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PCB基板材质的选择以及工艺分类

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深圳市悌末源电子科技有限公司 www.sztmypcb.com

1.镀金板(ElectrolyticNi/Au)
2.OSP(OrganicSolderabilityPreservatives)
3.化银板(ImmersionAg)
4.化金板(ElectrolessNi/AuENIG)
5.化锡板(ImmersionTin)
6.喷锡板
1.镀金板
  镀金板制程成本是所有板材中最高的,但是目前现有的所有板材中最稳定,也最适合使用于无铅制程的板材,尤其在一些高单价或者需要高可靠度的电子产品都建议使用此板材作为基材。
2.OSP
  OSP制程成本最低,操作简便,但此制程因须装配厂修改设备及制程条件且重工性较差因此普及度仍不佳,使用此一类板材,在经过高温的加热之后,预覆于PAD上的保护膜势必受到破坏,而导致焊锡性降低,尤其当基板经过二次回焊后的情况更加严重,因此若制程上还需要再经过一次DIP制程,此时DIP端将会面临焊接上的挑战。
3.化银板
   虽然本身具有很强的迁移性,因而导致漏电的情形发生,但是现今的浸镀银并非以往单纯的金属银,而是跟有机物共镀的有机银因此已经能够符合未来无铅制程上的需求,其可焊性的的寿命也比OSP板更久。
4.化金板
   此类基板最大的问题点便是黑垫”(BlackPad)的问题,因此在无铅制程上有许多的大厂是不同意使用的,但国内厂商大多使用此制程。
5.化锡板
 此类基板易污染、刮伤,加上制程(FLUX)会氧化变色情况发生,国内厂商大多都不使用此制程,成本相对较高。
6.喷锡板
 因为cost低,焊锡性好,可靠度佳,兼容性最强,但这种焊接特性良好的喷锡板因含有铅,所以无铅制程不能使用。
 另有锡银铜喷锡板由于大多数都不使用此制程,故特性资料取的困难.

山建滔化工提供的基板报价,可以作为参考使用:

CEM-1-------     -40*48-----140元(含17%增值税)

     CEM-3-------     -40*48-----200元(含17%增值税)

     FR-4 1.6mm---- ---40*48-----207元(含17%增值税)(平方米/未税价)

     FR-4 1.5mm -------40*48-----207元(含17%增值税)(平方米/未税价)

     FR-4 1.2mm -------40*48-----190元(含17%增值税)(平方米/未税价)

FR-4 1.1mm -------40*48-----180元(含17%增值税)(平方米/未税价)

     FR-4 1.0mm -------40*48-----170元(含17%增值税)(平方米/未税价)

     FR-4 0.8mm -------40*48-----165元(含17%增值税)(平方米/未税价)

     FR-4 0.6mm -------40*48-----150元(含17%增值税)(平方米/未税价)

FR-4 0.4mm -------40*48-----135元(含17%增值税)(平方米/未税价)

FR目前适用之材质有P.P,CEM-1,CEM-3,FR-4,铜泊厚度分1OZ,2OZ,兹就特性做以下之比较. 等级 结构 P.P 纸质酚醛树脂基板 CEM-1 玻璃布表面+绵纸+环氧树脂 CEM-3 玻璃布表面+不织布+环氧树脂 FR-4 玻璃布+环氧树脂 以上皆需94V0之抗燃等级 FR-4:在温度提升时具有高度之机械应力,具有优良之耐热强度,这些材料在极广之温度范围下均具有优良之尺寸安定性. 以耐龙为主之材料适用电气及高频率范围高湿气的环境下但在高温下,其材质会有所变化,须特别处理且设计时要考虑妥当. 以复合材料之积层板适用于电路板之减去法及加成法,具有高度之机械特性,且冲压性(加工性)极佳,但孔之加工方式不适用冲压加工. CEM-1:以棉纸为夹心,上下表面覆盖玻璃布加具抗燃性之环氧树脂,具有良好之冲床品质,厚度达3/32”之板子冲床温度须23(73.4)以上,厚度超过3/32”1/8”之板子不得超过65.5(150). CEM-3:以玻璃不织布为夹心,上下表面覆盖玻璃布+环氧树脂,具备之特性与FR-4相近,具有良好之冲床品质,宽度达1/16”之板子冲床温度须23(73.4)厚度1/16”~1/8” 不得超过65.5(150). P.P:纸质环氧树脂铜泊积层有介于纸质酚醛树脂基板及玻璃布环氧树脂机板中间之电气特性,耐湿性,耐热性,使用于单面及双面印刷电路板,主要的用途是用于各种电源回路用基板及要求高周波特性之彩色TV,VTR等之调谐器用,以及OA机器等机板. 纸质环氧树脂MCL的特征为使用纸质,加工容易,但又兼有环氧树脂之耐热性及良好的电气特性,而却较玻织布环氧树脂之基板为便宜. 纸质环氧树脂MCL的孔之加工方式可以冲压加工或钻孔加工,一般而言单面板或两面板之非镀通孔多使用冲压加工.而双面板必须通孔电镀者用钻头钻孔加工.在双面板通孔电镀之使用时绩虽久,但在信赖性的比较上仍较玻织布环氧树脂MCL为差.

各种规格树脂及基材之用途分析 Efk N b.(M

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规  格      树  脂      补 强 材      特 性 与 用 途 ! Ap2GeTe_

XXXP      酚醛树脂      绝缘纸      一般用,适用音响、收音机、黑白电视等家电 b'SG LqI.

XXXP-C      酚醛树脂      绝缘纸      可cold-punching,用途同XXXP `l? W 2qZ

FR-2      酚醛树脂      绝缘纸      耐燃性 "dy L m

FR-4      环氧树脂      玻纤布      计算机、仪表、通信用、耐燃性 H Lh(&#mjv

G-10      环氧树脂      玻纤布      一般用.用途同FR-4 - #Ni K ;

CEM-1      环氧树脂      玻纤布、绝缘纸      电玩、计算机、彩视用 ]b G.GbR

CEM-3      环氧树脂      玻纤布、玻纤不织布      同CEM-1用途

-4 0.4mm以下的 -40*48-----135元(含17%增值税)(平方米/未税价)

PCB电路板板材介绍:
按档次级别从底到高划分如下:
94HB/94VO/22F/CEM-1/CEM-3/FR-4
详细介绍如下:
94HB:普通纸板,不防火(最低档的材料,模冲孔,不能做电源板)
94V0:阻燃纸板 (模冲孔)
22F: 单面半玻纤板(模冲孔)
CEM-1:单面玻纤板(必须要电脑钻孔,不能模冲)
CEM-3:双面半玻纤板(除双面纸板外属于双面板最低端的材料,简单的双面板可以用这种料,比FR-4会便宜5~10元/平米)
FR-4: 双面玻纤板
最佳答案
一.c阻燃特性的等级划分可以分为94V—0 /V-1 /V-2 ,94-HB 四种
二.半固化片:1080=0.0712mm,2116=0.1143mm,7628=0.1778mm
三.FR4 CEM-3都是表示板材的,fr4是玻璃纤维板,cem3是复合基板
四.无卤素指的是不含有卤素(氟 溴 碘 等元素)的基材,因为溴在燃烧时会产生有毒的气体,环保要求。
六.Tg是玻璃转化温度,即熔点。
电路板必须耐燃,在一定温度下不能燃烧,只能软化。这时的温度点就叫做玻璃态转化温度(Tg点),这个值关系到PCB板的尺寸安定性。
什么是高Tg PCB线路板及使用高Tg PCB的优点
________________________________________
高Tg印制板当温度升高到某一区域时,基板将由"玻璃态”转变为“橡胶态”,此时的温度称为该板的玻璃化温度(Tg)。也就是说,Tg是基材保持刚性的最高温度(℃)。也就是说普通PCB基板材料在高温下,不但产生软化、变形、熔融等现象,同时还表现在机械、电气特性的急剧下降(我想大家不想看见自己的产品出现这种情况)。

