PCb各種表面處理耐老化性能對比修

1、PCb各種表面處理耐老化性能對比前言常見的無鉛表面處理包括無鉛噴錫、OSP、沉銀、沉錫、沉金、水金等。 選擇一個(gè)表面處理需要考慮很多因素，包括焊接能力、與焊料合金的兼容性、 焊接的可靠性.引線可鍵合能力、連接磨損阻抗、電子連接阻抗、存儲期，以 及與自動光學(xué)檢測系統(tǒng)的對比等。對于存儲期而言，在一般的室溫環(huán)境條件下密封包裝，水金、沉金、噴錫 板的有效存儲時(shí)間為半年，而沉銀.沉錫、OSP板的有效存儲時(shí)間為3個(gè)月。 存儲的過程是一個(gè)緩慢老化的過程，期間表面處理由于受到環(huán)境屮的溫度或濕 度的影響而產(chǎn)生一定的氧化或者劣化的情況，最終會影響到其可焊性能。而實(shí) 際SMT生產(chǎn)中，對超期存儲的PCB而言，面對貼裝

2、中的分層風(fēng)險(xiǎn)，因而多數(shù)會 采用烘板的辦法來加以改善，但在吸濕分層風(fēng)險(xiǎn)得到解決的同時(shí)，高溫的環(huán)境 又進(jìn)一步加速了表面處理的老化、劣化，此時(shí)又將帶來可焊性的風(fēng)險(xiǎn)。這種案 例十分常見，如我司生產(chǎn)的一款水金板，前-年年初生產(chǎn)而第二年年初才進(jìn)行 貼裝，貼裝首板出現(xiàn)了分層隨即對整批板進(jìn)行了常規(guī)的烘板處理（150°C, 2 小時(shí)）o在后續(xù)的貼件后檢查岀現(xiàn)了 100%比率的可焊性不良情況：不良外觀Q不良外觀Q不同的表面處理在正常的工藝生產(chǎn)情況下可焊性差異并不十分明顯，但在面臨 上述的老化過程時(shí)，由于鍍層金屬及結(jié)構(gòu)的差異，各表面處理耐老化的性能不 盡相同，因而最終的可焊性也可能大不相同。因此在進(jìn)行表面

3、處理的選擇以及 各種表面處理的生產(chǎn)處理時(shí)，就需要對各種表面處理的耐老化性能進(jìn)行定的 了解，方可做到有的放矢。實(shí)驗(yàn)測試L實(shí)驗(yàn)測試背景表面處理在生產(chǎn)以及貼裝過程屮，可能面對的老化按照處理方式大致可分 為三類：長時(shí)間儲存、高溫烘烤以及多次回流。為了獲取到不同表面處理在面 臨上述各種現(xiàn)實(shí)存在的老化處理后的可焊性變化情況，設(shè)計(jì)了針對不同衣面處 理的不同老化處理方式的試驗(yàn)，Z后進(jìn)行可焊性的驗(yàn)證。2 數(shù)據(jù)分析試驗(yàn)前對試樣的表面鍍層厚度進(jìn)行了測試，相關(guān)數(shù)據(jù)如下，符合基本的工 藝控制要求：單位：um水金 金厚金厚沉錫錫厚無鉛 噴錫 錫厚AVG0. 0380. 0530. 2091. 1336. 682回流老化的

4、條件如下:條件目的無鉛回流（板面峰溫約240°C）1次模擬復(fù)雜貼裝流 程以及貼裝返工 的情況2次3次4次5次對試樣分別進(jìn)行了上述的回流處理后，釆用潤濕天平測試記錄了 5s潤濕力值，并通過實(shí)際板印刷錫膏過爐進(jìn)行了驗(yàn)證?？偟膩碚f，隨著回流老化次數(shù)的 增加，各表面處理的潤濕性均出現(xiàn)了不同程度的下降：（1）線基底表面處理（沉金、水金）回流老化（軋潤濕力）6.0005.0004.0003.0002.0001.800.000從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，下降最為顯著的是水金，一次回流后5s潤濕力即下降38.8%,兩次回流后只能達(dá)到初始情況的50%左右；而沉金在經(jīng)過5次回流后潤濕力相較于初始狀態(tài)下降為28.18

