印刷电路板考虑的因素包括板的物理与电气特性、尺寸稳定性、阻抗特性、Z轴延伸率、和均匀性与表面情况。所选择的材料的均匀性与表面情况可能影响最后的表面共面性。
对于主要由超密间距板所组成的多层电路板,原材料板层的选择不应该影响表面共面性。可是,超密间距产品,通常是以很密的电路为特征,要求板层具有光滑的表面 — 通常叫做“表面增强的”材料。这种板层的特点是高含树脂的聚酯胶片(resin-rich prepregs)反贴传统的0.0007" (
超密间距的成像
成功地对超密间距(0.020")的方平包装元件(QFP, quad flat pack)的焊盘进行成像,以今天的技术不是一个问题。而正是连接密间距元件的信号线与空隔对PCB制造商产生了成像的挑战。新的技术,如直接激光成像和投影成像,可能构成细线再生产的未来。可是,大多数PCB制造商现在还正在使用传统的紫外(UV)接触印刷,用铰链连接的玻璃框架来改善原版的前后对位,结果造成离位印刷。这个技术还可以生产低至0.003"的线与间隔。可是,使用下列技术的某些或全部将改善细线的成像合格率:
一)曝光单元的高度校准的光
二)较精密的曝光源
三)显影剂化学品的良好控制,首选一种供给与排放(feed-and-bleed)系统
四)在曝光之前从干胶片上去掉覆盖纸
五)采用较薄的(0.001")光刻胶(photoresist)
蚀刻
和超密间距成像一样,对PCB制造商的挑战是精细的导线及其空隔,而不是QFP。精细线的蚀刻决定于设备的条件和要蚀刻的铜箔厚度。通过采用超薄的铜箔,可实现较高的合格率。但在蚀刻精细线产品之前,设备必须设定。这个可以通过显影一个有0.002~0.003"的线与间隔的小型试验图案来完成,一步一步地、均匀地在一个标准尺寸的板上重复。使用这个试验图案,板从蚀刻设备中通过,从板的顶面测量线,然后与低面相同位置的进行比较。也必须比较板的前缘到后缘的以及从右到左的导线宽度。如果导线宽度的结果数据相差大于0.0005",蚀刻设备必须微调。因为有许多不同的蚀刻设备,所以微调是不同的。可能改善横越整个板和从顶面到底面的蚀刻均匀性的调整包括:
一)将喷嘴延长器增强到汇流管。这将使喷嘴位于更靠近板表面的位置,当它穿过蚀刻室时。
二)改变延长器的长度,使中心喷嘴最靠近板,然后逐渐地减少长度直到最短的对着外室边缘。
三)减少顶部与底部汇流室的喷嘴数量,使压力更高。
四)增加阀到汇流室喷雾管道的入口端,允许溶液压力控制。
五)另外的调整可能是必要的,以达到所希望的均匀性。
阻焊层(Soldermask)
对大多数PCB的首选阻焊材料是一种液体可感光(LPI, liquid photoimageable)材料。在设计超密间距QFP的阻焊层时,采取了两个方法:
一个开孔块(open block),有时叫做“成组间隙(gang clearance)”,盖在一排水平或垂直的焊盘上。这种设计要求焊盘之间没有阻焊层,而当将布线图定位于板时得到标准的制造误差。
另一种设计要求焊盘之间有阻焊层,经常叫做“网”或“挡板”。使用标准设备,网可成功的生产小至0.003"的宽度,但要求对阻焊材料显影的非常好的过程控制。任何过量的底部掏蚀都将引起这很窄的网剥落电路板。因此,当使用标准的每边增加阻焊层间隙0.002"(最小网的厚度为0.003")的方法时,焊盘之间的间隙必须最少为0.007"。可是,使用没有网的板可达到非常好的结果,只要阻焊层图形与块的间隙充分。
模板密封(Stencil Gasketting)
得到良好的模板密封的一个关键的、有时候不受注意的PCB特征,就是相对于抛光的焊盘高度的阻焊层厚度。为了证实这一点,做了许多测试板,从
第二批板是这样生产的,在
其它可能造成密封不良的区域包括:
1从单面板的元件面堵塞的通路孔
2堵塞不良的通路孔,在通路孔顶上留下皇冠状的阻焊层,它可能比焊盘高出0.004"
3 QFP轮廓的图例油墨
表面处理技术(Surface Finish Technologies)
