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手機應用領域的印刷線路板表面處理新趨勢 1. 引言 化鎳浸金是過去10年占統治地位的印刷線路板表面處理方法，而且化鎳浸金工藝是目前世界上大部分印刷線路板制造商的標準。由于歷史的原因，化鎳浸金被當作一個防氧化層引入到了PWB制造業，用于提供良好的可焊性潤濕能力和長時間PWB儲存能力。從這方面來講，ENIG不辱使命；但是從可靠性的觀點來看，應該盡可能限制它在移動電子設備上的使用。 最近已經證明下面一些特征和現象與在PWB中選擇使用ENIG直接相關，如：金脆變導致的冷焊料連接，焊料連接界面裂化，腐蝕和接觸盤磨穿。 因此，為了確保便攜式消費電子產品的可靠性，必須評估可供熱焊接和機電接觸選擇的表面處理方法。 2、各種可供選擇的表面處理方法 選擇表面處理的最重要動力有： ● 可靠性； ● 可利用性； ● 成本； ● 基本的技術要求。 在為一種特定的剛性PWB選擇一種表面處理之前，特別要考慮在給定應用場合里表面處理的各種屬性。只是用于熱焊接，還是同時也要用于諸如鍵盤開關或彈簧連接器之類的機電接觸？ 迄今為止，還不存在一種通用的表面處理方法，它即能提供很高的焊料連接可靠性，又能提供很高的機電接觸盤可靠性。彈簧承載的連接器普遍用于手機，機電接觸盤就是為之設計的。 根據基本要求的差異，可以把PWB表面處理分成2個主要的群組： 2.1. 用于熱焊接的表面處理: 一個用于熱焊接的表面處理不得不滿足以下幾個要求： ● 較高的可濕潤性； ● 焊料連接力； ● 適于細間距和CSP組裝的表面平坦度。 業界有許多處理方法可供選擇，其中有： ● HASL (熱風整平) ● 浸錫； ● 鎳/金(ENIG)； ● 浸銀； ● OSP(有機表面保護劑) 并不是所有表面處理的性能都是一樣的。 2.2. 用于機電連接盤的表面處理: 一個用于機電連接盤的表面處理不得不滿足以下幾個要求： ● 機械耐久力(磨損抵抗力) ● 抗腐蝕性 ● 接觸電阻 其中有幾種處理方法： ● 鎳/金(電鍍)； ● 鎳/金(ENIG)； ● 浸銀； ● 碳； ● 焊膏(錫/錫接觸)。 2.3. 處理方法總結 當對過去20年廣泛用于便攜式電子設備的各種表面處理進行調查時，發現ENIG變得如此流行，而其他處理方法被冷落多年的原因并不合乎邏輯： ● 當然，其中的一個解釋是，直到最近我們依然不知道其失效機理是什么。隨著經驗的增加，它們已經逐漸浮出水面。 ● 另外一個解釋是，不愿意更改電子行業的那些傳統的東西，即使在分析實驗室和可靠性專家已經提出這些問題之后。 ● 最后一個解釋是，在PWB制造方面，表面處理物理可用性的缺乏總會耽擱向其他處理方法的轉變。已經把資金投到ENIG工藝了，為其他處理方法添置新的設備需要更多的投資。這個事實也造成了一定的耽擱。 下面的段落將縱覽已經對表面處理技術的變化產生影響的事件。 3、手機PWB表面處理的歷史演變： 3.1. HASL + 碳 在第一代產品中，從80年代后期起，PWB盤面的正常表面處理是熱風整平(HASL)。在很多場合，HASL與碳被組合起來作為鍵盤和LCD焊盤的表面處理方法。 那時候表面貼裝器件技術還處于早期階段，毆翅型器件擁有間距相對較疏(1.27mm)的引腳。90年代初期，對更多I/O的需求要求使用新的封裝技術，QFP應運而生。間距降到了0.6mm的時候，由于HASL厚度不均，大量焊料橋連發生了。新的需求要求替代低產量的HASL。 3.2. 化鎳浸金(ENIG) 擺脫困境的唯一辦法是找到另外一種平且共面的可焊的表面處理方法。裸銅容易氧化，影響可焊性(濕潤)，不符合要求。 OSP在當時不是討論的對象，即使存在那種技術！ ENIG 被推舉為HASL的繼承者。當時的感覺是，找到了一種既適于熱焊接，又適于鍵盤的通用型表面處理方法。 碳因此不再被認為是必要的，它在即使不存在技術和可靠性問題的情況下銷聲匿跡了。 在一段時期里，總體來講，ENIG 工藝表現非常優秀。但另一方面，由于需要在更小的空間里面容納更多的功能，QFP被球形柵陣列(BGA)和芯片級封裝替代了。BGA封裝(圖3)同時也帶來了一些新的挑戰。伴隨著電子行業內前所未有的大批量生產，出現了更小的焊盤。PWB制造業以極其高的產量運轉，意味著此工藝的任何弱點都變得更加清晰可見和嚴重。 3.2.1. 黑盤 在所有供應商那里都會隨機發生一個名叫黑盤的問題，即使他們使用不同牌子的鎳/金工藝。隨便在哪一個盤上缺少金，其影響是潤濕不良或者不潤濕，導致的結果是失去內部互聯。黑盤缺陷主要在手機組裝線被發現和拒收；但是最壞的情況是如果某臺產品通過了100%的電氣試驗，后來卻在市場上失去了功能。如果彎曲PWB，可能就像不良焊料連接失去連接一樣產生隨機錯誤。 已經有很多理論解釋黑盤出現的原因，但到底是什么觸發了黑盤的出現，至今尚未達成共識。然而，這幾年電鍍槽制造商在這個領域已經取得了一些進展，不過ENIG工藝依然不能杜絕這種實效，它有時可能和PWB設計有關。 3.2.2. 焊球界面破裂 據透露，界面降級，是一個新型的與黑盤問題相關的失效。失效的BGA或CSP的微切片顯示，在Cu焊盤和焊球之間的界面內部存在裂縫，即使是已經完美濕潤了（圖5）。 原因可能是什么？在經過大量調查之后，發現是3個問題聯合作用的結果： ● 一個被忽略的問題，在鎳和錫之間的易碎的金屬間化合物(IMC)。 |
