PCB教材-141其它表面處理電子版本

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PCB教材-141其它表面處理-十四其他焊墊表面處理(OSP,化學(xué)鎳金,)14.1前言錫鉛長期以來扮演著保護(hù)銅面,維持焊性的角色,從熔錫板到噴錫板,數(shù)十年光陰至此,碰到幾個(gè)無法克服的難題,非得用替代製程不可:A.Pitch太細(xì)造成架橋(bridging)B.焊接面平坦要求日嚴(yán)C.COB(chiponboard)板大量設(shè)計(jì)使用D.環(huán)境污染本章就兩種最常用製程OSP及化學(xué)鎳金介紹之14.2OSPOSP是OrganicSolderabilityPreservatives的簡稱,中譯為有機(jī)保焊膜,又稱護(hù)銅劑,英

2、文亦稱之Preflux,本章就以護(hù)銅劑稱之.14.2.1種類及流程介紹A.BTA(苯駢三氯唑)：BENZOTRIAZOLEBTA是白色帶淡黃無嗅之晶狀細(xì)粉，在酸鹼中都很安定，且不易發(fā)生氧化還原反應(yīng)，能與金屬形成安定化合物。ENTHON將之溶於甲醇與水溶液中出售，作銅面抗氧化劑(TARNISHANDOXIDERESIST)，商品名為CU-55及CU-56，經(jīng)CU-56處理之銅面可產(chǎn)生保護(hù)膜，防止裸銅迅速氧化。HYPERLINKjavascript:openwin1()操作流程如表。B.AI(烷基咪唑)ALKYLIMIDAZOLEPREFLUX是早期以ALKYLIMIDAZOLE作為護(hù)銅劑而開始，

3、由日本四國化學(xué)公司首先開發(fā)之商品，於1985年申請(qǐng)專利，用於蝕刻阻劑(ETCHINGRESIST)，但由於色呈透明檢測(cè)不易，未大量使用。其後推出GLICOAT等，係由其衍生而來。GLICOAT-SMD(E3)具以下特性：與助焊劑相容，維持良好焊錫性可耐高熱銲錫流程防止銅面氧化HYPERLINKjavascript:openwin2()操作流程如表。C.ABI(烷基苯咪唑)ALKYLBENZIMIDZOLE由日本三和公司開發(fā)，品名為CUCOATA，為一種耐濕型護(hù)銅劑。能與銅原子產(chǎn)生錯(cuò)合物(COMPLEXCOMPOUND)，防止銅面氧化，與各類錫膏皆相容，對(duì)焊錫性有正面效果。HYPERLINKja

4、vascript:openwin3()操作流程如表。D.目前市售相關(guān)產(chǎn)品有以下幾種代表廠家：醋酸調(diào)整系統(tǒng)：GLICOAT-SMD(E3)OR(F1)WPF-106A(TAMURA)ENTEK106A(ENTHON)MECCL-5708(MEC)MECCL-5800(MEC)甲酸調(diào)整系統(tǒng)：SCHERCOATCUCOATAKESTER大半藥液為使成長速率快而升溫操作，水因之蒸發(fā)快速，PH控制不易，當(dāng)PH提高時(shí)會(huì)導(dǎo)致MIDAZOLE不溶而產(chǎn)生結(jié)晶，須將PH調(diào)回。一般採用醋酸(ACETICACID)或甲酸(FORMICACID)調(diào)整。14.2.2有機(jī)保焊膜一般約0.4m的厚度就可以達(dá)到多次熔焊的目的，

5、雖然廉價(jià)及操作單純，但有以下缺點(diǎn)：A.OSP透明不易測(cè)量，目視亦難以檢查B.膜厚太高不利於低固含量,低活性免洗錫膏作業(yè)，有利於焊接之Cu6Sn5IMC也不易形成C.多次組裝都必須在含氮環(huán)境下操作D.若有局部鍍金再作OSP，則可能在其操作槽液中所含的銅會(huì)沉積於金上，對(duì)某些產(chǎn)品會(huì)形成問題E.OSPRework必須特別小心14.3化學(xué)鎳金14.3.1基本步驟脫脂水洗中和水洗微蝕水洗預(yù)浸鈀活化吹氣攪拌水洗無電鎳熱水洗無電金回收水洗後處理水洗乾燥.14.3.2無電鎳A.一般無電鎳分為置換式與自我催化式其配方極多，但不論何者仍以高溫鍍層品質(zhì)較佳B.一般常用的鎳鹽為氯化鎳(NickelChloride)C.

