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PCB不同可焊表面處理及無鉛制程講解

發布時間 :2016-11-28 10:07 閱讀 : 來源 :技術文章責任編輯 :深圳宏力捷PCB制板部

一、目前PCB各種常用的可焊表面處理分別為：

保焊劑(OSP) --Organic Solderability Preservatives

噴錫(HASL)--- Hot Air Solder Levelling

浸銀(Immersion Silver Ag)

浸錫(Immersion Tin Sn)

化鎳浸金(Electroless Nickel Immersion Gold, ENIG)

2004年因噴錫板已突破設備、材料(Sn-Cu-Ni)的瓶頸,并成功量產,故噴錫已成PCB無鉛表面處理的首選(目前Sn63/Pb37多層板噴錫市場占有率為90%以上)

二、各種常用可焊表面處理焊接BGA后(約美金100cent銅幣大小的BGA圖一)，經拉力試驗所得知強度比較表

處理Finish	拉力Min ?bs	拉力 Avg ?bs	拉力Max ?bs	落差?bs
保焊劑OSP	384	395	404	20
噴錫HASL	376	396	410	34
浸銀Ag	373	389	401	28
浸錫Sn	350	382	404	54
化鎳浸金ENIG	267	375	403	136

上表摘自PC FAB上的資料

< 圖一 >

三、各種表面處理的優點及缺點比較

表面處理	優點	缺點
保焊劑O.S.P.	(a)焊錫性特佳是各種表面處理焊錫強度的指標(benchmark)； (b)對過期板子可重新Recoating一次； (c)平整度佳，適合SMT裝配作業； (d)可作無鉛制程。	(a)打開包裝袋后須在24小時內焊接完畢，以免焊錫性不良； (b)在作業時必須戴防靜電手套以防止板子被污染； (c)IR Reflow的peak temp為220℃對于無鉛錫膏peak temp要達到240℃時第二面作業時之焊錫性能否維持目前被打問號“？”，但喜的是目前耐高溫的O.S.P已經出爐，有待進一步澄清； (d)因OSP有絕緣特性，因此testing pad一定有加印錫膏作業以利測試順利。在有孔的testing pad更應在鋼板stencil用特殊的開法讓錫膏過完IR后，只在pad及孔壁邊上而不蓋孔，以減少測試誤判； (e)無法使用ICT測試，因ICT測試會破壞OSP表面保護層而造成焊盤氧化。
噴錫板HASL	(a)與OSP一樣其焊錫性也是特性，也同樣是各種表面處理焊錫強度指標(Benchmark)； (b)由于錫鉛板測試點與探針接觸良好¸測試比較順利； (c)目前制程與QC手法無須改變； (d)由于噴錫多層板在有鉛制程中占90%以上，而且技術較成熟，而無鉛噴錫目前與有鉛噴錫的差異僅是噴錫設備的改良及材料(63/37改Sn-Cu-Ni)更換，故無鉛噴錫仍是無制程的首選。	(a)平整度差find pitch，SMT裝配時容易發生錫量不致性，容易造成短路或焊錫因錫量不足造成焊接不良情形。 (b)噴錫板在PCB制程時容易造成錫球(Solder Ball)使得S.M.T裝配時發生短路現象發生。
浸銀Ag	(a)平整度佳適合S.M.T裝配作業； (b)適合無鉛制程； (c)未來無鉛制程之王座后選板。	(a)焊錫強度不如OSP或HASL； (b)基本上不得Baking，如育Baking必須在110℃， 1小時以內完成，以免影響焊錫性； (c)在空氣中怕氧化更怕氯化及硫化，因此存放及作業場所絕對不能有酸，氯或硫化物，因此作業時希望能比照O.S.P.在打開包裝后24小時焊接完畢(最長也須在3天內完成)以避免因水氣問題要Baking時又被上述條件限制而進退兩難； (d)包裝材料不得含酸及硫化物。
浸錫	(a)平整度佳適合SMT裝配作業； (b)可作無鉛制程。	(a)焊錫強度比浸銀還差； (b)本為無鉛制程明天之星，但因儲存時及過完IR Reflow后IMC (Intermetallic compound)容易長厚，而造成焊錫性不良； (c) 基本上不得Baking，如育Baking 必須在110℃， 1小時以內完成，以免影響焊錫性； (d) 希望能比照O.S.P.在打開包裝后24小時焊接完畢(最長也須在3天內完成) 以避免因水氣問題要Baking時又被上述條件限制而進退兩難。
化鎳浸金 ENIG	(a)平整度佳適合SMT裝配作業； (b)由因金導電性特性對于板周圍須要良好的接觸或對于按鍵用的產品如手機類仍是最佳的選擇； (c)可作無鉛制程。	(a)焊錫強度最差； (b)容易造成BGA處焊接后之裂痕，其原因為先天焊錫強度很差，裝配線操作空間小，也可能是PCB板本身上鎳容易氧化，操作空間同樣很小，因此PCBA及PCB間常為此問題爭議不斷。
化鎳浸金加保焊劑 ENIG + O.S.P	(a)此為改良型的化鎳浸金作法，其目的是保存在要導電接觸區或按鍵區保留化鎳浸金。但將要焊接的地方或重要焊接地方如BGA處改為O.S.P.作業。如此一來即可保留化鎳浸金的最佳導電又可保持O.S.P.的最佳焊錫強度，目前手機板大部份用此方式作業； (b)平整度佳適合作SMT裝配作業； (c) 適合無鉛制程。	(a) 其缺點與保焊劑O.S.P相同； (b) 由于是兩種表面處理PCB作業及流程繁多。制程也復雜，成本增加，價錢較貴在所難免。