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一般Tg的板材为130度以上,高Tg一般大于170度,中等Tg约大于150度。
通常Tg≥170℃的PCB印制板,称作高Tg印制板。
基板的Tg提高了,印制板的耐热性、耐潮湿性、耐化学性、耐稳定性等特征都会提高和改善。TG值越高,板材的耐温度性能越好 ,尤其在无铅制程中,高Tg应用比较多。
高Tg指的是高耐热性。随着电子工业的飞跃发展,特别是以计算机为代表的电子产品,向着高功能化、高多层化发展,需要PCB基板材料的更高的耐热性作为重要的保证。以SMT、CMT为代表的高密度安装技术的出现和发展,使PCB在小孔径、精细线路化、薄型化方面,越来越离不开基板高耐热性的支持。
所以一般的FR-4与高Tg的FR-4的区别:是在热态下,特别是在吸湿后受热下,其材料的机械强度、尺寸稳定性、粘接性、吸水性、热分解性、热膨胀性等各种情况存在差异,高Tg产品明显要好于普通的PCB基板材料。
  近年来,要求制作高Tg印制板的客户逐年增多。
PCB板材知识及标准 (2007/05/06 17:15)
目前我国大量使用的敷铜板有以下几种类型,其特性见下表:敷铜板种类,敷铜板知识
覆铜箔板的分类方法有多种。一般按板的增强材料不同,可划分为:纸基、玻璃纤维布基、
复合基(CEM系列)、积层多层板基和特殊材料基(陶瓷、金属芯基等)五大类。若按板所采用

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的树脂胶黏剂不同进行分类,常见的纸基CCI。有:酚醛树脂(XPc、XxxPC、FR-1、FR
一2等)、环氧树脂(FE一3)、聚酯树脂等各种类型。常见的玻璃纤维布基CCL有环氧树脂(FR一4、FR-5),它是目前最广泛使用的玻璃纤维布基类型。另外还有其他特殊性树脂(以玻璃纤维布、聚基酰胺纤维、无纺布等为增加材料):双马来酰亚胺改性三嗪树脂(BT)、聚酰亚胺树脂(PI)、二亚苯基醚树脂(PPO)、马来酸酐亚胺——苯乙烯树脂(MS)、聚氰酸酯树脂、聚烯烃树脂等。按CCL的阻燃性能分类,可分为阻燃型(UL94一VO、UL94一 V1级)和非阻燃型(UL94一HB级)两类板。近一二年,随着对环保问题更加重视,在阻燃型CCL中又分出一种新型不含溴类物的CCL品种,可称为“绿色型阻燃cCL”。随着电子产品技术的高速发展,对cCL有更高的性能要求。因此,从CCL的性能分类,又分为一般性能CCL、低介电常数CCL、高耐热性的CCL(一般板的L在150℃以上)、低热膨胀系数的CCL(一般用于封装基板上)等类型。随着电子技术的发展和不断进步,对印制板基板材料不断提出新要求,从而,促进覆铜箔板标准的不断发展。目前,基板材料的主要标准如下。
①国家标准目前,我国有关基板材料的国家标准有GB/T4721—47221992及GB4723—4725—1992,中国台湾地区的覆铜箔板标准为CNS标准,是以日本JIs标准为蓝本制定的,于1983年发布。

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②其他国家标准主要标准有:日本的JIS标准,美国的ASTM、NEMA、MIL、IPc、ANSI、UL标准,英国的Bs标准,德国的DIN、VDE标准,法国的NFC、UTE标准,加拿大的CSA标准,澳大利亚的AS标准,前苏联的FOCT标准,国际的IEC标准等
原PCB设计材料的供应商,大家常见与常用到的就有:生益\建涛\国际等等
● 接受文件 : protel autocad powerpcb orcad gerber或实板抄板等
● 板材种类 : CEM-1,CEM-3 FR4,高TG料;
● 最大板面尺寸 : 600mm*700mm(24000mil*27500mil)
● 加工板厚度 : 0.4mm-4.0mm(15.75mil-157.5mil)
● 最高加工层数 : 16Layers
● 铜箔层厚度 : 0.5-4.0(oz)

成品板厚公差 : +/-0.1mm(4mil)
成型尺寸公差 : 电脑铣:0.15mm(6mil) 模具冲板:0.10mm(4mil)
最小线宽/间距: 0.1mm(4mil) 线宽控制能力 : <+-20
成品最小钻孔孔径 : 0.25mm(10mil)
成品最小冲孔孔径 : 0.9mm(35mil)
成品孔径公差 : PTH +-0.075mm(3mil)
NPTH+-0.05mm(2mil)
成品孔壁铜厚 : 18-25um0.71-0.99mil
最小SMT贴片间距 : 0.15mm(6mil)
表面涂覆 : 化学沉金、喷锡、整板镀镍金(水/软金)、丝印兰胶等
板上阻焊膜厚度 : 10-30μm(0.4-1.2mil)
抗剥强度 : 1.5N/mm59N/mil
阻焊膜硬度 : >5H
阻焊塞孔能力 : 0.3-0.8mm(12mil-30mil)
介质常数 : ε= 2.1-10.0
绝缘电阻 : 10KΩ-20MΩ
特性阻抗 : 60 ohm±10
热冲击 : 28810 sec
成品板翘曲度 : 〈 0.7
产品应用:通信器材、汽车电子、仪器仪表、全球定位系统、计算机、MP4、 电源、家电等

