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印制电路板表面终饰工艺的研究与发展趋势主讲人：叶芳尘教授主办单位：温州市电子电路行业协会协办单位：浙江鑫山科技有限公司一时代背景和意义（一）中国已成为PCB生产大国1.中国是世界PCB生产企业重要的转移地2.中国大陆约有1200生产企业3.中国PCB产量约占世界总产量25%以上至2010年全球PCB产值预估PCB产值统计图050100150200200520062010地区金额中国日本韩国中国台湾美国2010年PCB产值比重PCB产值百分比示意图39%23%13%16%9%中国日本韩国中国台湾美国2010年（二）意义在这样的背景下，产品的市场前景十分广阔，不久的将来，中国将涌现出一批国际知名的PCB品牌。对PCB行业具有较大的社会经济意义二无铅化势在必行1．铅是重金属元素，是常见的工业和环境毒物①对神经系统的损害：不可逆大脑损伤，甚至发生铅脑瘤；影响婴幼儿大脑发育，智力低下；使人的神经系统紊乱②对心血管系统的损害：贫血、高血压、动脉硬化③对泌尿系统的损害：肾病是铅中毒的一种表现形式2.实施ROHS指令的重要性及核心内容和目的2003年2月13日，欧盟议会与欧盟部长会议组织正式批准WEEE各ROHS的官方指令生效，强烈要求2006年7月1日起在欧盟市场上销售的电子产品必须为无铅的电子产品。〈ROHS主要内容〉〈ROHS指令目的〉保护环境和人类健康Pb(铅)＜1.00×10-6Cd(镉)＜1.00×10-6Hg(汞)＜1.00×10-6Cr＋６(铬)＜1.00×10-6PBB(多溴联苯)＜1.00×10-6PBDE(多溴二苯醚)＜1.00×10-63.中国的ROHS指令由国家发改委、环保局、商务部、工商管理总局、海关总署、信息产业部六部委联合签署的《电子信息产品生产污染防治管理办法》欧盟ROHS指令禁用的六种有害物质，中国同样生效。自2007年7月1号起投放市场的国家重点监管目录内电子不能含有铅。结论：无铅化已势在必行三印制电路板的无铅化（一）无铅焊料全球性研究已有成果SAC305合金（Sn/3.0Ag/0.5Cu）目前应用较多，它的低共熔点217℃，比常规SnPb合金低共熔点183℃高，热平操作温度255℃-265℃之间。锡铜Sn/0.3Cu（Sn99.7Cu0.3）熔点227℃板面涂覆层呈发暗，颗粒状，大晶粒结构质量差，操作温度260℃-270℃锡铜镍Sn/0.3Cu/0.02-0.05Ni最近日商NS公司推出具有专利的SCN无铅焊料，不论在无铅喷锡和波风焊中效果较好锡铜钴Sn/0.3Cu/0.06Co与Sn/Ag/Cu润湿效果一样好，廉价的钴将成SAC的良好替代品。操作温度265℃（二）无铅焊料的弱点1.熔点高2.焊料易氧化，外观粗糙3.润湿性差，扩展性差，焊接性能差（三）PCB无铅化表面涂覆的工艺选择1．PCB产业技术的趋势(1)PCB趋向薄型化4层PCB的厚度由原来的1.6mm发展至0.4mm(2)线路与间隙的细小化线路间隙＜0.125mm(3)焊点表面的高平整性(4)提高焊接点和层间连接的耐热可靠性2．PCB无铅化工艺选择目前适合PCB无铅化的表面处理主要有以下五种：化学镀镍/置换镀金、浸银、浸锡、OSP（有机焊接保护剂）、无铅热风整平工艺(1)化学镀镍/置换镀金优点缺点1.表面镀层平整，外观漂亮2.可焊性出色，可承受多次回流焊，接触电阻佳3.极好的铜面保护层，具有长的储存寿命4.键合性能良好1.成本高，大约为HASL的五倍2.“黑盘”问题3.化学镀镍的温度较高,施镀时间较长4.高密度线路常发生漏镀或过镀现象,无法返工5.镀金液含有剧毒的氰化物(2)浸银优点缺点1.工艺简单2.可用于引线键合3.镀层界面性能稳定4.具有良好的焊接性能5.具有高的导电率和低的接触电阻1.化学浸银镀层的锈蚀问题2.电迁移问题(3)浸锡优点缺点1.良好的可焊接性2.表面平整3.成本相对较低1.健康和安全问题2.锡迁移3.浸锡镀层对高温敏感导致热循环次数有限(4)OSP（有机焊接保护剂）优点缺点1.成本低2.共面性好3.兼容性好,焊后残余物少1.储存时间短,一般3个月2.不能保证多次反复焊接可靠性3.组装工艺需要大改革,限制ICT测试和测试的可重复性4.不适用高要求的PCB及金线和铝线的键合(5)无铅热风整平工艺优点缺点1.最好的性价比2.润湿效果最佳3.良好的可焊性4.良好的工艺兼容性5.具有优良的保存寿命6.对ICT无负面影响7.工艺成熟分布面广1.平整性差2.流动性差3.散锡性不佳结论:当电子行业走向无铅焊接的时候，无铅热风整平仍然是PCB可焊性保护的优选方法，而无铅热风整平助焊剂是无铅喷锡的关键材料。