag的另一個不足是Ag離子很容易在潮濕環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)應用特性

●與Au或Pd相比其成本相對便宜;

●有良好的引線鍵合性，先天具有與Sn基釬料合金的優良可焊性;

●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，Ag的高電導率特性正好發揮出來;

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