电路设计常用软件简介

作者:admin 发布时间:2010-06-02

随着计算机在国内的逐渐普及,EDA(Electronic Design Automatic,电路设计自动化)软件在电路行业的应用也越来越广泛,但和发达国家相比,我国的电路设计水平仍然存在着相当大的差距。中国已走到了 WTO的门口,随着WTO的加入,电路行业将会受到较大的冲击,许多从事电路设计工作的人员对EDA软件并不熟悉。笔者此文的目的就是让这些同业者对此有些了解,并以此提高他们利用电脑进行电路设计的水平。以下是一些国内最为常用的EDA软件。
  PROTEL是PORTEL公司在20世纪80年代末推出的电路行业的CAD软件,它当之无愧地排在众多EDA软件的前面,是电路设计者的首选软件。它较早在国内使用,普及率也最高,有些高校的电路专业还专门开设了课程来学习它。几乎所有的电路公司都要用到它。早期的PROTEL主要作为印刷板自动布线工具使用,运行在DOS环境,对硬件的要求很低,在无硬盘286机的1M内存下就能运行。它的功能较少,只有电原理图绘制与印刷板设计功能,印刷板自动布线的布通率也低。现在的PROTEL已发展到PROTEL99(网络上可到它的版),是个庞大的EDA软件,完全安装有200多MB,它工作在 95环境下,是个完整的全方位电路设计系统,它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计(包含印刷电路板自动布线)、可编程逻辑器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能,并具有Client/Server (客户/)体系结构,同时还兼容一些其它设计软件的文件格式,如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。使用多层印制线路板的自动布线,可实现高密度 PCB的100%布通率。 www.pcbdown.cn
  ORCAD是由ORCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件。它是世界上使用最广的EDA软件,每天都有上百万的电路工程师在使用它,相对于其它EDA软件而言,它的功能也是最强大的,由于ORCAD软件使用了软件狗防盗版,因此在国内它并不普及,知名度也比不上PROTEL,只有少数的电路设计者使用它。早在工作于DOS环境的ORCAD 4.0,它就集成了电原理图绘制、印制电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能,而且它的界面友好且直观。它的元器件库也是所有EDA软件中最丰富的,在世界上它一直是EAD软件中的首选。ORCAD公司在去年7月与CADENCE公司合并后,更成为世界上最强大的开发EDA软件的公司,它的产品ORCAD世纪集成版工作于 95与Windows NT环境下,集成了电原理图绘制,印刷电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能。它的电路仿真的元器件库更达到了8500个,收入了几乎所有的通用型电路元器件模块。它的强大功能导致了它的售价不菲,在北美地区它的世纪加强版就卖到了7995美元。
  PSPICE是较早出现的EDA软件之一,1985年就由MICROSIM公司推出。在电路仿真方面,它的功能可以说是最为强大,在国内被普遍使用。现在使用较多的是PSPICE 6.2,工作于Windows环境,占用硬盘空间20多M,整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成,使用时是一个整体,但各个部分各有各的窗口。PSPICE发展至今,已被并入ORCAD,成为ORCAD-PSPICE,但PSPICE仍然单独销售和使用,新推出的版本为PSPICE 9.1,工作于Windows 9x/NT平台上,要求是奔腾以上CPU、32M内存、50M以上剩余硬盘空间、800×600以上显示分辨率,是功能强大的模拟电路和数字电路混合仿真 EDA软件。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一个窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真,包括IGBT、脉宽调制电路、模/数转换、数/模转换等,都可以得到精确的仿真结果。对于库中没有的元器件模块,还可以自已编辑。它在INTERNET上的网址与ORCAD公司一样。 www.pcbdown.cn
  EWB
  EWB(ELECTRONICS WORKBENCH EDA)软件是交互图像技术有限公司(INTERACTIVE IMAGE TECHNOLOGIES Ltd)在20世纪90年代初推出的EDA软件,但在国内开始使用却是近几年的事。现在普遍使用的是在Windows 95环境下工作的EWB 5.0,相对其它EDA软件而言,它是个较小巧的软件,只有16M,功能也比较单一,就是进行模拟电路和数字电路的混合仿真,但你绝对不可小瞧它,它的仿真功能十分强大,几乎100%地仿真出真实电路的结果,而且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具,它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片,器件库中没有的元器件,还可以由外部模块导入。在众多的电路仿真软件中,EWB是最容易上手的,它的工作界面非常直观,原理图和各种工具都在同一个窗口内,未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件。对于电路设计工作者来说,它是个极好的EDA工具,许多电路你无须动用烙铁就可得知它的结果,而且若想更换元器件或改变元器件参数,只须点点鼠标即可,它也可以作为电学知识的辅助教学软件使用,利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。EWB的兼容性也较好,其文件格式可以导出成能被ORCAD或PROTEL读取的格式,该软件只有英文版,在中文版的 Windows 98下它的一些图标会偏移两个位置(在Windows 95下正常),但不影响它的使用,它是笔者最喜欢的EDA软件之一(该软件在1999年第34期第15版有详细的介绍)。

VISIO
  很多人会认为VISIO不是一个EDA软件,但笔者多年来所有的单片机程序流程图和电路流程图以及工艺流程图就是用它制作的,因此认为它也算是半个 EDA软件。它是VISIO公司在1991年推出的用于制作图表的软件。在早期它主要用作商业图表制作,后来随着版本的不断提高,新增了许多功能。 VISIO 4.0已是个多功能的流程图制作软件,进入国内后很受软件工作者的欢迎,现在国内普遍使用的是工作于Windows 95环境下的VISIO 5.0,完全安装容量将近100MB。它的界面很友好,操作也很简单,但却具有强大的功能,可以绘出各种各样的流程图,它不仅仅局限在商业、软件业和电路设计领域,也是所有软件设计者必不可少的工具,可以用它制作的流程图包括电路流程图、工艺流程图、程序流程图、组织结构图、商业行销图、办公室布局图、方位图……在微软公司的OFFICE 97中就集成了VISIO 4.0的组成部分。VISIO公司新近推出了VISIO 2000,它分为标准版,技术版,专业版和企业版。VISIO 2000被宣称为是世界上最快捷、最容易使用的流程图软件,并比以前的版本增加了更多的功能。VISIO只有英文版,但由于它的直观界面,即使英文不好的人也可以较快学会使用它.
  WINBOARD、WINDRAFT 和IVEX-SPICE

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  WINDRAFT和WINBOARD是IVEX公司于1994年推出的电原理图绘制与印制电路板设计软件。由于它推出的时间较晚,因此一开始就是工作在Windows平台上,它的文件很小,WINDRAFT和WINBOARD 的安装盘都是两张软盘,其中WINDRAFT是用于电原理图绘制,WINBOARD用于印制电路板设计,其界面都直观友好,可以很快就学会操作。但它们的功能并不大,WINBOARD设计印制电路板时也只能手工布线,但由于它们的易学易用,仍有部分电路设计工作者使用它。IVEX公司在其后也不断地升级它的软件,在1999年11月30日将WINDRAFT升级到了WINDRAFT 3.03版,并推出了IVEX-SPICE β测试版。WINDRAFT 3.03仍是个小巧的软件,不到5M,IVEX-SPICE则有22M,是个电路仿真软件,工作在Windows 9x/NT平台上,要求在P-166的8M内存下,软件环境则要求在WINDRAFT 3.03版本以上,而对于WINBOARD软件IVEX公司似乎放弃了努力,笔者见到的最后版本是WINBOARD 2.03版

电镀镍工艺及故障原因与排除

作者:admin 发布时间:2008-05-15

1、作用与特性      

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  PCB(是英文Printed Circuie Board印制线路板的简称)上用镀镍来作为贵金属和贱金属的衬底镀层,对某些单面印制板,也常用作面层。对于重负荷磨损的一些表面,如开关触点、触片或插头金,用镍来作为金的衬底镀层,可大大提高耐磨性。当用来作为阻挡层时,镍能有效地防止铜和其它金属之间的扩散。哑镍/金组合镀层常常用来作为抗蚀刻的金属镀层,而且能适应热压焊与钎焊的要求,唯读只有镍能够作为含氨类蚀刻剂的抗蚀镀层,而不需热压焊又要求镀层光亮的PCB,通常采用光镍/金镀层。镍镀层厚度一般不低于2.5微米,通常采用4-5微米。 %%^&*(()~@#%^&

  PCB低应力镍的淀积层,通常是用改性型的瓦特镍镀液和具有降低应力作用的添加剂的一些氨基磺酸镍镀液来镀制。
  我们常说的PCB镀镍有光镍和哑镍(也称低应力镍或半光亮镍),通常要求镀层均匀细致,孔隙率低,应力低,延展性好的特点。

  2、氨基磺酸镍(氨镍)

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  氨基磺酸镍广泛用来作为金属化孔电镀和印制插头接触片上的衬底镀层。所获得的淀积层的内应力低、硬度高,且具有极为优越的延展性。将一种去应力剂加入镀液中,所得到的镀层将稍有一点应力。有多种不同配方的氨基磺酸盐镀液,典型的氨基磺酸镍镀液配方如下表。由于镀层的应力低,所以获得广泛的应用,但氨基磺酸镍稳定性差,其成本相对高。

  3、改性的瓦特镍(硫镍)

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   改性瓦特镍配方,采用硫酸镍,连同加入溴化镍或氯化镍。由于内应力的原因,所以大都选用溴化镍。它可以生产出一个半光亮的、稍有一点内应力、延展性好的镀层;并且这种镀层为随后的电镀很容易活化,成本相对底。

