应用环保型的镀覆层是发展的必然
时间:2010-03-24 16:19:42点击:次
应用环保型的镀覆层是发展的必然
环保型镀层的应用是全球环保的要求，几世纪以来人类由于生存和发展，生产和使用了大量的破坏大自然的物质，这些物质都是工业生产高速发展的结果，由于人类对大自然的缺乏认识和了解，使大自然的生态平衡遭受到极大的破坏，导致全球气候反常，人类经常面临着困境。随着人类科学的进步，探究大自然的发展规律，逐渐加深对自然的认识，充分利用高科技手段，针对大自然的破坏性有计划有步骤地改善生态平衡，使大自然的面貌再现。而工业中首当其冲的就是印制电路工业中使用的有害物质，特别是表面处理工艺中热风整平浸焊料中含有铅材料。根据电子产品趋向无含铅材料的需要，就必须对现有的含铅工艺进行改革，应用环保型的镀覆层。从金属理论分析，最好是使用化学镀锡替代热风整平工艺，大量的工艺试验证明是可行的。无铅成分的镀（涂）种类很多，如ＯＳＰ （有机助焊保护膜）、化学镀钯、化学镀镍／浸金、化学镀镍、镀钯／浸金、浸锡等。经过研究和工艺试验结果说明，化学镀工艺其中锡金属价格便宜、易制取、工艺过程稳定可靠和制作细导线优势明显的特点而获得应用，较具有发展潜力。
一。化学镀锡反应原理
化学镀锡的反应机理就是化学置换反应，实质是电化学反应，它是通过二价锡置换铜的过程，使铜在溶液离解成二价铜离子，而放出两个电子，二价锡得到电子而被还原成锡金属沉积在基板铜的表面上形成锡镀层，其反应式如下：
Sn2++Cuo→
Cuo→
Sn2++2e-→
二。化学镀液种类及还原剂
化学浸锡的种类比较多，基本有三种镀液即甲基磺酸锡、硫酸亚锡和氟硼酸锡。根据工艺试验证明，甲基磺酸锡系列溶液应用的比较多，更附合环保要求，所采用的还原剂都是硫脲［（NH2）2CS］其主要特性和作用，就是降低锡槽电位，增加反应速率、易溶于冷水、硫氰化铵和醇、熔点180－182℃，并于150－160℃时在真空条件能升华、比重为1.406，有光泽的白色晶体。其中硫酸亚锡镀液其ＰＨ值小于１、温度室温至40℃、浸镀时间1－2分钟。
三。镀层的应用特性
该浸镀层最大优势就能确保其表面的平整性，适用于多次熔焊，能确保器件的安装精度和稳定尺寸的作用。特别适用于高密度、高精度、细导线、窄焊盘和小间距的印制电路板的表面处理。所以，很多产品如表面封装用板、多芯片模块用板等其表面处理要求就是确保微焊盘表面的平整度和再流焊的可靠性及稳定性，化学镀锡是最隹的选择。
四。可靠性测试
经处理的基板图形表面镀锡层，需经过焊接性能、与防焊层的附着力及助焊剂的适用性能需要进行定量定性的测试。依据MIL－STD－883焊锡性能测试部分、IPC－SM－840C防焊层附着力测试部分、IPC／J－STD－004助焊剂部分。
（１）漂浮焊锡试验方法：
在IPC规范内对锡层的焊接性能的测试有五种方法，其中有板边沾锡试验法、摆动沾锡试验法、漂锡试验法、波焊试验法和沾锡天秤试验法。规定了详细的测试程序和具体的检测方法及规定达到的技术数据和要求。
通常采用漂锡试验法（Solder Float Test）检测锡层的焊接性能比较多，进行测试的最终目的就是要确保电装时再流焊接的可靠性和稳定性。特别是器件焊接部位的焊脚的焊锡能力尤其重要。为此，在出厂前必须进行焊接性能的测试，多数厂家都拥有此种类型的仪器设备，并制定测定程序，采用此种测试方法对抽样产品或试验品进行检测，以提供器件安装后熔焊的工艺参数（温度、速度和时间）设定时的参考。
（２）熔锡扩张试验法（Solder Spread Test）
依照表面处理的种类不同，锡球的组成份也有所不同（Sn/Pb,Sn/Ag/Cu etc）扩张率也有所不同，化学锡的表面处理扩张率要求５以上，才具有优越的焊锡能力。