四印制电路板无铅焊料涂覆——热风整平工艺（一）无铅热风整平概述把已前处理好的印制电路板首先浸入无铅热风整平助焊剂中，去除铜盘及铜导线上的氧化铜，露出光亮的铜面，然后浸入熔融的无铅焊料中，形成了锡铜合金，再通过热风将PCB表面上及金属化孔内多余的焊料吹掉，得到一个平滑、均匀而且光亮的焊料涂覆层。（二）无铅热风整平工艺流程（三）过程示意图（四）无铅热风整平工艺参数热风整平工艺虽然简单，但是要保证优良的印制板，许多的工艺参数需要掌握。例如焊料温度、风刀气流温度、风刀热风压力、操作时间和提升速度等。另外所有的参数要根据PCB外在条件及加工要求作相应的调整变化（板厚、板长、单面、双面、多层板等）HASL设备参数参数项目垂直式水平式预热无240℃预热逗留无40秒焊料槽温度265℃-275℃270℃-285℃浸焊时间2.5秒12米/分风刀温度280℃300℃风刀压力2.8-3.5kg/cm20.9kg/cm2（五）无铅热风整平助焊剂的成份和作用1．成份：⑴水溶性载体⑵活化剂⑶抗氧剂⑷表面活化剂⑸溶剂2.作用【浸无铅助焊剂】活化剂快速除去铜表面的氧化层，露出光亮铜面CuO+2H+Cu+H2O保护已洁净的铜面不受氧化，载体粘附在PCB上，与空气中氧气隔绝，达到保护目的降低表面张力，润湿铜表面【喷锡】分垂直式、水平式两种，以垂直式为例讲述快速去除熔融无铅锡料表面的氧化层降低无铅锡料与铜表面的界面张力，使铜充满润湿焊料无铅锡料在铜表面铺展，增强了焊料与铜的结合力保护PCB少受热冲击，使板面阻焊漆少受热冲击，不损坏、不起泡保护熔融锡面少受氧化，减少炉内锡渣【后处理】继续保护喷锡面不受氧化（六）无铅热风整平助焊剂的研究无铅热风整平工艺是现在印制板制造中最普遍、最成熟的应用技术，前面讲了7大优点，只要克服缺点，它就是PCB无铅化工艺的方向1.无铅热风整平助焊剂——XHF-2我公司自主开发的无铅热风整平助焊剂——XHF-2，具有以下创新点：创新点一自主设计合成了去氧化物能力强、酸度低、腐蚀性小、温度适应性广、润湿性好的活性剂。由活性剂配成的助焊剂，具有下列优点：(1)大大提高了助焊剂的活性和助焊能力(2)降低了界面张力,增加了助焊剂的润湿性。因为活性剂和氧化铜作用，生成了具有环状结构的配合物,结构如下:ONOOMNORHHHHOHR2OOOOMOORRHH2有的也生成双环结构的螯合物：从焊接效果看，与其它同类产品相比较，具有明显的优势。（见焊盘切片对比图）OMHOONRLH22+(3)焊接温度适应性广(4)酸度低腐蚀性小创新点二研发了由耐热水溶性高分子材料组成的新型助焊剂载体，由该载体配成的助焊剂具有粘度小、润湿性好、制成的PCB绝缘电高（平均值达到5.6×1012Ω）等特点。(1)由该载体配成的热风整平助焊剂，成功解决了红孔问题。（见红孔切片对比图）(2)本产品是一种环保型助焊剂，对环境的污染少，保证了焊接工人的身体健康。(3)粘度小，薄薄的一层便能保护PCB少受热冲击而造成翘曲，扭曲等缺陷，防止阻焊漆起泡和阻焊漆部位上锡。(4)本产品在载体的作用下，常温(-10℃-40℃)条件下不受影响。创新点三开发了一种同时具有活化功能和清洁功能的螯合剂，提高了焊接质量、减少了无铅焊料的氧化，简化了生产工序。在助焊剂中，具有螯合能力的化合物，与高温锡炉表面的金属氧化物作用生成了螯合物。实践证明它是高温无铅焊料的活化剂又是优良的清洁剂。螯合物热重曲线图见下页2.XHF-2与同类产品性能指标比较与同类产品性能指标比较一览表序号项目XHF-2其他同类助焊剂结论1活化剂各类5种1-2种去氧化能力强、温度适应范围广2载体种类3种单一润湿性好、耐热性好、易清洗3PH值（5%水溶液）31—1．5腐蚀性小、咬铜速度低4粘度（mpa.s）20（20℃）110-160（20℃）单产率高、又能保护PCB少受热冲击5适应温度常温使用（-10℃-40℃）需加热使用（10℃以下）降低能源消耗、减少操作工序6PCB绝缘电阻（Ω）5．6×1012Pass提高了电器性能及使用寿命整体而言：热风整平PCB表面涂覆处理可以达到最佳的润湿效果，它不会受到焊膏的影响。美国MetallicResourcesInc公司技术人员通过对不同表面涂覆处理的电路板进行合金涂覆测试后的平均情况比较，发现无论采用什么样的无铅化合金，所有的焊膏都能够与经过热风整平涂覆的电路板很好的适应，展现了传统的热风整平技术在无铅化工艺中的广泛应用前景结束语当电子工业转向无铅化焊接的时候，热风整平技术仍然继续是维护可焊性的优选方法。它继续保持着好的性价比、最佳润湿效果、良好的可焊性、好的工艺兼容性、优良的保存寿命、对ICT检测无负面影响、工艺成熟分布面广。因此，在无铅的环境条件下，无铅热风整平仍有其广阔的前途。未来最大的PCB市场是在亚洲,特别是中国，作为中国PCB行业一线的工作者和研究者，让我们共同的激情工作，创新工作！为中国的PCB行业贡献我们的力量！谢谢大家！！！