  4、镀液各组分的作用: 请不要复制本站内容

  主盐──氨基磺酸镍与硫酸镍为镍液中的主盐,镍盐主要是提供镀镍所需的镍金属离子并兼起着导电盐的作用。镀镍液的浓度随供应厂商不同而稍有不同,镍盐允许含量的变化较大。镍盐含量高,可以使用较高的阴极电流密度,沉积速度快,常用作高速镀厚镍。但是浓度过高将降低阴极极化,分散能力差,而且镀液的带出损失大。镍盐含量低沉积速度低,但是分散能力很好,能获得结晶细致光亮镀层。

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    缓冲剂──硼酸用来作为缓冲剂,使镀镍液的PH值维持在一定的范围内。实践证明,当镀镍液的PH值过低,将使阴极电流效率下降;而PH值过高时,由于H2的不断析出,使紧靠阴极表面附近液层的PH值迅速升高,导致Ni(OH)2胶体的生成,而Ni(OH)2在镀层中的夹杂,使镀层脆性增加,同时 Ni(OH)2胶体在电极表面的吸附,还会造成氢气泡在电极表面的滞留,使镀层孔隙率增加。硼酸不仅有PH缓冲作用,而且他可提高阴极极化,从而改善镀液性能,减少在高电流密度下的“烧焦“现象。硼酸的存在还有利于改善镀层的机械性能。 gfgfgfggdgeeeejhjj

     阳极活化剂──除硫酸盐型镀镍液使用不溶性阳极外,其它类型的镀镍工艺均采用可溶性阳极。而镍阳极在通电过程中极易钝化,为了保证阳极的正常溶解,在镀液中加入一定量的阳极活化剂。 _)(^$RFSW#$%T

  通过试验发现,CI—氯离子是最好的镍阳极活化剂。在含有氯化镍的镀镍液中,氯化镍除了作为主盐和导电盐外,还起到了阳极活化剂的作用。在不含氯化镍或其含量较低的电镀镍液中,需根据实际性况添加一定量的氯化钠。溴化镍或氯化镍还常用来作去应力剂用来保持镀层的内应力,并赋与镀层具有半光亮的外观。

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  添加剂——添加剂的主要成份是应力消除剂,应力消除剂的加入,改善了镀液的阴极极化,降低了镀层的内应力,随着应力消除剂浓度的变化,可以使镀层内应力由张应力改变为压应力。常用的添加剂有:萘磺酸、对甲苯磺酰胺、糖精等。与没有去应力剂的镍镀层相比,镀液中加入去应力剂将会获得均匀细致并具有半光亮的镀层。通常去应力剂是按安培一小时来添加的(现通用组合专用添加剂包括防针孔剂等)。

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  润湿剂——在电镀过程中,阴极上析出氢气是不可避免的,氢气的析出不仅降低了阴极电流效率,而且由于氢气泡在电极表面上的滞留,还将使镀层出现针孔。镀镍层的孔隙率是比较高的,为了减少或防止针孔的产生,应当向镀液中加入少量的润湿剂,如十二烷基硫酸钠、二乙基已基硫酸钠、正辛基硫酸钠等,它是一种阴离子型的表面活性物质,能吸附在阴极表面上,使电极与溶液间的界面张力降低,氢气泡在电极上的润湿接触角减小,从而使气泡容易离开电极表面,防止或减轻了镀层针孔的产生。 %%^&*(()~@#%^&

  5、镀液的维护 _)(^$RFSW#$%T

  a)温度——不同的镍工艺,所采用的镀液温度也不同。温度的变化对镀镍过程的影响比较复杂。在温度较高的镀镍液中,获得的镍镀层内应力低,延展性好,温度加致50度C时镀层的内应力达到稳定。一般操作温度维持在55--60度C。如果温度过高,将会发生镍盐水解,生成的氢氧化镍胶体使胶体氢气泡滞留,造成镀层出现针孔,同时还会降低阴极极化。所以工作温度是很严格的,应该控制在规定的范围之内,在实际工作中是根据供应商提供的最优温控值 ,采用常温控制器保持其工作温度的稳定性。

b)PH值——实践结果表明,镀镍电解液的PH值对镀层性能及电解液性能影响极大。在PH≤2 的强酸性电镀液中,没有金属镍的沉积,只是析出轻气 。一般PCB镀镍电解液的PH值维持在3—4之间。PH值较高的镀镍液具有较高的分散力和较高的阴极电流效率。但是PH过高时,由于电镀过程中阴极不断地析出轻气,使阴极表面附近镀层的PH值升高较快,当大于6时,将会有轻氧化镍胶体生成,造成氢气泡滞留,使镀层出现针孔。氢氧化镍在镀层中的夹杂,还会使镀层脆性增加。PH较低的镀镍液,阳极溶解较好,可以提高电解液中镍盐的含量,允许使用较高的电流密度,从而强化生产。但是PH 过低,将使获得光亮镀层的温度范围变窄。 加入碳酸镍或碱式碳酸镍,PH值增加;加入氨基磺酸或硫酸,PH值降低,在工作过程中每四小时检查调整一次PH值。

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   c)阳极——目前所能见到的PCB常规镀镍均采用可溶性阳极,用钛篮作为阳极内装镍角已相当普遍。其优点是其阳极面积可做得足够大且不变化,阳极保养比较简单  。钛篮应装入聚丙烯材料织成的阳极袋内防止阳极泥掉入镀液中。并应定期清洗和检查孔眼是否畅通。新的阳极袋在使用前,应在沸腾的水中浸泡。

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   d)净化——当镀液存在有机物污染时,就应该用活性炭处理。但这种方法通常会去除一部分去应力剂(添加剂),必须加以补充。

  其处理工艺如下:

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  (1)取出阳极,加除杂水5ml/l,加热(60—80度C)打气(气搅拌)2小时。
  (2)有机杂质多时,先加入3—5ml/lr的30%双氧水处理,气搅拌3小时。
  (3)将3—5g/l粉末状活性在不断搅拌下加入,继续气搅拌2小时,关搅拌静置4小时,加助滤粉使用备用槽来过滤同时清缸。
  (4)清洗保养阳极挂回,用镀了镍的瓦楞形铁板作阴极,在0.5—0.1安/平方分米的电流密度下进行拖缸8—12小时(当镀液存在无机物污染影响质量时,也常采用)
  (5)换过滤芯(一般用一组棉芯一组碳芯串联连续过滤,按周期性便换可有效延期大处理时间,提高镀液的稳定性),分析调整各参数、加入添加剂润湿剂即可试镀。 koooooo

  e)分析——镀液应该用工艺控制所规定的工艺规程的要点,定期分析镀液组分与赫尔槽试验,根据所得参数指导生产部门调节镀液各参数。
  f)搅拌——镀镍过程与其它电镀过程一样,搅拌的目的是为了加速传质过程,以降低浓度变化,提高允许使用的电流密度上限。对镀液进行搅拌还有一个十分重要的作用,就是减少或防止镀镍层产生针孔。因为,电镀过程中,阴极表面附近的镀离子贫乏,氢气的大量析出,使PH值上升而产生氢氧化镍胶体,造成氢气泡的滞留而产生针孔。加强对留镀液的搅拌,就可以消除上述现象。常用压缩空气、阴极移动及强制循环(结合碳芯与棉芯过滤)搅拌。
  g)阴极电流密度——阴极电流密度对阴极电流效率、沉积速度及镀层质量均有影响。测试结果表明,当采用PH较底的电解液镀镍时,在低电流密度区,阴极电流效率随电流密度的增加而增加;在高电流密度区,阴极电流效率与电流密度无关,而当采用较高的PH电镀液镍时,阴极电流效率与电流密度的关系不大。
       