（３）熔焊球剪力试验法
该试验方法就是将印制电路板经过加热处理后，均匀的涂布一层助焊剂，然后放置锡球再进行熔焊，经清洗、烘干后的基板进行熔焊球剪力试验。
当熔焊球焊牢后，底部完整的粘结在经化学锡处理的焊盘表面上，其侧壁与阻焊层表面Ｓ／Ｍ）相接，再经过清洗与烘干进行剪力试验，以锡球的残留多少判定其等级，实践证明其表面残留的体积越大表示化学锡处理的焊锡层焊锡能力越佳。
五。阻焊层脱离基板表面的工艺措施
化学锡溶液对阻焊层底部与铜表面接合部会发生渗透作用（即渗镀现象），就是目前所使用的专用于防化学锡渗镀的防焊油墨，也无法解决由于渗透所造成的阻焊层与铜表面脱离的问题，唯一的方法就是对工艺过程的工艺参数（如溶液温度、处理时间）进行调整有可能克服其难题。根据资料报导提出以下三种工艺措施解决之。
（１）增加与改进基板表面处理工艺
具体的措施就是对需镀锡的基板表面进行前处理（酸洗加轻刷）和后处理（采用毛刷轻刷）其最终目的就是使阻焊层的侧壁加以修理使其趋向平整，并且刷除铜表面较粗糙的表面及环氧类的残留物，确何基板表面干净、细致、平坦的表面，以有利于锡铜进行置换反应的进行。其工艺流程如下：
常规阻焊层的前处理（酸洗＋磨刷＋浮石粉刷板）—制作阻焊层—化学浸锡的前处理（酸洗＋1000目轻刷）—化学锡表面处理—化学镀锡层的后处理（采用毛刷进行刷洗）—成型—电测—成品（经毛刷处理后直接就是成品）。
（２）将基板铜表面经化学氧化处理使其表面为棕色膜层，以增加铜的表面积，以利于毛吸作用（起着铆钉的作用），合铜表面能与阻焊层牢牢的结合。其工艺流程如下：
铜表面进行氧化处理成棕色膜层—制作阻焊层—化学锡表面处理工艺程序—成型—电测—成品（化学锡表面处理后即为成品）。
（３）降低槽液温度和缩短处理时间
采用此种工艺措施仍属于下策，但对低档次印制板或用户保存周期最多半年，组装时采用红外再流焊，返工不可超过三次，可采取这种工艺方法。但镀层的厚度要控制在0.5－0.7微米（要保持一年以上，其镀锡层的厚度要求达到１微米以上）。
六。化学锡处理应用范围
为适应微电子产品的需要，器件所使用的载板－印制电路板，有相当部分的产品都已采用此种类型的工艺。除此之外，还应用以下方面：
（１）作金属抗蚀镀层用：
基板表面经过全板电镀和化学锡表面处理后，再采用最新推展的LDS激光直接成像，可轻而易举的制作SMT微细线路和微细脚距。具体工艺步骤：就是所采用LDS设备为紫外激光和计算机辅助制造设备组成系统，直接烧除锡层，而留下所需要的电路图像当成金属抗蚀层，再进行蚀刻及除锡后，即可获得裸铜线路。采用此种类型的工艺方法，其最大的优点就是不需要底片制作，取代了贴膜、曝光、显影工艺程序和不需无尘室内作业，可大节省成本，减少报废（因为不存在底片随室内温度变化而产生底片涨缩问题、贴膜时起皱问题、曝光失真问题、显影不良问题等），快速制作样品及可制作出高解析高品质的线路。可应用在MCM-BGA、FC Substrate、CSP Substrate COB Substrate、特殊PCB等。
（２）作图形转移抗蚀层用
该工艺方法与常规的图形转移工艺相同，它不同的是不需电镀铜，而进化学锡表面处理后，进行退膜、刻、除去金属锡层工艺程序。但唯一的质量问题是对干膜有渗透作用，会直接影响图形真实性。所以，采用此种工艺方法要严格把关，确保成功率。
总之，化学锡表面处理工艺的采用，使基板表面处理工艺有了很大的改进，它不仅能提高基板表面的平整性，又适应制作微细导线（0.025－0.05mm）、微细脚距（0.30－0.40mm），更附合国际化的环保要求，其应用潜力是很大的。
