PCB最后表面处理大揭秘（一）

      即使产品生命周期短，技术更新迅速，但电子工业还不得不采用一种工业应用广泛的热空气焊锡均涂（HASL）的替代技术。虽然在过去的十几年里，有无数的专业人士认为HASL会由OSP或者ENTG以及新的金属浸泡技术例如银和锡所取代，但是到目前为止，HASL仍旧是电子工业不得不使用的技术。
　　HASL作为世界范围内最主要的最终表面处理技术。一个可预计的、知名的涂层，HASL今天使用于亿万计的焊接点上。尽管如此，但三个主要动力：成本、技术和无铅材料的需要仍然促使着电子工业一直没有放弃寻找HASL的替代技术。
　　从成本的观点来看，许多电子元件诸如移动通信和个人计算机正变成任意使用的商品，以成本或更低的价格销售，来保证互连网或电话服务合约。这个策略使得这些商品大量生产和日用品化。因此，必须考虑成本和对环境的长期影响。环境的关注通常集中在潜在的铅泄漏到环境中去。仅管在北美的立法禁止铅的使用还是几年后的事情，但是原设备制造商(OEM, original equipment manufacturer)必须满足欧洲和日本的环境法令，以使其产品作全球销售。这个考虑已经孕育出许多课题，评估在每一个主要的OEM那里消除铅的可选方法。
　　HASL的替代方法允许无铅印刷电路板(PWB, printed wiring board)，也提供平坦的共面性表面，满足增加的技术要求。更密的间距和区域阵列元件已允许增加电子功能性。通常，越高的技术对立着降低成本。可是，大多数替代方法改进高技术装配和长期的可靠性，而还会降低成本。
　　成本节约是整个过程成本的函数，包括过程化学、劳力和企业一般管理费用。像OSP、浸银和浸锡等替代技术可提供最终表面处理成本的20 ~ 30%的减少。虽然每块板的节约百分比在高层数多层电路板产品上可能低，日用电子的成本节约，随着更大的功能性和铅的消除，将驱使替代方法使用的急剧增加。
　　替代方法的使用将不仅会增加，而且将取代HASL作为最终表面处理的选择。今天替代的问题是选择的数量和已经发表的数据的纯卷积。诸如ENIG、OSP、浸锡和浸银等替代方法都提供无铅、高可焊性、平整、共面的表面，在生产中对第一次通过装配合格率提供重大改进。为了揭开最终表面处理的神秘面纱，这些HASL的替代方法可通过比较每个涂层对装配要求和PWB设计的优点来区分。
　　一、装配要求
　　HASL替代方法对装配过程的作用反映表面的可焊性和它如何与使用的焊接材料相互作用。每一类替代的表面涂层 — OSP、有机金属的organometallic)(浸锡和银)或金属的(ENIG) — 具有不同的焊接机制。焊接机制的这种差异影响装配过程的设定和焊接点的可靠性。
　　OSP是焊接过程中必须去掉的保护性涂层。助焊剂必须直接接触到OSP表面，以渗透和焊接到PWB表面的铜箔上。
　　浸洗工艺，如浸银或锡，有机共同沉淀消除最终表面的氧化物。不像OSP，锡和银溶解在焊锡里面，将成为焊接点的一部分，将帮助熔湿速度。锡和银两者都在PWB的铜表面直接形成焊接点。
　　如果适当地沉淀，在ENIG表面的金是纯净的，由于其可熔于焊锡，所以将提供焊接的最快的熔湿速度。可是，当使用ENIG时，焊接点是在镍障碍层上面形成的，不是直接在PWB的铜表面。
　　所有三类替代涂层都提供最佳的印刷表面，对所有类型的锡膏都一样。锡膏直接印在表面涂层上面，提供助焊剂直接接触、渗透OSP和熔湿PWB表面。印刷模板对沉积完美的锡膏印刷，形成有效的密封，消除了HASL的印糊和锡桥问题。结果是三种替代涂层都有很高的第一次通过装配合格率，焊锡熔湿方面相差很小。区别在于焊接点的强度和可靠性。几个研究已经证实，使用OSP，直接焊接到铜的表面，提供最好强度的焊接点。2,3当使用区域阵列片状包装的较小焊盘时，焊接点的强度变得重要。
　　虽然使用上减少，波峰焊接还是今天装配过程的构成整体的一部分。每一种最终表面涂层的焊接机制将影响助焊剂化学成分的选择和波峰焊接工艺的设定。金属的和有机金属的涂层有助于通孔的焊锡熔湿，通常要求很少的助焊剂、较低活性的助焊剂和波峰的较少动荡。免洗材料在生产条件下与OSP相处很好，但要求一些优化来增加助焊剂和/或焊锡渗透到通孔内。通常，这个优化增加助焊剂的使用量，代替特定类型的助焊剂化学成分，或通过更高的动荡或温度来增加焊锡渗透。
　　全球范围内正在实施取代传统波峰焊接工艺的方法。插入式回流(intrusive reflow)、选择性焊锡喷泉(selective solder fountain)和顺应针(compliant pin)正实际上使用在所有最终表面涂层上。至今为止所完成的工作表明，选择性焊锡喷泉的动荡改善了通孔(through-hole)的可熔湿性。孔中锡膏(paste-in-hole)或侵入式回流将助焊剂和助焊剂载体直接接触PWB的表面，使得通孔的可熔湿性对所有最终表面涂层都是类似的。最后，由于可预见的孔的误差，HASL的替代方法比使用顺应针(compliant pin)的HASL要强。在替代方法中，较厚的浸锡为插件提供最光滑的表面，为顺应针提供最宽的操作窗口。4
　　装配工业现在正评估无铅焊接替代品。虽然某些合金似乎是特别的OEM的选择，但是，还要选择整个工业所接受的合金。尽管如此，正在测试的所有合金都要求较高的回流温度，并产生较慢的熔湿速度。锡膏供应商已经工程研究了专门的助焊剂化学成分，来改善这些新合金的熔湿。初始的研究表明较高的回流温度不会影响OSP、浸银或浸锡的可焊性或绑接强度。较高的熔化温度明显地帮助OSP的渗透和锡与银表面熔湿，甚至是双面回流。另外的测试正在进行中，以评估熔湿速度的影响和优化对最终表面涂层的特定回流参数。