PCB的可焊性表面可能影响模板印刷和元件贴装。在一个测定PCB表面末道漆怎样影响模板印刷过程的试验中,选择了三种最流行的板的表面处理方法:热空气焊锡均涂(HASL, hot-air solder leveling)、有机可焊性保护层(OSP, organic solderability preservatives)和浸镍/金(immersion nickel/gold)。使用相同的印刷机和印刷参数,试验处理每个板都是使用同一个锡膏和模板。虽然锡膏体积对比面积对每个板都是测量30次,但这个试验显示板的类型之间没有太大的变化。可是,变化在HASL表面处理上显示稍微大一点。因此,焊锡均涂可影响锡膏印刷,并造成从焊盘圆顶上的焊锡掏空和遗漏。小的贴装问题也可能是由于焊盘表面不平的情况引起的。
HASL是大多数穿孔和某些表面贴装板的首选表面处理方法。要进行HASL表面处理的板必须首先完成预处理,包括清洁、预热周期和上助焊剂。
立式HASL设备。当使用这种设备时,板垂直地浸入一个熔化焊锡的深锅内,当焊锡从桶中退出时,用热空气刀(hot-air knife)“挤出”。一个缺点是QFP不能以一个角度退出空气刀。那些沿长度方向对着空气刀的焊盘通常太薄,产生金属间的可焊性问题,而那些平行于空气刀的通常焊锡过厚,可能引起短路。居留时间是立式设备的另一个问题 — 板底可能浸在熔化的焊锡中比标定的居留时间长四五秒钟。
卧式HASL设备要求与立式的同样的预处理。卧式设备是一个传送带系统,在通过热空气刀之前,把板通过一个循环的焊锡炉。板可以
有机可焊性保护层(OSP)是用于保护铜不氧化的临时性涂层。OSP提供了一个解决办法,满足对PCB焊盘的均匀一致的共面性和消除密脚连焊的要求。苯并咪唑(benzimidazole)OSP可用于水清洗和免清洗过程,不产生有害废物。试验表面,OSP涂层的板的可焊性保持超过一年。
OSP施涂在光板上,作为制造过程的最后一步。它们可在浸桶中使用,但首选卧式传送带淹没浸泡工艺。后者提供更紧密的过程控制和更大的涂层均匀性和厚度,可产生0.00003 ~ 0.00004"的均匀涂层。
最后,OSP表面处理是比浸镍/金法更低成本的工艺,而同时提供很平的表面。在不好的一面,关注的地方包括,是否最后的表面可忍受多次的温度周期,如果免洗助焊剂真正兼容的话,是否可熔湿性和货架寿命是可接受的。当在波峰/回流焊接过程中使用氮气时,OSP表面处理可能是一个更艰难的过程。
浸镍/金(Ni/Au)。金是非常好的可焊性表面,镍的作用是电镀铜与金的很强的壁垒,防止氧化,延长货架寿命。
浸湿过程只电镀那些上过阻焊层之后的暴露区域,使镀金成本最小。这个过程是这样的,首先是无电镀镍涂层0.000015 ~ 0.00002",接着浸0.000003 ~ 0.000005"的金。
在金上焊锡的一个问题是,焊接点被削弱。另一个问题是金的成本。可是,在PCB制造期间密切注意板的准备工作,可将成本保持在最低水平。有成本效益的板的准备工作包括,将所有不要求可焊表面的板的区域覆盖。在镀金之前,应该修改阻焊图案,以保证所有铜边都被覆盖,因此金只镀在要求的PCB区域。
结论
今天,超密间距技术的成功的PCB制造商不仅要完全理解顾客的要求,而且要具有能力,提供更高的第一次通过装配合格率的各种可替代方法。如果出现元件贴装的共面性问题时,制造商必须提供标准HASL表面处理方法之外的可替代方法。镀镍/金法和OSP法两者都将得到非常平的表面,用于元件贴装。
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杭州辛达狼焊接科技有限公司是一家专业研发、生产和销售低、中、高温钎焊用助焊剂的科技型企业。产品主要有免洗助焊剂、铝锡焊助焊剂、不锈钢无铅助焊剂、普通型不锈钢锡焊助焊剂、无铅烙铁头专用高效助焊剂、铝/铜异种材料钎焊助焊剂、铜合金用中温膏状助焊剂、中温膏状铝助焊剂和焊膏等系列产品,广泛应用于电子、电器、制冷和汽车等领域。
公司建有助焊剂研发中心,拥有2名博士和多名助焊剂专家,并与哈尔滨工业大学在助焊剂领域建立了密切的科研合作。