印制电路板表面的选择性锡膏处理技术研究

张文平 许校彬 邵 勇 陈金星

（特创电子科技股份有限公司，广东 惠州 516369）

0 前言

随着表面安装技术（SMT）的发展,印制电路板表面涂覆的功能性要求也日益提高。生产制程不仅要能制造更细更密集的线路、更小的孔径、更高平整度的连接盘,还必须能提供好的信号传输、寿命等,基于这些要求选择性表面处理技术应运而生,如有机可焊保护层（OSP）、化学镀镍/金（ENIG）、热风整平焊锡（HASL）及电镀镍/金等选择组合（如图1所示）。

在对带有卡槽口的可插拔电路板应用选择性表面处理技术时,卡槽端口主要采用板边插头（指状插头）设计,以达到贴装后重复插拔的目的,这对于插拔部位的使用寿命有着严格的要求。常规指状插头镀金工艺完全可以满足要求,但由于市场竞争、原材料价格上涨、环保、人工成本上升等多重压力,插头位用热风整平替代镀金工艺也已被行业广泛应用（如图1所示）。

图1 选择性表面处理类型例图

在国家“双碳”目标的背景下,节能低碳已经成为产业链共识,我司通过技术创新对现有产品结构进行改造升级,开发了低碳环保的选择性锡膏钢网印制技术,在选择性表面处理工艺上取得了良好的效果。钢网印锡膏替代热风整平焊锡对企业的成本节约和环保指标起到了积极的推动作用,对行业产生了积极的影响。

1 工艺原理

选择性ENIG＋HASL工艺的原理是在不需要热风整平的位置用热固性抗镀油墨或耐高温胶保护插拔指状插头的位置,对用于焊接或外露的其余部分先浸镍金,然后用可剥胶或耐高温胶保护已沉镍金的区域,仅让插拔指状插头位做HASL。

电镀金盐不仅是贵金属,而且毒性很大,增加了污水处理的成本和压力。如对指状插头表面处理采用热风整平焊锡替代电镀镍/金的局部焊盘或指状插头,最终将节省成本并减少污染。但选择性HASL工艺需要经过耐高温胶的烘烤过程,不仅耗费人工、时间和成本,而且HASL生产过程会产生大量废气、废水等问题。为此,创新性地采用钢网印制锡膏代替HASL的作为选择性表面处理的方法,成为一种更具成本和环保优势的解决方案。

2 工艺流程及问题点说明

对选择性热风整平焊锡与印刷锡膏工艺进行比较,相关工艺流程与技术问题点如图2所示。工艺流程中常规的自开料至图形蚀刻、阻焊形成及化学镀镍/金都是相同的,此外不再陈述。

3 选择性丝网印刷锡膏工艺

选择性丝网印刷锡膏工艺,使用的丝网为聚酯系列丝网,锡膏主要成分为锡粉和助焊剂。高温后锡表面会形成一层近乎透明的助焊剂残留物,会影响SMT将表面安装元器件平贴于印制板表面连接盘上,需要及时清除。清洁方法一般使用纤维签擦拭锡面,不仅擦拭效果差导致发黑,影响美观,而且容易伤及印刷锡膏附近的其他电路板区域。

锡膏丝网印刷呈现为微小的锡金属颗粒,锡膏中的细小颗粒会粘附在不需要上锡的沉金面或阻焊面上,肉眼极难检出。经IR炉高温后,使得锡颗粒与沉金置换或反应,形成类似于“沾锡”不良现象导致报废（如图2所示）。

图2 选择性热风整平焊锡及其替代方案的流程对比图

4 选择性钢网印刷水溶性锡膏工艺

4.1 制作方案

钢网印刷水溶性锡膏工艺,可以避免聚酯系列丝网寿命短且存在“沾锡”现象。水溶性锡膏可用水清洗干净,既降低了生产成本,又符合环保的要求；避免了普通锡膏印刷残留过多,要用专门清洗剂来清洗,若电气性能不够理想,则严重影响了产品品质。

经过对钢网开孔调整下膏量,取得较好的印刷效果。在助焊剂的残留问题上,使用了水溶性锡膏替代普通锡膏。经过IR炉再流和成品清洗线热水洗后,局部焊盘或指状插头位置上的锡膏助焊剂残留可以清洗干净,避免人工擦拭。其中IR炉输送速度：1 m/min,区间温度条件从130 ℃→180 ℃→210 ℃→230 ℃→250 ℃→200 ℃；成品清洗线热水洗温度：60±10 ℃,烘干温度：80±10 ℃,输送速度为3 m/min。若采用了全自动印锡膏机（输送速度：600 mm/s,印刷速度：150 mm/s,刮刀压力：0.15 Mpa、钢网厚度0.06 mm）与IR炉（如图3所示）连线,大大提高了效率和质量。

图3 全自动印锡膏机与IR炉连线图

4.2 可靠性测试

依照相关检测标准,对使用该技术制作的PCB成品进行可靠性测试,其测试结果满足相关标准的要求,具体测试结果如图4所示。

图4 可靠性测试结果图

5 结果及分析

替代化学镀镍浸/金＋电镀镍/金的4个方案结果,进行成本、品质、环保和效率综合比较,具体结果如图5所示。

图5 优点对比图

6 结论

选择性钢网印刷水溶性锡膏工艺技术是一种新型环保型表面处理工艺,不产生废料和噪音,有效减少废水和废气的产生。此外,测试结果表明,产品的可靠性能得到有效保证,满足印制电路板的性能标准和客户的需求。生产过程短小简单,工艺技术非常容易掌握,突破了沉镍金＋电镀镍金表面处理工艺的高成本、环境污染和沉镍金＋热风整平表面处理工艺存在的贴高温胶或可剥胶的物料人工高成本、热风整平环境影响和批量化操作等问题的局限性。实现成本、品质、环保、效率、可量产化多方面的绝对优势,最终达到“双碳”目标所倡导绿色、环保、低碳的生产方式,有利于引导绿色技术创新,满足产业的可持续发展。