PCB表面处理工艺中的化学锡和化学银

一、PCB表面处理工艺：化学锡

1、化学锡的应用状况

化学锡现在欧洲比较推崇，是近几年比较热门的表面处理，例如Siemens1998年开始使用化学锡，其他如Alcatel、Cisco、Erisson、Philips都有使用化学锡。化学锡焊盘平整； 制作温度35～70 ℃，对PCB的热冲击小；能满足PCB无铅的环保需求； 能满足高密组装和高厚径比PCB板的需求。对比化学镍金和OSP，它的突出表现是可焊性好，应该与HASL接近。同时化学锡也适用于PCB背板。

化学锡的主要药水供应商：Atotech、Cimetec Unicron、有缘化学OMIKRON。Atotech号称Wisker free 化学锡，硫酸体系，得到Bosch的认可，中国得到香港依利安达的认可。Atotech提出Wisker free 化学锡概念，即： 通过Bellcore GR-78-CORE/R13.2.7, IPCTM 650 2.6.3.3 and IPC TM 650 2.3.14 在40-85°C的测试，锡须增长在20uin以下。其称锡须在某特定条件下生长的fact是2002年发现的。Cimetec Unicron，硫酸体系，目前的药水不通过上述锡须测试，得不到Bosch的认可，但在Siemens一直使用良好，从98年至今没有其锡须的投诉；其第二代药水可以通过上述锡须测试，正在推用中，目前得到大陆依利安达、添利、生益的认可。

相对HASL、化学镍金和OSP，化学锡在业界兴起时间不长（90年代开始），如果应用，对其长期可靠性以及组装工艺性，需慎重评估，包括存储可靠性和长期运行可靠性。

2、化学锡的工艺

化学锡的形成是铜锡置换反应，药水中锡以硫酸亚锡等形式存在，硫脲为反应催化剂。在置换反应中，还有有机络合物的参与。其工艺流程为：酸洗 → 水洗→ 微蚀 → 水洗 → 预浸 → 化学锡 → 热水洗 →DI水洗 → 干燥

酸洗、水洗：清除表面的油脂、污染物、氧化物等；

微蚀 ：微蚀铜面，获得新鲜的铜表面，增强附着力；

预浸：活化铜表面，防止污染物带入锡槽；

化学锡：铜锡置换反应，获得一定厚度的致密锡层；

水洗：清除上一道工序流下的化学残留物和离子污染物。

对于化学锡，性能的影响因素包括：

1）厚度0.8～1.2um，厚度过薄，会由于铜锡IMC的生成，损耗锡层，影响PCB存储寿命和可焊性。

2）保证各环境的清洗干净，防止表面污染，防止镀液污染，影响可焊性。

3）需得到均匀致密的低应力化学锡层，减少锡须的发生机会。

3、化学锡的特性

优点： 化学锡表面均匀一致，制作温度35～70 ℃，对PCB的热冲击小、能返工。能满足PCB无铅的环保需求；能满足高密组装和高厚径比板的需求。其特出特点是可焊性好，孔壁润滑性好，适合于压接和插件焊接。

缺点：废水含硫脲，需特别处理； 对阻焊膜材料有较高的要求；对锡须等长期可靠性需充分论证；不适合做bonding盘。

二、PCB表面处理工艺：化学银

1、化学银的应用状况

化学银现在美洲有较广泛的应用，也是近几年比较热门的PCB表面处理，例如Lucent 1998年开始使用化学银，IBM等公司也使用化学银。银同金一样，只起可焊性保护的作用，不参与焊接，焊点形成的是铜锡IMC。 化学银是利用与铜的置换反应，在焊盘表面镀一薄层银，厚度在0.08-0.16um。其特点是：焊盘平整、均匀一致，可焊性好，可经受多次焊接，兼容免清洗焊剂，可解决插件孔的焊接问题。但使用中有电迁移的可能，PCB长期存储有硫化而影响可焊性的可能，需得到充分的评估。

化学银的主要药水供应商：AlphaMetal和Mecdimind。 AlphaMetal的化学银最早投入市场运用是1996年，在欧洲最大的PC制造厂ISL和美国Arizona州的Continental Circuits ，其声称由于银沉积层中有机物的存在，可以消除银迁移和存储氧化的问题，现在其大概能占有80％化学银的市场份额。根据初步了解，AlphaMetal的化学银需在安全灯下操作，但性能稳定性较好；Mecdimind的化学银可以在白光灯下操作，但稳定性不如AlphaMetal。

2、化学银的工艺控制

利用与铜的置换反应，在焊盘表面镀一薄层银，厚度在0.08-0.16um。在置换反应中，有机物与银共沉积，用来防止银表面失去光泽，增强PCB长期存储后的可焊性。化学银工艺主要流程为：清洗→ 微蚀 → 水洗 → 预浸 → 化学银 → 水洗 → 干燥

清洗：清除表面的油脂、污染物、氧化物等。
微蚀 ：微蚀铜面，获得新鲜的铜表面，增强附着力。

预浸：活化铜表面，防止污染物带入银槽。

化学银：铜银置换反应，获得一定厚度的银层，并有有机填加剂和有机活化剂的参与。有机填加剂保证沉积层的均匀一致，有机活化剂在银表面形成疏水层，防止长期存储中的氧化和迁移。

水洗：清除上一道工序流下的化学残留物和离子污染物。

对于化学银，性能的影响因素包括：

1）厚度0.08～0.16um，厚度过薄，会影响存储寿命和可焊性。

2）保证各环境的清洗干净，防止表面污染，防止镀液污染，影响可焊性。

3）需得到均匀致密的化学银层，疏水膜要有足够防止银迁移和氧化的能力。

3、化学银的特性

优点：化学银表面均匀一致； 制作温度30～50 ℃，对PCB的热冲击小；能满足PCB无铅的环保需求；能满足高密组装和高厚径比板的需求。耐多次焊接，能兼容免清洗焊剂，解决插件孔的焊接问题，尤其Alpha Level 化学银与Alpha的NR300A4 VOC-free, no-clean 助焊剂有良好的匹配性，可以100％的填孔。适于铝线和金线的bonding。

缺点：不能返工。 相对HASL、化学镍金和OSP，化学银在业界的兴起时间同样不长，对于其耐环境污染性、存储期、银迁移等方面的问题虽然也有部分报告，但仍需充分地评估探讨。