手機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的印刷線路板表面處理新趨勢(shì)

1. 引言

化鎳浸金是過去10年占統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)。由于歷史的原因，化鎳浸金被當(dāng)作一個(gè)防氧化層引入到了PWB制造業(yè)，用于提供良好的可焊性潤(rùn)濕能力和長(zhǎng)時(shí)間PWB儲(chǔ)存能力。從這方面來講，ENIG不辱使命；但是從可靠性的觀點(diǎn)來看，應(yīng)該盡可能限制它在移動(dòng)電子設(shè)備上的使用。

最近已經(jīng)證明下面一些特征和現(xiàn)象與在PWB中選擇使用ENIG直接相關(guān)，如：金脆變導(dǎo)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(fèi)電子產(chǎn)品的可靠性，必須評(píng)估可供熱焊接和機(jī)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?jiǎng)恿τ校?/P>

● 可靠性；

● 可利用性；

● 成本；

● 基本的技術(shù)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(yīng)用場(chǎng)合里表面處理的各種屬性。只是用于熱焊接，還是同時(shí)也要用于諸如鍵盤開關(guān)或彈簧連接器之類的機(jī)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(jī)電接觸盤可靠性。彈簧承載的連接器普遍用于手機(jī)，機(jī)電接觸盤就是為之設(shè)計(jì)的。

根據(jù)基本要求的差異，可以把PWB表面處理分成2個(gè)主要的群組：

2.1. 用于熱焊接的表面處理:

一個(gè)用于熱焊接的表面處理不得不滿足以下幾個(gè)要求：

● 較高的可濕潤(rùn)性；

● 焊料連接力；

● 適于細(xì)間距和CSP組裝的表面平坦度。

業(yè)界有許多處理方法可供選擇，其中有：

● HASL (熱風(fēng)整平)

● 浸錫；

● 鎳/金(ENIG)；

● 浸銀；

● OSP(有機(jī)表面保護(hù)劑)

并不是所有表面處理的性能都是一樣的。

2.2. 用于機(jī)電連接盤的表面處理:

一個(gè)用于機(jī)電連接盤的表面處理不得不滿足以下幾個(gè)要求：

● 機(jī)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(jié)

當(dāng)對(duì)過去20年廣泛用于便攜式電子設(shè)備的各種表面處理進(jìn)行調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)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(dāng)然，其中的一個(gè)解釋是，直到最近我們依然不知道其失效機(jī)理是什么。隨著經(jīng)驗(yàn)的增加，它們已經(jīng)逐漸浮出水面。

● 另外一個(gè)解釋是，不愿意更改電子行業(yè)的那些傳統(tǒng)的東西，即使在分析實(shí)驗(yàn)室和可靠性專家已經(jīng)提出這些問題之后。

● 最后一個(gè)解釋是，在PWB制造方面，表面處理物理可用性的缺乏總會(huì)耽擱向其他處理方法的轉(zhuǎn)變。已經(jīng)把資金投到ENIG工藝了，為其他處理方法添置新的設(shè)備需要更多的投資。這個(gè)事實(shí)也造成了一定的耽擱。

下面的段落將縱覽已經(jīng)對(duì)表面處理技術(shù)的變化產(chǎn)生影響的事件。

3、手機(jī)PWB表面處理的歷史演變：

3.1. HASL + 碳

在第一代產(chǎn)品中，從80年代后期起，PWB盤面的正常表面處理是熱風(fēng)整平(HASL)。在很多場(chǎng)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(shí)候表面貼裝器件技術(shù)還處于早期階段，毆翅型器件擁有間距相對(duì)較疏(1.27mm)的引腳。90年代初期，對(duì)更多I/O的需求要求使用新的封裝技術(shù)，QFP應(yīng)運(yùn)而生。間距降到了0.6mm的時(shí)候，由于HASL厚度不均，大量焊料橋連發(fā)生了。新的需求要求替代低產(chǎn)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(rùn))，不符合要求。

OSP在當(dāng)時(shí)不是討論的對(duì)象，即使存在那種技術(shù)！

ENIG 被推舉為HASL的繼承者。當(dāng)時(shí)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(rèn)為是必要的，它在即使不存在技術(shù)和可靠性問題的情況下銷聲匿跡了。

在一段時(shí)期里，總體來講，ENIG 工藝表現(xiàn)非常優(yōu)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(jí)封裝替代了。BGA封裝(圖3)同時(shí)也帶來了一些新的挑戰(zhàn)。伴隨著電子行業(yè)內(nèi)前所未有的大批量生產(chǎn)，出現(xiàn)了更小的焊盤。PWB制造業(yè)以極其高的產(chǎn)量運(yùn)轉(zhuǎn)，意味著此工藝的任何弱點(diǎn)都變得更加清晰可見和嚴(yán)重。

3.2.1. 黑盤

在所有供應(yīng)商那里都會(huì)隨機(jī)發(fā)生一個(gè)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(gè)盤上缺少金，其影響是潤(rùn)濕不良或者不潤(rùn)濕，導(dǎo)致的結(jié)果是失去內(nèi)部互聯(lián)。黑盤缺陷主要在手機(jī)組裝線被發(fā)現(xiàn)和拒收；但是最壞的情況是如果某臺(tái)產(chǎn)品通過了100%的電氣試驗(yàn)，后來卻在市場(chǎng)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(chǎn)生隨機(jī)錯(cuò)誤。

已經(jīng)有很多理論解釋黑盤出現(xiàn)的原因，但到底是什么觸發(fā)了黑盤的出現(xiàn)，至今尚未達(dá)成共識(shí)。然而，這幾年電鍍槽制造商在這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，不過ENIG工藝依然不能杜絕這種實(shí)效，它有時(shí)可能和PWB設(shè)計(jì)有關(guān)。

3.2.2. 焊球界面破裂

據(jù)透露，界面降級(jí)，是一個(gè)新型的與黑盤問題相關(guān)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(nèi)部存在裂縫，即使是已經(jīng)完美濕潤(rùn)了（圖5）。

原因可能是什么？在經(jīng)過大量調(diào)查之后，發(fā)現(xiàn)是3個(gè)問題聯(lián)合作用的結(jié)果：

● 一個(gè)被忽略的問題，在鎳和錫之間的易碎的金屬間化合物(IMC)。