PCB表面OSP處理及化學鎳金簡介
發布時間：2011-8-11 09:26
發布者：ipolo
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1 引言 錫鉛長期以來扮演著保護銅面，維持焊性的角色， 從熔錫板到噴錫板，數十年光陰至此，碰到幾個無法克服的難題，非得用替代制程不可： A. Pitch 太細造成架橋(bridging) B. 焊接面平坦要求日嚴 C. COB(chip on board)板大量設計使用 D. 環境污染本章就兩種最常用制程OSP及化學鎳金介紹之 2 OSP OSP是Organic Solderability Preservatives 的簡稱，中譯為有機保焊膜，又稱護銅劑，英文亦稱之Preflux，本章就以護銅劑稱之。 2.1 種類及流程介紹 A. BTA(苯駢三氯唑)：BENZOTRIAZOLE BTA是白色帶淡黃無嗅之晶狀細粉，在酸堿中都很安定，且不易發生氧化還原反應，能與金屬形成安定化合物。ENTHON將之溶于甲醇與水溶液中出售，作銅面抗氧化劑(TARNISH AND OXIDE RESIST)，商品名為CU-55及CU-56，經CU-56處理之銅面可產生保護膜，防止裸銅迅速氧化。操作流程如表14.1。 B. AI(烷基咪唑) ALKYLIMIDAZOLE PREFLUX是早期以ALKYLIMIDAZOLE作為護銅劑而開始，由日本四國化學公司首先開發之商品，于1985年申請專利，用于蝕刻阻劑(ETCHING RESIST)，但由于色呈透明檢測不易，未大量使用。其后推出GLICOAT等，系由其衍生而來。 GLICOAT-SMD(E3)具以下特性： －與助焊劑相容，維持良好焊錫性 －可耐高熱焊錫流程 －防止銅面氧化 C. ABI (烷基苯咪唑) ALKYLBENZIMIDZOLE 由日本三和公司開發，品名為CUCOAT A ，為一種耐濕型護銅劑。能與銅原子產生錯合物 (COMPLEX COMPOUND)，防止銅面氧化，與各類錫膏皆相容，對焊錫性有正面效果。 D.目前市售相關產品有以下幾種代表廠家： 醋酸調整系統： GLICOAT-SMD (E3) OR (F1) WPF-106A (TAMURA) ENTEK 106A (ENTHON) MEC CL-5708 (MEC) MEC CL-5800(MEC) 甲酸調整系統： SCHERCOAT CUCOAT A KESTER 大半藥液為使成長速率快而升溫操作，水因之蒸發快速，PH控制不易，當PH提高時會導致MIDAZOLE不溶而產生結晶，須將PH調回。一般采用醋酸(ACETIC ACID)或甲酸 (FORMIC ACID)調整。 2.2 有機保焊膜一般約0.4μm的厚度就可以達到多次熔焊的目的，雖然廉價及操作單純，但有以下缺點： A. OSP透明不易測量，目視亦難以檢查 B. 膜厚太高不利于低固含量，低活性免洗錫膏作業，有利于焊接之Cu6Sn5 IMC也不易形成 C. 多次組裝都必須在含氮環境下操作 D. 若有局部鍍金再作OSP，則可能在其操作槽液中所含的銅會沉積于金上，對某些產品會形成問題 E. OSP Rework必須特別小心 3 化學鎳金 3.1基本步驟 脫脂→水洗→中和→水洗→微蝕→水洗→預浸→鈀活化→吹氣攪拌水洗→無電鎳→熱水洗→ 無電金→回收水洗→后處理水洗→干燥 3.2無電鎳 A. 一般無電鎳分為"置換式"與"自我催化"式其配方極多，但不論何者仍以高溫鍍層質量較佳 B. 一般常用的鎳鹽為氯化鎳(Nickel Chloride) C. 一般常用的還原劑有次磷酸鹽類(Hypophosphite)/甲醛(Formaldehyde)/聯氨 (Hydrazine)/硼氬化合物(Borohydride)/硼氫化合物(Amine Borane) D. 螯合劑以檸檬酸鹽(Citrate)最常見。 E. 槽液酸堿度需調整控制，傳統使用氨水(Amonia)，也有配方使用三乙醇氨(Triethanol Amine)，除可調整PH及比氨水在高溫下穩定，同時具有與檸檬酸鈉結合共為鎳金屬螯合劑，使鎳可順利有效地沉積于鍍件上。 F. 選用次磷二氫鈉除了可降低污染問題，其所含的磷對鍍層質量也有極大影率。 G. 此為化學鎳槽的其中一種配方。 配方特性分析： a. PH值的影響：PH低于8會有混濁現像發生，PH高于10會有分解發生，對磷含量及沉 積速率及磷含量并無明顯影響。 b.溫度的影響：溫度影響析出速率很大，低于70°C反應緩慢，高于95°C速率快而無法控制.90°C最佳。 c.組成濃度中檸檬酸鈉含量高，螯合劑濃度提高，沉積速率隨之下降，磷含量則隨螯合 劑濃度增加而升高，三乙醇氨系統磷含量甚至可高到15.5%上下。 d.還原劑次磷酸二氫鈉濃度增加沉積速率隨之增加，但超過0.37M后槽液有分解現像， 因此其濃度不可過高，過高反而有害。磷含量則和還原劑間沒有明確關系，因此一般 濃度控制在O.1M左右較洽當。 e.三乙醇氨濃度會影響鍍層的磷含量及沉積速率，其濃度增高磷含量降低沉積也變慢， 因此濃度保持約0.15M較佳。他除了可以調整酸堿度也可作金屬螯合劑之用 f.由探討得知檸檬酸鈉濃度作通當調整可有效改變鍍層磷含量 H. 一般還原劑大分為兩類： 次磷酸二氫鈉(NaH2PO2H2O，Sodium Hypophosphate)系列及硼氫化鈉(NaBH4，Sodium Borohydride)系列，硼氫化鈉價貴因此市面上多以次磷酸二氫鈉為主 一般公認反應為： [H2PO2]- + H2Oa H+ +[HPO3]2- + 2H(Cat) -----------(1) Ni2+ + 2H(Cat)a Ni + 2H+----------------------------------(2) [H2PO2]- + H(Cat)a H2O + OH- + P----------------------(3) [H2PO2]- + H2Oa H+ + [HPO3]2- + H2------------------(4) 銅面多呈非活化性表面為使其產生負電性以達到"啟鍍"之目的銅面采先長無電鈀的方式反應中有磷共析故，4-12%含磷量為常見。故鎳量多時鍍層失去彈性磁性，脆性光澤增加，有利防銹不利打線及焊接。 3.3無電金 A. 無電金分為"置換式鍍金"與"無電金"前者就是所謂的"浸鍍金"(lmmersion Gold plating) 鍍層薄且底面鍍滿即停止。后者接受還原劑供應電子故可使鍍層繼續增厚無電鎳。 B. 還原反應示性式為：還原半反應：Au+ + e- + Au0 氧化半反應式: Reda Ox + e- 全反應式:：Au+ + Red aAu0 + Ox. |
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