PCB制造中怎樣獲得可焊性表面概述

1、PCB制造：獲得可焊性表面一個印刷電路板制造商怎樣可以連續(xù)地生產出板的表面共面性品質，使它滿足在今天的設計緊密分布的焊盤上沉淀準確、數(shù)量連續(xù)穩(wěn)定的錫膏？材料的適當選擇是最基本的?？紤]的因素包括板的物理與電氣特性、其尺寸的穩(wěn)定性、阻抗特性、Z軸延伸率、和均勻性與表面情況。事實上，所選擇的材料的均勻性與表面情況可能影響最后的表面共面性。對于主要由超密間距板所組成的多層電路板，原材料板層的選擇不應該影響表面共面性?？墒牵荛g距產品，通常是以很密的電路為特征，要求板層具有光滑的表面 通常叫做“表面增強的”材料。這種板層的特點是高含樹脂的聚酯膠片(resin-rich prepregs)反貼傳統(tǒng)的0.

2、0007" (0.01778mm)的銅箔。因此，對PCB制造商來說，最后電路板的光滑表面是以板層制造商的表面增強材料所產生的相同方式完成的 ； 通過將一層富樹脂的聚酯膠片鄰隔作為外層的銅箔。當線和空隔在0.004"以下時，使用超薄銅箔(0.00035")將有助于改善合格率。超密間距的成像成功地對超密間距(0.020")的方平包裝元件(QFP, quad flat pack)的焊盤進行成像，以今天的技術不是一個問題。而正是連接密間距元件的信號線與空隔對PCB制造商產生了成像的挑戰(zhàn)。新的技術，如直接激光成像和投影成像，可能構成細線再生產的未來。可是，大多數(shù)P

3、CB制造商現(xiàn)在還正在使用傳統(tǒng)的紫外(UV)接觸印刷，用鉸鏈連接的玻璃框架來改善原版的前后對位，結果造成離位印刷。這個技術還可以生產低至0.003"的線與間隔?？墒牵褂孟铝屑夹g的某些或全部將改善細線的成像合格率：· 曝光單元的高度校準的光 · 較精密的曝光源 · 顯影劑化學品的良好控制，首選一種供給與排放(feed-and-bleed)系統(tǒng) · 在曝光之前從干膠片上去掉覆蓋紙 · 采用較薄的(0.001")光刻膠(photoresist) 蝕刻和超密間距成像一樣，對PCB制造商的挑戰(zhàn)是精細的導線及其空隔，而不是QFP。精細線

4、的蝕刻決定于設備的條件和要蝕刻的銅箔厚度。通過采用超薄的銅箔，可實現(xiàn)較高的合格率。但在蝕刻精細線產品之前，設備必須設定。這個可以通過顯影一個有0.0020.003"的線與間隔的小型試驗圖案來完成，一步一步地、均勻地在一個標準尺寸的板上重復。使用這個試驗圖案，板從蝕刻設備中通過，從板的頂面測量線，然后與低面相同位置的進行比較。也必須比較板的前緣到后緣的以及從右到左的導線寬度。如果導線寬度的結果數(shù)據(jù)相差大于0.0005"，蝕刻設備必須微調。因為有許多不同的蝕刻設備，所以微調是不同的?？赡芨纳茩M越整個板和從頂面到底面的蝕刻均勻性的調整包括：· 將噴嘴延長器增強到匯流管。

5、這將使噴嘴位于更靠近板表面的位置，當它穿過蝕刻室時。 · 改變延長器的長度，使中心噴嘴最靠近板，然后逐漸地減少長度直到最短的對著外室邊緣。 · 減少頂部與底部匯流室的噴嘴數(shù)量，使壓力更高。 · 增加閥到匯流室噴霧管道的入口端，允許溶液壓力控制。 另外的調整可能是必要的，以達到所希望的均勻性。 阻焊層(Soldermask)對大多數(shù)PCB的首選阻焊材料是一種液體可感光(LPI, liquid photoimageable)材料。在設計超密間距QFP的阻焊層時，采取了兩個方法：1. 一個開孔塊(open block)，有時叫做“成組間隙(gang clearance)

6、”，蓋在一排水平或垂直的焊盤上。這種設計要求焊盤之間沒有阻焊層，而當將布線圖定位于板時得到標準的制造誤差。 2. 另一種設計要求焊盤之間有阻焊層，經常叫做“網”或“擋板”。使用標準設備，網可成功的生產小至0.003"的寬度，但要求對阻焊材料顯影的非常好的過程控制。任何過量的底部掏蝕都將引起這很窄的網剝落電路板。因此，當使用標準的每邊增加阻焊層間隙0.002"(最小網的厚度為0.003")的方法時，焊盤之間的間隙必須最少為0.007"?？墒?，使用沒有網的板可達到非常好的結果，只要阻焊層圖形與塊的間隙充分。 模板密封(Stencil Gasketting)得