  6、故障原因与排除 _)(^$RFSW#$%T

       a) 麻坑:麻坑是有机物污染的结果。大的麻坑通常说明有油污染。搅拌不良,就不能驱逐掉气泡,这就会形成麻坑。可以使用润湿剂来减小它的影响,我们通常把小的麻点叫针孔,前处理不良、有金属什质、硼酸含量太少、镀液温度太低都会产生针孔,镀液维护及工艺控制是关键,防针孔剂应用作工艺稳定剂来补加。
        b) 粗糙、毛刺 :粗糙就说明溶液脏,充分过滤就可纠正(PH太高易形成氢氧化物沉淀应加以控制)。电流密度太高 、阳极泥及补加水不纯带入杂质,严重时都将产生粗糙及毛刺。
        c) 结合力低:
  e) 镀层发暗和色泽不均匀 :     f) 镀层烧伤 :引起镀层烧伤的可能原因:硼酸不足,金属盐的浓度低、工作温度太低、电流密度太高、PH太高或搅拌不充分。
  g) 淀积速率低: PH值低或电流密度低都会造成淀积速率低。
  h) 镀层起泡或起皮:镀前处理不良、中间断电时间过长、有机杂质污染 、电流密度过大、温度太低、PH太高或太低、杂质的影响严重时会产生起泡或起皮现象。

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  I)阳极钝化:阳极活化剂不足,阳极面积太小电流密度太高。

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软板基础知识


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  随着软性PCB产量比的不断增加及刚挠性PCB的应用与推广,现在比较常见在说PCB时加上软性、刚性或刚挠性再说它是几层的PCB。通常,用软性绝缘基材制成的PCB称为软性PCB或挠性PCB,刚挠复合型的PCB称刚挠性PCB。它适应了当今电子产品向高密度及高可靠性、小型化、轻量化方向发展的需要,还满足了严格的经济要求及市场与技术竞争的需要。

  在国外,软性PCB在六十年代初已广泛使用。我国,则在六十年代中才开始生产应用。近年来,随着全球经济一体化与开放市尝引进技术的促进其使用量不断地在增长,有些中小型刚性PCB厂瞄准这一机会采用软性硬做工艺,利用现有设备对工装工具及工艺进行改良,转型生产软性PCB与适应软性PCB用量不断增长的需要。为进一步认识PCB,这里对软性PCB工艺作一探讨性介绍。

一、软性PCB分类及其优缺点

1.软性PCB分类

软性PCB通常根据导体的层数和结构进行如下分类:

1.1单面软性PCB

  单面软性PCB,只有一层导体,表面可以有覆盖层或没有覆盖层。所用的绝缘基底材料,随产品的应用的不同而不同。一般常用的绝缘材料有聚酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、软性环氧-玻璃布等。

单面软性PCB又可进一步分为如下四类:

1)无覆盖层单面连接的
  这类软性PCB的导线图形在绝缘基材上,导线表面无覆盖层。像通常的单面刚性PCB一样。这类产品是最廉价的一种,通常用在非要害且有环境保护的应用场合。其互连是用锡焊、熔焊或压焊来实现。它常用在早期的电话机中。

2)有覆盖层单面连接的
  这类和前类相比,只是根据客户要求在导线表面多了一层覆盖层。覆盖时需把焊盘露出来,简单的可在端部区域不覆盖。要求精密的则可采用余隙孔形式。它是单面软性PCB中应用最多、最广泛的一种,在汽车仪表、电子仪器中广泛使用。

3)无覆盖层双面连接的
  这类的连接盘接口在导线的正面和背面均可连接。为了做到这一点,在焊盘处的绝缘基材上开一个通路孔,这个通路孔可在绝缘基材的所需位置上先冲制、蚀刻或其它机械方法制成。它用于两面安装元、器件和需要锡焊的场合,通路处焊盘区无绝缘基材,此类焊盘区通常用化学方法去除。

4)有覆盖层双面连接的
  这类与前类不同处是表面有一层覆盖层。但覆盖层有通路孔,也允许其两面都能端接,且仍保持覆盖层。这类软性PCB是由两层绝缘材料和一层金属导体制成。被用在需要覆盖层与周围装置相互绝缘,并自身又要相互绝缘,末端又需要正、反面都连接的场合。

1.2双面软性PCB

  双面软性PCB,有两层导体。这类双面软性PCB的应用和优点与单面软性PCB相同,其主要优点是增加了单位面积的布线密度。它可按有、无金属化孔和有、无覆盖层分为:a无金属化孔、无覆盖层的;b无金属化孔、有覆盖层的;c有金属化孔、无覆盖层的;d有金属化孔、有覆盖层的。无覆盖层的双面软性PCB较少应用。

1.3多层软性PCB

  软性多层PCB如刚性多层PCB那样,采用多层层压技术,可制成多层软性PCB。最简单的多层软性PCB是在单面PCB两面覆有两层铜屏蔽层而形成的三层软性PCB。这种三层软性PCB在电特性上相当于同轴导线或屏蔽导线。最常用的多层软性PCB结构是四层结构,用金属化孔实现层间互连,中间二层一般是电源层和接地层。

  多层软性PCB的优点是基材薄膜重量轻并有优良的电气特性,如低的介电常数。用聚酰亚胺薄膜为基材制成的多层软性PCB板,比刚性环氧玻璃布多层PCB板的重量约轻1/3,但它失去了单面、双面软性PCB优良的可挠性,大多数此类产品是不要求可挠性的。
多层软性PCB可进一步分成如下类型:

1)挠性绝缘基材上构成多层PCB,其成品规定为可以挠曲:这种结构通常是把许多单面或双面微带可挠性PCB的两面端粘结在一起,但其中心部分并末粘结在一起,从而具有高度可挠性。为了具有所希望的电气特性,如特性阻抗性能和它所互连的刚性PCB相匹配,多层软性PCB部件的每个线路层,必须在接地面上设计信号线。为了具有高度的可挠性,导线层上可用一层薄的、适合的涂层,如聚酰亚胺,代替一层较厚的层压覆盖层。金属化孔使可挠性线路层之间的z面实现所需的互连。这种多层软性PCB最适合用于要求可挠性、高可靠性和高密度的设计中。

2)在软性绝缘基材上构成多层PCB,其成品末规定可以挠曲:这类多层软性PCB是用软性绝缘材料,如聚酰亚胺薄膜,层压制成多层板。在层压后失去了固有的可挠性。当设计要求最大限度地利用薄膜的绝缘特性,如低的介电常数、厚度均匀介质、较轻的重量和能连续加工等特性时,就采用这类软性PCB。例如,用聚酰亚胺薄膜绝缘材料制造的多层PCB比环氧玻璃布刚性PCB的重量大约轻三分之一。

3)在软性绝缘基材上构成多层PCB,其成品必须可以成形,而不是可连续挠曲的:这类多层软性PCB是由软性绝缘材料制成的。虽然它用软性材料制造,但因受电气设计的限制,如为了所需的导体电阻,要求用厚的导体,或为了所需的阻抗或电容,要求在信号层和接地层之间有厚的绝缘隔离,因此,在成品应用时它已成形。术语可成型的定义为:多层软性PCB部件具有做成所要求的形状的能力,并在应用中不能再挠曲。在航空电子设备单元内部布线中应用。这时,要求带状线或三维空间设计的导体电阻低、电容耦合或电路噪声极小以及在互连端部能平滑地弯曲成90°。用聚酰亚胺薄膜材料制成的多层软性PCB实现了这种布线任务。因为聚酰亚胺薄膜耐高温、有可挠性、而且总的电气和机械特性良好。为了实现这个部件截面的所有互连,其中走线部分进一步可分成多个多层挠性线路部件,并用胶粘带合在一起,形成一条印制电路束。

