關(guān)于PCB化學(xué)沉錫常見(jiàn)技術(shù)問(wèn)題的分析研究與改善

趙金亮

【摘要】 PCB沉錫工藝是為有利于SMT與芯片封裝而特別設(shè)計(jì)的在銅面上以化學(xué)方式沉積錫金屬鍍層，是取代Pb-Sn合金鍍層制程的一種綠色環(huán)保新工藝，已廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品、五金件、裝飾品等。印刷線路板有兩個(gè)較為常用的工藝：噴錫和沉錫。噴錫，主要是將PCB板直接侵入到熔融狀態(tài)的錫漿里面，在經(jīng)過(guò)熱風(fēng)整平后，在PCB銅面會(huì)形成一層致密的錫層，厚度一般為1um-40um。沉錫，主要是利用置換反應(yīng)在PCB板面形成一層極薄的錫層，錫層厚度大約在在0.8um-1.2um之間，沉錫工藝更普遍應(yīng)用在線路板表面處理工藝當(dāng)中。本文就PCB化學(xué)沉錫導(dǎo)致的可焊性不良的問(wèn)題進(jìn)行詳盡的分析與研究，希望能給業(yè)界同仁一點(diǎn)啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】 化學(xué)沉錫 噴錫 可焊性不良

一、前言

作為電子產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的基礎(chǔ)工程，印制電路板（PCB）已是現(xiàn)代電子設(shè)備不可缺少的配件，無(wú)論上天下海之高端電子設(shè)備，還是家用電器和電子玩具都少不了負(fù)載電子元器件和電信號(hào)的PCB，PCB是隨著整個(gè)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。沉錫工藝是較為常見(jiàn)的一種線路板表面處理技術(shù)，主要目的是為了保證電子元器件和線路板之間連接的牢固、可靠，使電信號(hào)的傳輸更加穩(wěn)定，由此可見(jiàn)，沉錫技術(shù)在線路板制造工藝中的應(yīng)用還是十分重要的。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，化學(xué)沉錫也是有很多技術(shù)難題，沉錫不良、表面變色、厚度不均、厚度超差等等，這些問(wèn)題了一直困擾著技術(shù)人員，本人根據(jù)這么多年的工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自己扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，就化沉錫不良問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的剖析，具體如下。

二、 化學(xué)沉錫常見(jiàn)技術(shù)問(wèn)題分析

化學(xué)沉錫是PCB沉錫工藝的一種，應(yīng)用較為普遍，其工作原理是通過(guò)改變銅離子的化學(xué)電位使鍍液中的亞錫離子發(fā)生化學(xué)置換反應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是電化學(xué)反應(yīng)。被還原的錫金屬沉積在銅基材的表面上形成錫鍍層，且其浸錫鍍層上吸附的金屬絡(luò)合物對(duì)錫離子還原為金屬錫起催化作用，以使錫離子繼續(xù)還原成錫，其化學(xué)反應(yīng)方程式為2Cu+4TU+Sn2→2Cu+（TU）2+Sn。化學(xué)沉錫層的厚度大約在在1um-40um之間，表面結(jié)構(gòu)較為致密，硬度較大，不容易刮花；噴錫在生產(chǎn)過(guò)程中只有純錫，所以表面容易清洗，正常溫度下可以保存一年，并且在焊接的過(guò)程中不易出現(xiàn)表面變色的問(wèn)題；沉錫，錫厚大約在在0.8um-1.2um之間，表面結(jié)構(gòu)較為松散，硬度小，容易造成表面刮傷；沉錫是經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，藥劑較多，所以不容易清洗，表面容易殘留藥水，導(dǎo)致在焊接中易出現(xiàn)異色問(wèn)題，保存時(shí)間較短，正常溫度下可以保存三個(gè)月，如果時(shí)間久會(huì)出現(xiàn)變色。化學(xué)沉錫板的主要缺陷表現(xiàn)為錫面發(fā)暗、錫面污染導(dǎo)致的可焊性不良問(wèn)題，經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)分析及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，基本確定造成原因主要由以下幾個(gè)方面，首先，生產(chǎn)過(guò)程藥液拖帶消耗：因錫槽藥水具有粘度較大特性，致使生產(chǎn)帶出量較大，從而導(dǎo)致錫槽藥液消耗量大。同時(shí)，由于錫槽槽液大量帶入硫脲洗槽，造成硫脲洗槽銅含量上升快，影響生產(chǎn)板清洗效果，易產(chǎn)生生產(chǎn)板錫面發(fā)暗等缺陷，最終導(dǎo)致硫脲洗廢棄頻率高，浪費(fèi)固體硫脲；其次，烘烤時(shí)間不合適；再次，化學(xué)沉錫加工末期，因槽液拖帶嚴(yán)重，致使錫面清洗不凈，造成可焊性不良。

三、改善措施

根據(jù)上面的分析，我們采取相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行改善，首先優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，優(yōu)化前的工藝流程為：預(yù)浸錫槽→錫槽1→錫槽2→硫脲洗→一級(jí)水洗→二級(jí)水洗→三級(jí)水洗一級(jí)水洗→二級(jí)水洗→三級(jí)水洗；優(yōu)化后的工藝流程為，預(yù)浸錫槽→錫槽1→錫槽2→后浸錫→硫脲錫→一級(jí)水洗→二級(jí)水洗→一級(jí)水洗→二級(jí)水洗→三級(jí)水洗，此工藝流程大大改善了生產(chǎn)過(guò)程中藥液被拖帶消耗的問(wèn)題；其次，對(duì)錫槽的各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，然后經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證與確認(rèn)，找到沉錫的最佳工藝參數(shù)；再次，對(duì)烘板時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，不僅能有效改善板面質(zhì)量，還能提升生產(chǎn)效率，降低制造成本；最后，設(shè)備優(yōu)化，增加設(shè)備循環(huán)泵，循環(huán)量要求7-10T.O/Hr，加熱及冷卻，震動(dòng)設(shè)置為：開(kāi)10秒/關(guān)50秒。經(jīng)過(guò)一系列行之有效的技術(shù)手段，最終找到了化學(xué)沉錫不良的根本原因，并得到根本解決，效果如上圖所示。

四、結(jié)論及下一步工作方向

印制板的表面處理工藝中，化學(xué)沉錫作為一種表面處理工藝是近幾年的事，而其發(fā)展勢(shì)頭很猛，它能與免洗和低活性的助焊劑搭配，可以經(jīng)過(guò)三次以上的熱處理，檢查方便，儲(chǔ)存期長(zhǎng)，成本低。世界各地新工藝、新技術(shù)、新材料、新方法、新設(shè)備層出不窮，為線路板行業(yè)的高速發(fā)展提供了非常有力的支撐與保障。作為一名工程技術(shù)人員，就要與時(shí)俱、緊跟時(shí)代步伐，積極發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題與不足，腳踏實(shí)地改善，細(xì)心專(zhuān)研，并將成功經(jīng)驗(yàn)平面展開(kāi)，為行業(yè)發(fā)展與進(jìn)步貢獻(xiàn)自己更大力量！

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 徐歡『化學(xué)沉錫工藝的實(shí)踐及化錫產(chǎn)品共性問(wèn)題的分析與解決』， 2007 - 2007春季國(guó)際PCB技術(shù)/信息論壇

[2] 蘇章泗 『化學(xué)沉錫工藝初探』， 印制電路信息，2001（5）