7、到良好的模板密封的一個關鍵的、有時候不受注意的PCB特征，就是相對于拋光的焊盤高度的阻焊層厚度。為了證實這一點，做了許多測試板，從0.5 oz 銅箔開始，使用印刷與蝕刻(print-and-etch)工藝(沒有銅電鍍)，得到的結果是板層之上只有0.0007"的焊盤高度。然后涂上標準的0.0008" 0.001"厚度的LPI助焊層。當用0.004"的模板印刷時，板表現(xiàn)出很差的結果。大約50%的焊盤出現(xiàn)短路。理由：密封差，即模板在最高點(阻焊層頂面)接合PCB，允許錫膏在焊盤之間陰滲(圖一)。第二批板是這樣生產的，在0.5 oz的銅箔上電鍍銅，結果得到0.0

8、02 0.0024"的高度。再一次，使用標準LPI阻焊層，板用相同的模板印刷。沒有發(fā)現(xiàn)缺陷。得出的結論是，焊盤比阻焊層較高，允許模板自己“密封”焊盤。這個結果是一個很精確的、錫膏的三維塊座落在焊盤上(圖二)。其它可能造成密封不良的區(qū)域包括: · 從單面板的元件面堵塞的通路孔 · 堵塞不良的通路孔，在通路孔頂上留下皇冠狀的阻焊層，它可能比焊盤高出0.004" · QFP輪廓的圖例油墨 表面處理技術(Surface Finish Technologies)PCB的可焊性表面可能影響模板印刷和元件貼裝。在一個測定PCB表面末道漆怎樣影響模板印刷過程的

9、試驗中，選擇了三種最流行的板的表面處理方法：熱空氣焊錫均涂(HASL, hot-air solder leveling)、有機可焊性保護層(OSP, organic solderability preservatives)和浸鎳/金(immersion nickel/gold)。使用相同的印刷機和印刷參數(shù)，試驗處理每個板都是使用同一個錫膏和模板。雖然錫膏體積對比面積對每個板都是測量30次，但這個試驗顯示板的類型之間沒有太大的變化?？墒?，變化在HASL表面處理上顯示稍微大一點。因此，焊錫均涂可影響錫膏印刷，并造成從焊盤圓頂上的焊錫掏空和遺漏。小的貼裝問題也可能是由于焊盤表面不平的情況引起的。HA

10、SL是大多數(shù)穿孔和某些表面貼裝板的首選表面處理方法。要進行HASL表面處理的板必須首先完成預處理，包括清潔、預熱周期和上助焊劑。立式HASL設備。當使用這種設備時，板垂直地浸入一個熔化焊錫的深鍋內，當焊錫從桶中退出時，用熱空氣刀(hot-air knife)“擠出”。一個缺點是QFP不能以一個角度退出空氣刀。那些沿長度方向對著空氣刀的焊盤通常太薄，產生金屬間的可焊性問題，而那些平行于空氣刀的通常焊錫過厚，可能引起短路。居留時間是立式設備的另一個問題 板底可能浸在熔化的焊錫中比標定的居留時間長四五秒鐘。臥式HASL設備要求與立式的同樣的預處理。臥式設備是一個傳送帶系統(tǒng)，在通過熱空氣刀之前，把板通

11、過一個循環(huán)的焊錫爐。板可以45C角度放置在傳送帶上，使得QFP以焊盤均勻的分布通過?？墒?，當傳送帶寬度可能限制一些較大形式的板的處理角度時，居留時間比立式工藝少得多，限制了焊錫的沾染。臥式的HASL設備可用于100%的SMT板和混合技術。這個設備，如果有良好的預防性維護程序，將產生QFP上可量到的0.0001 0.0008"的焊錫厚度。有機可焊性保護層(OSP)是用于保護銅不氧化的臨時性涂層。OSP提供了一個解決辦法，滿足對PCB焊盤的均勻一致的共面性和消除密腳連焊的要求。苯并咪唑(benzimidazole)OSP可用于水清洗和免清洗過程，不產生有害廢物。試驗表面，OSP涂層的板的

12、可焊性保持超過一年。OSP施涂在光板上，作為制造過程的最后一步。它們可在浸桶中使用，但首選臥式傳送帶淹沒浸泡工藝。后者提供更緊密的過程控制和更大的涂層均勻性和厚度，可產生0.00003 0.00004"的均勻涂層。最后，OSP表面處理是比浸鎳/金法更低成本的工藝，而同時提供很平的表面。在不好的一面，關注的地方包括，是否最后的表面可忍受多次的溫度周期，如果免洗助焊劑真正兼容的話，是否可熔濕性和貨架壽命是可接受的。當在波峰/回流焊接過程中使用氮氣時，OSP表面處理可能是一個更艱難的過程。浸鎳/金(Ni/Au)。金是非常好的可焊性表面，鎳的作用是電鍍銅與金的很強的壁壘，防止氧化，延長貨架壽命。浸濕過程只電鍍那些上過阻焊層之后的暴露區(qū)域，使鍍金成本最小。這個過程是這樣的，首先是無電鍍鎳涂層0.000015 0.00002"，接著浸0.000003 0.000005"的金。在金上焊錫的一個問題是，焊接點被削弱。另一個問題是金的成本?？墒?，在PCB制造期間密切注意板的準備工作，可將成本保持在最低水平。有成本效益的板的準備工作包括，將