1.4刚性-软性多层PCB

  该类型通常是在一块或二块刚性PCB上,包含有构成整体所必不可少的软性PCB。软性PCB层被层压在刚性多层PCB内,这是为了具有特殊电气要求或为了要延伸到刚性电路外面,以朝代Z平面电路装连能力。这类产品在那些把压缩重量和体积作为关键,且要保证高可靠性、高密度组装和优良电气特性的电子设备中得到了广泛的应用。

  刚性-软性多层PCB也可把许多单面或双面软性PCB的末端粘合压制在一起成为刚性部分,而中间不粘合成为软性部分,刚性部分的Z面用金属化孔互连。可把可挠性线路层压到刚性多层板内。这类PCB越来越多地用在那些要求超高封装密度、优良电气特性、高可靠性和严格限制体积的场合。

  已经有一系列的混合多层软性PCB部件设计用于军用航空电子设备中,在这些应用场合,重量和体积是至关重要的。为了符合规定的重量和体积限度,内部封装密度必须极高。除了电路密度高以外,为了使串扰和噪声最小,所有信号传输线必须屏蔽。若要使用屏蔽的分离导线,则实际上不可能经济地封装到系统中。这样,就使用了混合的多层

  软性PCB来实现其互连。这种部件将屏蔽的信号线包含在扁平带状线软性PCB中,而后者又是刚性PCB的一个必要组成部分。在比较高水平的操作场合,制造完成后,PCB形成一个90°S形弯曲,从而提供了z平面互连的途径,并且在xyz平面振动应力作用下,可在锡焊点上消除应力-应变。

二、优点

2.1可挠性

  应用软性PCB的一个显著优点是它能更方便地在三维空间走线和装连,也可卷曲或折叠起来使用。只要在容许的曲率半径范围内卷曲,可经受几千至几万次使用而不至损坏。

2.2减小体积

  在组件装连中,同使用导线缆比,软性PCB的导体截面薄而扁平,减少了导线尺寸,并可沿着机壳成形,使设备的结构更加紧凑、合理,减小了装连体积。与刚性PCB比,空间可节省60~90%

2.3减轻重量

  在同样体积内,软性PCB与导线电缆比,在相同载流量下,其重量可减轻约70%,与刚性PCB比,重量减轻约90%

2.4装连的一致性

  用软性PCB装连,消除了用导线电缆接线时的差错。只要加工图纸经过校对通过后,所有以后生产出来的绕性电路都是相同。装连接线时不会发生错接。

2.5增加了可靠性

  当采用软性PCB装连时,由于可在XYZ三个平面上布线,减少了转接互连,使整系统的可靠性增加,且对故障的检查,提供了方便。

2.6电气参数设计可控性

  根据使用要求,设计师在进行软性PCB设计时,可控制电容、电感、特性阻抗、延迟和衰减等。能设计成具有传输线的特性。因为这些参数与导线宽度、厚度、间距、绝缘层厚度、介电常数、损耗角正切等有关,这在采用导线电缆时是难于办到的。

2.7末端可整体锡焊

  软性PCB象刚性PCB一样,具有终端焊盘,可消除导线的剥头和搪锡,从而节约了成本。终端焊盘与元、器件、插头连接,可用浸焊或波峰焊来代替每根导线的手工锡焊。

2.8材料使用可选择

  软性PCB可根据不同的使用要求,选用不同的基底材料来制造。例如,在要求成本低的装连应用中,可使用聚酯薄膜。在要求高的应用中,需要具有优良的性能,可使用聚酰亚薄膜。

2.9低成本

用软性PCB装连,能使总的成本有所降低。这是因为:

1)由于软性PCB的导线各种参数的一致性;实行整体端接,消除了电缆导线装连时经常发生的错误和返工,且软性PCB的更换比较方便。
2)软性PCB的应用使结构设计简化,它可直接粘附到构件上,减少线夹和其固定件。
3)对于需要有屏蔽的导线,用软性PCB价格较低。

2.10加工的连续性

  由于软性覆箔板可连续成卷状供应,因此可实现软性PCB的连续生产。这也有利于降低成本。

三、缺点

3.1一次性初始成本高

  由于软性PCB是为特殊应用而设计、制造的,所以开始的电路设计、布线和照相底版所需的费用较高。除非有特殊需要应用软性PCB外,通常少量应用时,最好不采用。

3.2软性PCB的更改和修补比较困难

  软性PCB一旦制成后,要更改必须从底图或编制的光绘程序开始,因此不易更改。其表面覆盖一层保护膜,修补前要去除,修补后又要复原,这是比较困难的工作。

3.3尺寸受限制

  软性PCB在尚不普的情况下,通常用间歇法工艺制造,因此受到生产设备尺寸的限制,不能做得很长,很宽。

3.4操作不当易损坏

装连人员操作不当易引起软性电路的损坏,其锡焊和返工需要经过训练的人员操作。  

PCB表面处理工艺特点及用途


PCB表面处理工艺特点及用途

. 引言

随着人类对于居住环境要求的不断提高,目前PCB生产过程中涉及到的环境问题显得尤为突出。目前有关铅和溴的话题是最热门的;无铅化和无卤化将在很多方面影响着PCB的发展。虽然目前来看,PCB的表面处理工艺方面的变化并不是很大,好像还是比较遥远的事情,但是应该注意到:长期的缓慢变化将会导致巨大的变化。在环保呼声愈来愈高的情况下,PCB的表面处理工艺未来肯定会发生巨变。

. 表面处理的目的

表面处理最基本的目的是保证良好的可焊性或电性能。由于自然界的铜在空气中倾向于以氧化物的形式存在,不大可能长期保持为原铜,因此需要对铜进行其他处理。虽然在后续的组装中,可以采用强助焊剂除去大多数铜的氧化物,但强助焊剂本身不易去除,因此业界一般不采用强助焊剂。

. 常见的五种表面处理工艺

现在有许多PCB表面处理工艺,常见的是热风整平、有机涂覆、化学镀镍/浸金、浸银和浸锡这五种工艺,下面将逐一介绍。

1. 热风整平

热风整平又名热风焊料整平,它是在PCB表面涂覆熔融锡铅焊料并用加热压缩空气整(吹)平的工艺,使其形成一层既抗铜氧化,又可提供良好的可焊性的涂覆层。热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属间化合物。保护铜面的焊料厚度大约有1-2mil

PCB进行热风整平时要浸在熔融的焊料中;风刀在焊料凝固之前吹平液态的焊料;风刀能够将铜面上焊料的弯月状最小化和阻止焊料桥接。热风整平分为垂直式和水平式两种,一般认为水平式较好,主要是水平式热风整平镀层比较均匀,可实现自动化生产。热风整平工艺的一般流程为:微蚀预热涂覆助焊剂喷锡清洗。

2. 有机涂覆

有机涂覆工艺不同于其他表面处理工艺,它是在铜和空气间充当阻隔层;有机涂覆工艺简单、成本低廉,这使得它能够在业界广泛使用。早期的有机涂覆的分子是起防锈作用的咪唑和苯并三唑,最新的分子主要是苯并咪唑,它是化学键合氮功能团到PCB上的铜。在后续的焊接过程中,如果铜面上只有一层的有机涂覆层是不行的,必须有很多层。这就是为什么化学槽中通常需要添加铜液。在涂覆第一层之后,涂覆层吸附铜;接着第二层的有机涂覆分子与铜结合,直至二十甚至上百次的有机涂覆分子集结在铜面,这样可以保证进行多次回流焊。试验表明:最新的有机涂覆工艺能够在多次无铅焊接过程中保持良好的性能。