6、一般常用的還原劑有次磷酸鹽類(Hypophosphite)/甲醛(Formaldehyde)/聯(lián)氨(Hydrazine)/硼氬化合物(Borohydride)/硼氫化合物(AmineBorane)D.螯合劑以檸檬酸鹽(Citrate)最常見E.槽液酸鹼度需調(diào)整控制，傳統(tǒng)使用氨水(Amonia)，也有配方使用三乙醇氨(TriethanolAmine)，除可調(diào)整PH及比氨水在高溫下穩(wěn)定，同時(shí)具有與檸檬酸鈉結(jié)合共為鎳金屬螯合劑，使鎳可順利有效地沉積於鍍件上F.選用次磷二氫鈉除了可降低污染問題，其所含的磷對(duì)鍍層品質(zhì)也有極大影率G.此為HYPERLINKjavascript:openwin4()化學(xué)鎳槽

7、的其中一種配方配方特性分析:a.PH值的影響：PH低於8會(huì)有混濁現(xiàn)像發(fā)生，PH高於10會(huì)有分解發(fā)生，對(duì)磷含量及沉積速率及磷含量並無明顯影響b.溫度的影響：溫度影響析出速率很大，低於70C反應(yīng)緩慢，高於95C速率快而無法控制.90C最佳c.組成濃度中檸檬酸鈉含量高，螯合劑濃度提高，沉積速率隨之下降，磷含量則隨螯合劑濃度增加而升高，三乙醇氨系統(tǒng)磷含量甚至可高到15.5%上下d.還原劑次磷酸二氫鈉濃度增加沉積速率隨之增加，但超過0.37M後槽液有分解現(xiàn)像，因此其濃度不可過高，過高反而有害。磷含量則和還原劑間沒有明確關(guān)係，因此一般濃度控制在O.1M左右較洽當(dāng)e.三乙醇氨濃度會(huì)影響鍍層的磷含量及沉積速率

8、，其濃度增高磷含量降低沉積也變慢，因此濃度保持約0.15M較佳。他除了可以調(diào)整酸鹼度也可作金屬螯合劑之用f.由探討得知檸檬酸鈉濃度作通當(dāng)調(diào)整可有效改變鍍層磷含量H.一般還原劑大分為兩類:次磷酸二氫鈉(NaH2PO2H2O,SodiumHypophosphate)系列及硼氫化鈉(NaBH4，SodiumBorohydride)系列，硼氫化鈉價(jià)貴因此市面上多以次磷酸二氫鈉為主一般公認(rèn)反應(yīng)為:H2PO2-+H2OaH+HPO32-+2H(Cat)-(1)Ni2+2H(Cat)aNi+2H+-(2)H2PO2-+H(Cat)aH2O+OH-+P-(3)H2PO2-+H2OaH+HPO32-+H2-(4

9、)銅面多呈非活化性表面為使其產(chǎn)生負(fù)電性以達(dá)到啟鍍之目的銅面採先長無電鈀的方式反應(yīng)中有磷共析故，4-12%含磷量為常見。故鎳量多時(shí)鍍層失去彈性磁性，脆性光澤增加，有利防鏽不利打線及焊接14.3.3無電金A.無電金分為置換式鍍金與無電金前者就是所謂的浸鍍金(lmmersionGoldplating)鍍層薄且底面鍍滿即停止。後者接受還原劑供應(yīng)電子故可使鍍層繼續(xù)增厚無電鎳。B.還原反應(yīng)示性式為:還原半反應(yīng):Au+e-+Au0氧化半反應(yīng)式:RedaOx+e-全反應(yīng)式:Au+RedaAu0+Ox.C.化學(xué)鍍金配方除提供黃金來源的錯(cuò)合物及促成還原的還原劑，還必須併用螯合劑、安定劑、緩衝劑及膨潤劑等才能發(fā)揮效

10、用D.HYPERLINKjavascript:openwin5()化學(xué)金配方組成及功用：E.部份研究報(bào)告顯示化學(xué)金效率及品質(zhì)的改善，還原劑的選用是關(guān)鍵，早期的甲醛到近期的硼氫化合物，其中以硼氫化鉀最普遍效果也佳，若與他種還原劑並用效果更理想。代表反應(yīng)式如后：還原半反應(yīng):Au(CN)-2+e-aAu0+2CN-:氧化半反應(yīng)式:BH4-+H2OaBH3OH-+H2BH3OH-+30H-aBO2-+3/2H2+2H20+3e-全反應(yīng)式:BH3OH+3AU(CN)z+30H-,BOz吐+/2Hz+2H,0+3Auo6CN-F.鍍層之沉積速率隨氫氧化鉀及還原劑濃度和槽溫提高而提升，但隨氰化鉀濃度增加而降

11、低G.已商業(yè)化的製程操作溫度多為9O左右，對(duì)材料安定性是一大考驗(yàn)H.細(xì)線路底材上若發(fā)生橫向成長可能產(chǎn)生短路的危險(xiǎn)I.薄金易有疏孔易形成GalvanicCellCorrosionK.薄金層疏孔問題可經(jīng)由含磷後處理鈍化方式解決14.3.4製程重點(diǎn)：A.鹼性脫脂：為防止鈀沉積時(shí)向橫向擴(kuò)散，初期使用檸檬酸系清潔劑。後因綠漆有疏水性，且鹼性清潔劑效果又較佳，同時(shí)為防止酸性清潔劑可能造成的銅面鈍化，故採磷酸鹽系直鍊非離子性清潔劑，以容易清洗為訴求。B.微蝕:其目的在去除氧化獲得新鮮銅面，同時(shí)達(dá)到絕對(duì)粗度約0.5-1.0m之銅面，使得鍍鎳金後仍能獲得相當(dāng)粗度，此結(jié)果有助打線時(shí)之拉力。配槽以SPS150g/l