5、%。通過印刷錫膏驗(yàn)證情況來看，水金板經(jīng)過3次回流后出現(xiàn)了較穩(wěn)嚴(yán)重的縮錫情況，而沉金板5次回流后情況良好。（2）銅基底表面處理從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，下降最為顯著的是OSP, 次回流后變化并不十分明顯，但在完成第二次回流出現(xiàn)了較明顯的劣化，潤濕力下降30.37%。通過印刷錫膏 效果來看，在第三次回流后出現(xiàn)了縮錫情況，但總體的可以較好的滿足基本的 兩次回流貼裝后波峰焊的組裝工藝。沉銀表現(xiàn)良好，經(jīng)過5次回流后潤濕力下降6.24%。但沉銀板在完成次 回流后變黃明顯，情況與可焊性失效時(shí)發(fā)黃外觀相近，易讓人產(chǎn)生可焊性的顧 慮。沉錫與噴錫類似，隨著回流次數(shù)的增加潤濕力呈現(xiàn)梯度變化，兩者均在第 三次回流后出現(xiàn)了較大幅

6、度的潤濕力下降，分別為46.5%和55.9%,該情況下 印刷錫膏后出現(xiàn)了縮錫情況。由于噴錫存在錫厚均勻性的問題，大焊盤縮錫更 為明顯。OSP回流3次"U沉銀回流5次9溫錫迴流？次Q無鉛IS.錫回流3次門條件150°C烘烤3小時(shí)6小時(shí)9小時(shí)目的0次回流模擬烘烤處理 后的貼裝情況1次回流2次回流0次回流1次回流2次回流0次回流1次回流2次回流回流老化的條件如下，為了了解烘烤后回流焊過程中的可焊性變化情況, 因而在烘烤后也追加了回流老化條件:對試樣分別進(jìn)行了上述的處理后，采用潤濕天平測試記錄了 5s潤濕力值,并通過實(shí)際板印刷錫膏過爐進(jìn)行了驗(yàn)證。同樣的隨著烘烤時(shí)長的增加，各表面 處

7、理的潤濕性均岀現(xiàn)了不同程度的下降：（1）銀基底表面處理（沉金、水金）烘煒老優(yōu)CSs潤混力）水金沉金天芒呢犠侏色介昉戲斡9%片議灼3金時(shí)IS 1次曲浪 拔牌吧時(shí)5詵凹滾 烘鈣9今科石E富回演 煤縛3金跨E 2茂回澤 供 啊加時(shí)若次阿謊 M坤妙命琲普f ：7苯仁U基本情況和回流老化相似，另從水金的不同處理后潤濕力下降情況來看,9小時(shí)烘烤的老化程度近似于一次回流的情況。（2）銅基底表面處理烘鸞老化CSsiftl力）犠供沖時(shí)京決El浪甲宿9的片口次回進(jìn) 次回汶 H対&彳'時(shí)若2次也浪烘烤后下降最為顯著的仍是OSP, 3小時(shí)烘烤后5s潤濕力即下降87.3%,說明OSP長時(shí)間的高溫處理極為

8、敏感；同樣的沉銀依I口表現(xiàn)良好；沉錫和噴 錫隨著老化程度的加深潤濕力呈現(xiàn)梯度下降，以下是相應(yīng)條件下印刷錫膏后的 外觀：濕熱老化的條件如下，為了了解長時(shí)間儲存后回流過程中的可焊性變化情 況，因而在濕熱處理后也同樣追加了回流老化條件：條件目的85°C/85%RH 濕熱條件老 化168小時(shí)0次回流模擬長時(shí)間儲 存后的貼裝情 況1次回流2次回流綜上，經(jīng)過濕熱老化后，水金、沉錫、OSP、無鉛噴錫的5s潤濕力均有定的下降:（1）水金與沉錫下降最為顯著，尤其是沉錫經(jīng)濕熱老化后即下降39.4%；（2）絕大多數(shù)表面處理在經(jīng)過濕熱處理后并未明顯表現(xiàn)出潤濕性下降，但在Z后的回流處理后相比裸板直接回流所表現(xiàn)

9、出的潤濕性下降更為明顯。水金溟熱老化-2次回流Q3 綜合分析無論是何種表面處理，其主要作用就是要保護(hù)焊接基底金屬，防止焊接前 的氧化等。因而不同的鍍/涂層的保護(hù)能力不盡相同：水金與沉金同為鍍鍥金表面處理，銀作為焊接鍍層由于其易氧化，因而加入 金鍍層給其保護(hù)。此種鍍層結(jié)構(gòu)失效主要來自線遷移至金層或者鍍金層不致密 而產(chǎn)生氧化而導(dǎo)致可焊性不良，因而金厚便是關(guān)鍵點(diǎn)。對于水金而言，常規(guī)的 工藝控制金厚為0.025um,而受到工藝穩(wěn)定性的影響，在金厚低于控制點(diǎn)要 求時(shí)通過能譜的線掃描功能可發(fā)現(xiàn)即使是金面形貌正常、未經(jīng)任何異常處理的 水金金面也存在星點(diǎn)露線的情況（如下圖紅色線為黃線所示線形區(qū)域金元素含 量，紅線與黃線相交即該處金含量趨近于0,存在露線情