有机涂覆工艺的一般流程为:脱脂微蚀酸洗纯水清洗有机涂覆清洗,过程控制相对其他表面处理工艺较为容易。

3. 化学镀镍/浸金

化学镀镍/浸金工艺不像有机涂覆那样简单,化学镀镍/浸金好像给PCB穿上厚厚的盔甲;另外化学镀镍/浸金工艺也不像有机涂覆作为防锈阻隔层,它能够在PCB长期使用过程中有用并实现良好的电性能。因此,化学镀镍/浸金是在铜面上包裹一层厚厚的、电性良好的镍金合金,这可以长期保护PCB;另外它也具有其它表面处理工艺所不具备的对环境的忍耐性。镀镍的原因是由于金和铜间会相互扩散,而镍层能够阻止金和铜间的扩散;如果没有镍层,金将会在数小时内扩散到铜中去。化学镀镍/浸金的另一个好处是镍的强度,仅仅5微米厚度的镍就可以限制高温下Z方向的膨胀。此外化学镀镍/浸金也可以阻止铜的溶解,这将有益于无铅组装。

化学镀镍/浸金工艺的一般流程为:酸性清洁微蚀预浸活化化学镀镍化学浸金,主要有6个化学槽,涉及到近100种化学品,因此过程控制比较困难。

4. 浸银

浸银工艺介于有机涂覆和化学镀镍/浸金之间,工艺比较简单、快速;不像化学镀镍/浸金那样复杂,也不是给PCB穿上一层厚厚的盔甲,但是它仍然能够提供好的电性能。银是金的小兄弟,即使暴露在热、湿和污染的环境中,银仍然能够保持良好的可焊性,但会失去光泽。浸银不具备化学镀镍/浸金所具有的好的物理强度因为银层下面没有镍。另外浸银有好的储存性,浸银后放几年组装也不会有大的问题。

浸银是置换反应,它几乎是亚微米级的纯银涂覆。有时浸银过程中还包含一些有机物,主要是防止银腐蚀和消除银迁移问题;一般很难测量出来这一薄层有机物,分析表明有机体的重量少于1%。

5. 浸锡

由于目前所有的焊料都是以锡为基础的,所以锡层能与任何类型的焊料相匹配。从这一点来看,浸锡工艺极具有发展前景。但是以前的PCB经浸锡工艺后出现锡须,在焊接过程中锡须和锡迁徙会带来可靠性问题,因此浸锡工艺的采用受到限制。后来在浸锡溶液中加入了有机添加剂,可使得锡层结构呈颗粒状结构,克服了以前的问题,而且还具有好的热稳定性和可焊性。

浸锡工艺可以形成平坦的铜锡金属间化合物,这个特性使得浸锡具有和热风整平一样的好的可焊性而没有热风整平令人头痛的平坦性问题;浸锡也没有化学镀镍/浸金金属间的扩散问题——铜锡金属间化合物能够稳固的结合在一起。浸锡板不可存储太久,组装时必须根据浸锡的先后顺序进行。

6. 其他表面处理工艺

其他表面处理工艺的应用较少,下面来看应用相对较多的电镀镍金和化学镀钯工艺。

电镀镍金是PCB表面处理工艺的鼻祖,自从PCB出现它就出现,以后慢慢演化为其他方式。它是在PCB表面导体先镀上一层镍后再镀上一层金,镀镍主要是防止金和铜间的扩散。现在的电镀镍金有两类:镀软金(纯金,金表面看起来不亮)和镀硬金(表面平滑和硬,耐磨,含有钴等其他元素,金表面看起来较光亮)。软金主要用于芯片封装时打金线;硬金主要用在非焊接处的电性互连。

考虑到成本,业界常常通过图像转移的方法进行选择性电镀以减少金的使用。目前选择性电镀金在业界的使用持续增加,这主要是由于化学镀镍/浸金过程控制比较困难。

正常情况下,焊接会导致电镀金变脆,这将缩短使用寿命,因而要避免在电镀金上进行焊接;但化学镀镍/浸金由于金很薄,且很一致,变脆现象很少发生。

化学镀钯的过程与化学镀镍过程相近似。主要过程是通过还原剂(如次磷酸二氢钠)使钯离子在催化的表面还原成钯,新生的钯可成为推动反应的催化剂,因而可得到任意厚度的钯镀层。化学镀钯的优点为良好的焊接可靠性、热稳定性、表面平整性。

. 表面处理工艺的选择

表面处理工艺的选择主要取决于最终组装元器件的类型;表面处理工艺将影响PCB的生产、组装和最终使用,下面将具体介绍常见的五种表面处理工艺的使用场合。

1. 热风整平

热风整平曾经在PCB表面处理工艺中处于主导地位。二十世纪八十年代,超过四分之三的PCB使用热风整平工艺,但过去十年以来业界一直都在减少热风整平工艺的使用,估计目前约有25-40%的PCB使用热风整平工艺。热风整平制程比较脏、难闻、危险,因而从未是令人喜爱的工艺,但热风整平对于尺寸较大的元件和间距较大的导线而言,却是极好的工艺。在密度较高的PCB中,热风整平的平坦性将影响后续的组装;故HDI板一般不采用热风整平工艺。随着技术的进步,业界现在已经出现了适于组装间距更小的QFPBGA的热风整平工艺,但实际应用较少。目前一些工厂采用有机涂覆和化学镀镍/浸金工艺来代替热风整平工艺;技术上的发展也使得一些工厂采用浸锡、浸银工艺。加上近年来无铅化的趋势,热风整平使用受到进一步的限制。虽然目前已经出现所谓的无铅热风整平,但这可将涉及到设备的兼容性问题。

2. 有机涂覆

估计目前约有25-30%的PCB使用有机涂覆工艺,该比例一直在上升(很可能有机涂覆现在已超过热风整平居于第一位)。有机涂覆工艺可以用在低技术含量的PCB,也可以用在高技术含量的PCB上,如单面电视机用PCB、高密度芯片封装用板。对于BGA方面,有机涂覆应用也较多。PCB如果没有表面连接功能性要求或者储存期的限定,有机涂覆将是最理想的表面处理工艺。

3. 化学镀镍/浸金

化学镀镍/浸金工艺与有机涂覆不同,它主要用在表面有连接功能性要求和较长的储存期的板子上,如手机按键区、路由器壳体的边缘连接区和芯片处理器弹性连接的电性接触区。由于热风整平的平坦性问题和有机涂覆助焊剂的清除问题,二十世纪九十年代化学镀镍/浸金使用很广;后来由于黑盘、脆的镍磷合金的出现,化学镀镍/浸金工艺的应用有所减少,不过目前几乎每个高技术的PCB厂都有化学镀镍/浸金线。考虑到除去铜锡金属间化合物时焊点会变脆,相对脆的镍锡金属间化合物处将出现很多的问题。因此,便携式电子产品(如手机)几乎都采用有机涂覆、浸银或浸锡形成的铜锡金属间化合物焊点,而采用化学镀镍/浸金形成按键区、接触区和EMI的屏蔽区。估计目前大约有10-20%的PCB使用化学镀镍/浸金工艺。

