福德正神官网 | 如何为无铅PCB选择合适的表面处理

作者: 迅得电子
发布日期: 2019-08-19 00:00:00

无铅PCB最初研究生产出来完全是因为了符合欧盟颁布的进口电子商品在环境保护方面的规定,即ROHS,全称是《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成分的指令》。所以,PCB生产商便开始从生产有铅电路板逐步转换到生产无铅电路板。



焊点里的铅元素主要来源于元器件引脚、PCB焊盘和焊料。为了保证焊点里铅的质量分数符合ROHS规定,电路板选择的表面处理方式也要符合ROHS规范。如今,很多符合无铅PCB要求的表面处理方式,其中,最广泛应用的有化学镍金(ENIG)、浸锡、浸银和OSP(有机保焊膜)。



由于每个表面处理都有各自的优缺点,所以,弄清楚选择哪种表面处理最适合你的电子产品是非常重要的。因此,本文将从应用领域、成本、储存期、可焊性等方面分析各表面处理,以便您能够为无铅PCB选择最佳的表面处理方式。



福德正神官网(ENIG)



化学镍金,英文缩写为ENIG,英文全称为Electroless Nickel/Immersion Gold。ENIG的结构如下图:
 

作为一种符合无铅PCB要求的表面处理方式,化学镍金的优势明显,包括储存期长,可焊性强,表面平整。而它的缺点主要在于高成本和黑盘风险。



黑盘是主要发生在化学镍金表面的一种缺陷,是镍层受到了严重的腐蚀造成的。由于断裂的镍层看起来发灰、发黑,所以叫做“黑盘”。



黑盘的主要缺陷是它很难去除,而且,很难用肉眼看出来。所以,产品的可靠性受到极大的威胁。



化学镍金的缺点包括以下几点:



1. 不润湿


    不润湿是导致黑盘产生的直接原因。通常情况下,一旦化学镍金板产生黑盘,那么就无法承受应力效果。一旦产品经过高低温循环测试、抖动测试和每天的插拔动作,焊点便会发生断裂,降低产品可靠性。



2. 容易腐蚀


    化学镍金的焊点在湿润环境中更容易受到腐蚀,因为金层很薄,有针孔,不过,金是不会受到腐蚀的,反而是金层下面的镍会受到腐蚀。



总结
 

浸锡(Im-Sn)



浸锡,英文缩写为Im-Sn,指的是通过置换反应在干净的铜表面生成一层锡的过程。由于是置换反应,表面处理的厚度有限制,通常是1μm.



浸锡的缺点主要包括:



1. 不耐贮存


    锡层和铜基体即使在常温环境下也会彼此扩散。在室温环境下,锡的扩散速度大约在0.144nm/s到0.166nm/s,锡可以在室温下贮存30天。同时,锡的厚度会减少0.23μm转变为金属化合物。回流焊接后,厚度还会再减少0.8μm。如果产品需要锡的贮存期为180天,那么焊接就要进行三次。浸锡的最低厚度必须在1.28μm以上,不过,这很难达到。因为通常的厚度仅为1.15μm。



2. 变色


    在焊接的过程中,随着温度不断升高,浸锡层颜色会发生变化,是有机污染物或者二氧化锡造成的。通常情况下,二氧化锡越厚,颜色越深。



3. 不适合精细组装


    由于焊锡化学药水对大多数阻焊都有侵蚀作用,所以阻焊不能太小,否则会断裂。因此,浸锡不适用于精细间距组装。



4. 锡须


    锡须对于浸锡如同黑盘对于化学浸金。浸锡的主要缺陷是产生锡须,所以,焊盘之间的间距要保持在0.4mm以上。



5. 药水侵蚀


    由于化学药水的侵蚀,塞孔墨水会发生断裂,会隐藏一些药水,在接下来焊接的过程中,这些药水要被挤出,严重降低产品的外表和功能。



总结
 

浸银(Im-Ag)



浸银的英文缩写是Im-Ag,是在药水的作用下生成一层银。这层银并不是纯银,而是带有有机物质的银,有机物质的质量分数大约为30%。



浸银作为表面处理方式,其缺点有:



1. 微孔洞


    直径不足0.05mm的微孔洞总是在银表面生成。孔洞会严重降低焊点的强度,这点在PCB板遭受撞击的时候尤其明显。这样,有的产品甚至能够产生报废。



2. 爬行腐蚀


    爬行腐蚀是浸银作为表面处理方式的一种主要缺陷。因为阻焊层边缘暴露的铜和大面积银表面结合,造成电阻耦合,潮湿环境中就会造成电化学腐蚀。



3. 银迁移


    银迁移通常发生在厚膜电路或内部IC中。



4. 变色


    浸银表面暴露在空气中容易变黄或变黑。产生变色的主要原因是银表面存在小孔,一旦空气中的卤化物和银孔洞发生反应,就会变色。除此以外,焊接过后,颜色也会发生变化。影响焊接过后发生变色主要有两个因素:镀层厚度和暴露时间。实验已经证明,提升镀层厚度有助于阻碍变色能力的提升,减少暴露时间也会阻止表面颜色发生变化。



总结
 

OSP



OSP是英语Organic Solderability Preservatives的缩写,中文译为有机保焊膜,是通过化学方式在干净的铜表面产生的有机膜。OSP可以用来防止铜面发生氧化,还能防止热冲击和润湿。



OSP在焊接后面临的变化包括:



变化#1


    高温回流焊炉内几乎不会发生挥发,质量的损失小于10%,所以,可以采用最薄的厚度。



变化#2


    在260℃下,OSP不会分解,在这个过程中,OSP直接从固态转变为气态。



变化#3


    OSP在焊接过程中易与氧气发生反应。



变化#4


    一旦OSP进入到焊接炉中,很容易变成铁锈色,可焊性下降。



变化#5


    OSP用助焊剂比较难去除,所以,应当使用更加强力的助焊剂。



总结

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