12、加少量鹽酸，以保持氯離子約2OOppm為原則，以提高蝕刻效率。C.銅面活化處理鈀約3ppm,操作約40,一分鐘，由於氯化鈀對(duì)銅面鈍化比硫化鈀為快，為得較好的鎳結(jié)合力自然是硫化鈀較適當(dāng)。由於鈀作用同時(shí)會(huì)有少量Cu+會(huì)產(chǎn)生，它可能還原成Cu也可能氧化成Cu+，若成為銅原子則沉積會(huì)影響鈀還原。為使鈀還原順利須有吹氣攪拌，風(fēng)量約為0./O.15M3/M2*min以上，促使亞銅離子氧化並釋出電子以還原鈀，完成無電鎳沉積的動(dòng)作。D.活化後水洗:為防止鎳層擴(kuò)散,清除線路間之殘鈀至為重要，除強(qiáng)烈水洗也有人用稀鹽酸浸漬以轉(zhuǎn)化死角的硫化鈀防止鎳擴(kuò)散。為促進(jìn)鎳還原，熱水預(yù)浸將有助於成長及均勻性，其想法在提高活性使大

13、小面積及高低電壓差皆因提高活性而使差異變小以達(dá)到均一的目的。E.無電鎳:操作溫度855,PH4.54.8，鎳濃度約為4.95.1g/l間，槽中應(yīng)保持鎳濃度低於5.5，否則有氫氧化沉澱的可能，若低於4.5g/l則鍍速會(huì)減慢，正常析出應(yīng)以15m/Hr,Bathloading則應(yīng)保持約0.51.5)dM2/l，鍍液以5g/l為標(biāo)準(zhǔn)鎳量經(jīng)過5個(gè)Turn即必須更槽否則析出鎳品質(zhì)會(huì)變差。鎳槽可以316不銹鋼製作，槽體事先以50%硝酸鈍化，並以槽壁外加電解陽極以防止鎳沉積，陰極可接於攪拌葉通以0.20.4A/M2(0.0180.037ASF)低電流，但須注意不能在槳葉區(qū)產(chǎn)生氣泡否則代表電流太強(qiáng)或鎳鍍層太厚必

14、須燒槽。建浴操作應(yīng)維持在PH=54.7間，可用NaOH或H2S04調(diào)整，PH低於4.8會(huì)出現(xiàn)混濁，槽液老化PH操作範(fàn)圍也會(huì)逐漸提高才能維持正常析出速度。因線路底部為死角，易留置反應(yīng)後所留的殘鹼，因此對(duì)綠漆可能產(chǎn)生不利影響，必須以加強(qiáng)攪拌及震動(dòng)使殘鹼及氣泡去除。F.無電鎳磷含量:一般無電鎳多以次磷酸二氫鈉為還原劑，故鍍層會(huì)含有一定量的磷約46%，且部份呈結(jié)晶狀?？嗪吭?8%中含量則多數(shù)呈非結(jié)晶狀，當(dāng)高達(dá)12%的以上則幾乎全呈非結(jié)晶組織。就打線而言，中磷含量及硬度在500600HV最佳，焊錫性也以9%最好。一般在添加四回後析出磷含量就會(huì)達(dá)到10%應(yīng)考慮換槽，打線用厚度應(yīng)在130以上。G.無電金:

15、以檸檬酸為錯(cuò)合劑的化學(xué)金槽，含金5g/l，槽體以PP為材質(zhì)。PH=5.15.3時(shí)可與銅作用，PH=4.54.8時(shí)可與鎳作用實(shí)行鍍金，PH可以檸檬酸調(diào)整之。一般操作溫度在85，厚度幾乎會(huì)停止在2.5左右，大約五分鐘就可達(dá)到此厚度，高的溫度固然可加快成長但因結(jié)晶粗反而防蝕能力較差。由於大半採置換反應(yīng)，因此會(huì)有不少的鎳溶入液中，良好的管理最好不要讓鎳濃度超過2OOppm，到40Oppm時(shí)金屬外觀及附著力都變差，藥水甚至變綠變黑，此時(shí)必須更槽。金槽對(duì)銅離子極敏感，2Oppm以上析出就會(huì)減緩，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力增大。鍍鎳後也不宜久置，以免因鈍化而無法析鍍，故鎳後水洗完應(yīng)儘速進(jìn)入金槽，有時(shí)為了特定狀況則作10%檸檬酸浸泡再進(jìn)入金槽也能改善一些結(jié)合力。