印制电路板化学镀和电镀的主要目的是确保印制电路板焊接性、防护性、导电性和耐磨性。由于表面安装技术(SMT)的出现,为了保证表面贴装元器件的焊贴质量,从工艺角度出发,开发和研制了新型涂覆层-预涂抗热助焊剂、化学镀镍/金等表面涂覆工艺,并已大量应用在表面贴装双面、多层印制电路板上。

除了电镀或热浸锡铅合金镀涂覆层及其他先进的覆涂或电镀技术之外,为了有良好的电气接触性能,印制电路板的插头部位需要进行表面处理。这是因为无论设备多么复杂,总是存在电气连接问题。电源输入需要连接,元器件和设备也需要更多的连接,从大型电子设备到微型化的装置,其效能在不同程度上取决于连接的材料和镀涂覆层的选择,也就是说,选择连接表面镀层是十分重要的,特别是要求接触面小而接触电阻又低的印制电路板的插头部位,其重要作用十分突出。在当前的印制电路板制造过程中,采取镀镍金方法或以镍大地的镀金或浸金工艺技术来解决插头的表面处理问题。实践证明这种镀镍金的工艺方法适合印制电路板插头对镀层电气及耐磨性能的技术要求。

1电镀镍和电镀金

电镀镍/金是指在PCB铜导线上镀上一定厚度的镍后再镀上一层金的工艺技术。这一工艺最早上世纪70年代应用于PCB上。电镀镍和金(在PCB插头镀耐磨的)、镀厚金和闪镀金广泛应用于带有按键或插接或压焊的印制电路板中,是目前印制电路板生产制造中重要的生产工序。一般采用工艺导线法或者电镀图形法(电镀铜后在进行电镀镍,再电镀金,则电镀的镍/金层可作为抗蚀层,以便进行蚀刻铜)。

为了提高耐磨性(考虑插拔时),减小接触电阻,防止氧化铜和提高连接可靠性,印制电路板早期设计在其导体(插头、连接盘等)电镀上一层厚金层。但是在实际使用过程中发现,直接在铜表面镀上的金层会由于铜与金在界面出容易扩散并形成扩散层。这个扩散层将随着时间推移而增宽厚,并形成疏松态(因铜与金的结晶体系不同而引起形变所造成),易受空气中水分、等浸入逐渐形成铜的盐类,严重时会开路,因而将严重影响电子设备的可靠性,在镀金之前先电镀一层镍。从而阻止铜和金的扩散现象,镍和金,铜结构相差大,不存在互为扩散问题。通过镍层作为阻挡层大大提高了电子互连的可靠性。

此外,镍金属作为重要的连接层来说,尽管接触电阻比金、铜大,但它仍不失为良好的导体。电镀镍尽量避免镍表面直接暴露在空气中(易氧化)。在镍表面电镀上同一层很薄的保护性金属,如金、钯等防止镍氧化也是常用的手段。

插头电镀镍和金的质量要求主要是耐磨性好、空隙率小,具有一定插拔次数;同时,对插拔区域不得出现划伤、露镍和露铜等问题,也不允许有瘤结,凹凸点。插头部位电镀镍厚度应为3~5um,电镀金层厚度为0.5~1.5um。

2有机焊接性保护膜技术

有机焊接性保护膜技术(OSP),技术是通过化学方法,在裸铜表面上形成一层0.2~0.5um厚的薄膜。OSP在印制电路板铜表面形成后,具有优良防氧化性、耐热冲击性、耐湿性。经过OSP技术处理的印制电路板可放置6~12个月的时间。相比热风整平工艺,OSP技术能够均匀涂覆在铜表面,具有优良平整度,更适合SMT的应用要求。由于OSP技术表面涂覆是有机层,在操作过程中容易被物理破坏因而必须十分小心。

OSP技术工艺流程:

除油——》水洗——》微蚀——》水洗——》预浸——》水洗——》成膜——》水洗——》干燥

1除油

除油目的在于形成洁净的铜表面,其效果直接影响OSP的效果。除油不良将导致OSP在铜面的吸附厚度不均匀,甚至部分区域无法吸附OSP从而失去保护铜焊垫或焊盘的作用。

2微蚀和预浸

微蚀目的在于使铜形成粗糙的表面,便于OSP成膜以及提高膜的强度。一般情况下,微蚀的厚度控制在0.5~1.5um之间。

预浸使铜表面形成一层保护膜,防止微蚀过程的铜离子带入OSP溶液中。

3成膜

有机成膜剂是OSP溶液的主要成分,具有很高的耐热性(分解温度在300摄氏度以上),决定了OSP在PCB铜表面的焊接性和可靠性。

目前,有机成膜剂主要由三大类,即松香类、活性树脂以及咪唑类。其中,咪唑类是目前最为广泛使用的有机成膜剂。咪唑成膜剂是OSP技术的主要发展方向。

OSP技术形成焊接性保护膜的关键在于控制成膜厚度。膜太薄,耐冲击性能差,在过回流焊时,膜层耐不住高温,最终影响焊接性;而膜太厚,在SMT过程中不能很好的被助焊剂溶解,从而影响焊接性。

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