PCB的有機(jī)金屬納米表面涂覆技術(shù)

化學(xué)Ni/Au(ENIG)、化學(xué)鍍錫、化學(xué)鍍銀、化學(xué)鍍Ni/Pd/Au(ENEPIG)和有機(jī)可焊性保護(hù)劑(OSP)等PCB可焊性表面涂(鍍)覆層不是納米級(jí)的表面涂(鍍)覆材料，它們的表面涂覆厚度都在300nm(0.3um)以上。而新開(kāi)發(fā)的有機(jī)金屬OM(Organic Metals)的表面涂覆層，儀有50nm，而更重要的是一一在50nm厚度OM表面涂覆層中，它們由90%左右是導(dǎo)電聚脂(Conductive Polymer)材料和1 0%的金屬Ag(實(shí)際上Ag僅為4nm的厚度)來(lái)組成的，因此它優(yōu)越于目前所有的表面涂覆材料。

　　1概述

　　有機(jī)金屬OM是一種特殊的有機(jī)材料，即它是一種具有金屬特性的導(dǎo)電性聚合物。它是通過(guò)“合成”并“分散”開(kāi)來(lái)的顆粒大小為10nm的有機(jī)金屬OM材料。有機(jī)金屬OM材料用于防止銅氧化方面是非常有效的，在幾年前就確立了這個(gè)論點(diǎn)。而應(yīng)用于PCB的表面涂覆是十分經(jīng)濟(jì)的。同時(shí)，即使經(jīng)過(guò)存放和熱老化(Storage and Thermal Aging)以后，仍有優(yōu)良的可焊性。因此在浸錫沉積以前，先進(jìn)行有機(jī)金屬OM的表面涂覆(制備)是十分有益的。更突出的是，OM是PCB頂級(jí)(Top-Quality)的表面涂覆層之一，建立這種工藝可以廣泛應(yīng)用于PCB工業(yè)上，并且可用于無(wú)鉛焊接的電子產(chǎn)品的制造中。

　　在這個(gè)技術(shù)工藝中，通過(guò)OM預(yù)浸處理可以在銅表面形成大約80nm厚的吸附層(Ad SO rb ed Laye r)，因而，導(dǎo)致有選擇性的形成Cu+，從而保護(hù)了下面的Cu。同時(shí)Cu+又作為催化劑為Sn2+提供了“電子”，使S n沉積到Cu表面上。

　　近10年來(lái)，經(jīng)過(guò)0rmecons的精心研究和探索，成功地完成了含有“有機(jī)納米金屬”為PCB提供了優(yōu)良的表面涂覆層。在三年以前，作為第一個(gè)以0M基的“納米表面涂覆層”提供了市場(chǎng)。0M基的“納米表面涂覆層”，不僅有足夠高的抗熱變(退)色(Di sc010 ration)而適用于無(wú)鉛焊接條件，而且，現(xiàn)在新一代的0M-Ag絡(luò)合的納米表面涂覆層(Complex Nanorfinish)已經(jīng)問(wèn)世，并表明在抗老化、抗變(退)色和可焊性等方面有更好的性能。

　　2工藝說(shuō)明和性能介紹

　　下面是OM一Ag絡(luò)合的納米表面涂覆層的工藝形成過(guò)程及其性能實(shí)驗(yàn)情況。

　　2 .1 工藝流程

　　工藝流程是以特種酸清潔劑開(kāi)始，經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)微蝕刻處理，然后在制板(Panels)經(jīng)過(guò)短時(shí)間浸漬(調(diào)整1 0 s)后，進(jìn)入活化液槽(0MN7100，35℃/90 s)，經(jīng)過(guò)漂洗、干燥便完成了。其加工工藝流程如下：

　　酸性清潔劑-漂洗-微蝕刻-漂洗-調(diào)整-OM液槽-去離子水漂洗-烘干

　　在制板樣品經(jīng)過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)和靜電庫(kù)倫法測(cè)量(GCM)進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究(Morphology Investi2ation)。圖1表示PCB的銅焊盤(pán)表面經(jīng)過(guò)OM/A2納米表面涂覆處理以后的掃描電子顯微鏡的圖像，SEM圖像表明，0M-Ag絡(luò)合物是處于銅結(jié)晶的界面處，而大部分面積(區(qū)域)是銅的表面。

　　圖1 PCB用OM/Ag納米表面涂覆處理后的SEM圖象

　　2 .2庫(kù)倫法研究(couIometric lnvestigation)

　　采用靜電庫(kù)倫法測(cè)量(GCM，Galvanostatic Coulomet：ric Measurement)的電化學(xué)研究表明，以0M基的納米表面涂覆是形成了新型的絡(luò)合物，如圖2所示。這個(gè)新型絡(luò)合物的電位(電勢(shì))是明顯區(qū)別于普通(單純)的Ag處在Cu表面上的。

　　圖2 Gu、在Cu上浸Ag和在Cu上OM/Ag的“電位一時(shí)間”曲線(xiàn)

　　OM/Ag納米顆粒絡(luò)合物對(duì)銅的表面涂覆的關(guān)系是取決于浸漬時(shí)間的，其情況表示于圖3中。電位(壓)大小表明，銅表面將隨著開(kāi)始加工的進(jìn)行而緩慢地減少，在40s一60s之間具有最高的覆蓋率，而在60s以后的無(wú)銅的覆蓋率將緩慢地下降，并在9 0 s后檢測(cè)(電化學(xué)可看出)不到銅。

　　OM基納米表面涂覆層優(yōu)良的可焊性結(jié)果是由客觀(guān)評(píng)價(jià)而證明了的。對(duì)廣泛應(yīng)用的有機(jī)可焊性保護(hù)劑(OSP)與OM基納米表面涂覆層之間的比較也進(jìn)行了，主要是采用可焊性分析和濕潤(rùn)平衡(wetting Balance)來(lái)確定它們的潤(rùn)濕力(Wetting Force)。試驗(yàn)結(jié)果表明OM基納米表面涂覆層的潤(rùn)濕力(1.0mN) 幾乎是OSP保密涂覆層潤(rùn)濕力(0.55m)的兩倍。

　　焊料焊接

　　一個(gè)外部的客觀(guān)分析表明，采用0M/Ag納米級(jí)表面涂覆層的BGA焊盤(pán)進(jìn)行無(wú)鉛錫焊料焊接是具有高質(zhì)量的焊接結(jié)構(gòu)的?？梢云谕捎肙M/Ag納米級(jí)表面涂覆層的焊接是具有長(zhǎng)期可靠性的。

　　3結(jié)論

　　OM/Ag納米級(jí)(顆粒大小)絡(luò)合物可作為PCB可焊性表面涂覆(鍍)層。它具有更薄的厚度(50nm，僅為最薄的化學(xué)鍍銀的1/6左右)，可用于無(wú)鉛焊接條件。同時(shí)，OM/Ag納米級(jí)可焊表面涂覆層比起非納米級(jí)的常規(guī)可焊性表面涂(鍍)層(包括0 S P涂覆層等)來(lái)說(shuō)，在抗老化、抗變(退)色和可焊性等方面有更好的性能。