4. 浸银

浸银比化学镀镍/浸金便宜,如果PCB有连接功能性要求和需要降低成本,浸银是一个好的选择;加上浸银良好的平坦度和接触性,那就更应该选择浸银工艺。在通信产品、汽车、电脑外设方面浸银应用的很多,在高速信号设计方面浸银也有所应用。由于浸银具有其它表面处理所无法匹敌的良好电性能,它也可用在高频信号中。EMS推荐使用浸银工艺是因为它易于组装和具有较好的可检查性。但是由于浸银存在诸如失去光泽、焊点空洞等缺陷使得其增长缓慢(但没有下降)。估计目前大约有10-15%的PCB使用浸银工艺。

5. 浸锡

锡被引入表面处理工艺是近十年的事情,该工艺的出现是生产自动化的要求的结果。浸锡在焊接处没有带入任何新元素,特别适用于通信用背板。在板子的储存期之外锡将失去可焊性,因而浸锡需要较好的储存条件。另外浸锡工艺中由于含有致癌物质而被限制使用。估计目前大约有5-10%的PCB使用浸锡工艺。

. 结束语

随着客户要求愈来愈高,环境要求愈来愈严,表面处理工艺愈来愈多,到底该选择那种有发展前景、通用性更强的表面处理工艺,目前看来好像有点眼花缭乱、扑朔迷离。PCB表面处理工艺未来将走向何方,现在亦无法准确预测。不管怎样,满足客户要求和保护环境必须首先做到!

PCB基板材质的选择


1.镀金板(ElectrolyticNi/Au)
2.OSP(OrganicSolderabilityPreservatives)
3.化银板(ImmersionAg)
4.化金板(ElectrolessNi/AuENIG)
5.化锡板(ImmersionTin)
6.喷锡板
1.镀金板
  镀金板制程成本是所有板材中最高的,但是目前现有的所有板材中最稳定,也最适合使用于无铅制程的板材,尤其在一些高单价或者需要高可靠度的电子产品都建议使用此板材作为基材。
2.OSP
  OSP制程成本最低,操作简便,但此制程因须装配厂修改设备及制程条件且重工性较差因此普及度仍不佳,使用此一类板材,在经过高温的加热之后,预覆于PAD上的保护膜势必受到破坏,而导致焊锡性降低,尤其当基板经过二次回焊后的情况更加严重,因此若制程上还需要再经过一次DIP制程,此时DIP端将会面临焊接上的挑战。
3.化银板
   虽然本身具有很强的迁移性,因而导致漏电的情形发生,但是现今的浸镀银并非以往单纯的金属银,而是跟有机物共镀的有机银因此已经能够符合未来无铅制程上的需求,其可焊性的的寿命也比OSP板更久。
4.化金板
   此类基板最大的问题点便是黑垫”(BlackPad)的问题,因此在无铅制程上有许多的大厂是不同意使用的,但国内厂商大多使用此制程。
5.化锡板
 此类基板易污染、刮伤,加上制程(FLUX)会氧化变色情况发生,国内厂商大多都不使用此制程,成本相对较高。
6.喷锡板
 因为cost低,焊锡性好,可靠度佳,兼容性最强,但这种焊接特性良好的喷锡板因含有铅,所以无铅制程不能使用。
 另有锡银铜喷锡板由于大多数都不使用此制程,故特性资料取的困难.


各种规格树脂及基材之用途分析

规  格     树  脂     补 强 材     特 性 与 用 途
XXXP      酚醛树脂     绝缘纸     一般用,适用音响、收音机、黑白电视等家电
XXXP-C      酚醛树脂     绝缘纸     cold-punching,用途同XXXP
FR-2      酚醛树脂     绝缘纸     耐燃性
FR-4      环氧树脂     玻纤布     计算机、仪表、通信用、耐燃性
G-10      环氧树脂     玻纤布     一般用.用途同FR-4
CEM-1      环氧树脂     玻纤布、绝缘纸     电玩、计算机、彩视用
CEM-3      环氧树脂     玻纤布、玻纤不织布     CEM-1用途

CEM-3FR-4性能对比 (2009/07/07 14:41)

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电子产品市场竞争日趋剧烈,对印制板在质量、价格、服务方面要求愈益苛刻。
印制电路制造最大成本在基材。为此,在保证功能与可靠前提下,寻找低价格基材,不仅印制电路制造商在动脑筋,电子整机产品设计师们也在探索。
电子产品用双面及多层印制电路板,现在通常都采用FR-4基材,这是一种覆铜箔阻燃性环氧玻璃布板。CEM-3是在FR-4基础上发展起来一种新型印制电路用基板材料。近年来,日本已大量采用CEM-3来替代FR-4,甚至超过了FR-4用量,双面板约55%左右均采用CEM-3
一、CEM-3是一种复合型覆铜箔板
FR-4是由铜箔与经浸渍阻燃性环氧树脂玻璃纤维布层压而成,而CEM-3FR-4不同是采用了玻璃布与玻璃毡复合基材,也称复合型基材,而非单纯玻璃布。
CEM-3生产过程与FR-4相似,玻璃毡上胶可以采用立式上胶,也可采用卧式上胶,使用环氧树脂系统与FR-4相同。为提高性能可加以改性,通常需加入一定量填料。压制压力一般较FR-4低一半。为适应不同厚度要求,可采用不同标重玻璃毡,常用有50g75g105g
二、CEM-3性能
CEM-3欲替代FR-4,必须达到FR-4所具备各种性能。目前CEM-3已通过改善树脂系统、玻璃毡、层压制造工艺,从而克服了早期CEM-3产品诸如冲孔金属化质量、翘曲度及尺寸稳定性差等缺陷。
CEM-3玻璃化温度、耐浸焊性、抗剥强度、吸水率、电击穿、绝缘电阻、UL指标等均能达到FR-4标准,所不同是CEM-3抗弯强度低于FR-4,热膨胀大于FR-4
CEM-3金属化孔加工不成问题,钻孔加工钻头磨损率低,易于冲孔和冲压成型加工,厚度尺寸精度高,但其冲孔金属化外观稍差。
三、CEM-3市场应用
UL认为CEM-3FR-4可以互换,所以现采用FR-4双面板一般均可作为替换对象。由于CEM-3FR-4性能相似,所以在多层板上替用也已成为可能。
因印制电路板价格竞争十分激烈,所以四层板市场也已开始考虑选用CEM-3。但对薄板(<0.8mm)而言,则价格优势不存在。
CEM-3制成印制电路板现已用于传真机、复印机、仪器仪表、电话机、汽车电子、家用电器等产品上。
国内最早开发、研制、生产CEM-3厂家是深圳太平洋绝缘材料有限公司。该公司生产CEM-3通常比FR-4便宜10~15%,产品质量符合国际NEMAIPC标准。
近几年国内其他一些覆铜箔板厂也开始研制或批量生产该类新型复合基材。
四、CEM-3基材进一步改良与发展
为了进一步适应电子产品SMT组装,向轻、薄、微型化、多功能化方向发展,今后CEM-3类基材尚有待进一步改良、提高,主要从下述四方面进行:
1. 填料优选。填料晶型、粘度、结晶水数量及用量均会影响成型基材耐浸焊性、尺寸稳定性和孔金属化可靠性及透明度。
2. 树脂系统改善。采用诺伏拉克树脂可以改善基材高频特性,加工性及孔金属化可靠性。
3. 无纺玻璃毡改良,玻璃纤维表面处理,均有利于提高潮湿条件下绝缘电阻。
4. 玻璃纤维长度比例搭配可以提高尺寸稳定性。
随着CEM-3基材性能不断改善与提高,世界上应用也愈益普及。近年来,除日本外,韩国和我国台湾地区在CEM-3生产、应用方面发展也很迅速,增长速度远高于FR-4,相信到下一个世纪,该种新型复合基材将会获得更大发展。