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常用无铅镀层技术的特性

 更新日期: 2007-10-16 9:35:13  作者:     来源: pcbtn


       欧盟WEEE与RoHS指令于2006年7月1日正式实施,直接对电子电子行业造成极大的冲击。欧盟WEEE与RoHS指令要求生产国、生产企业必须负责电气、电子产品的回收工作,同时亦对电气、电子产品中的有害物质提出禁用要求。
 

       RoHS指令禁用物质量化指示:

Pb(铅)              <1000×10-6即1000ppm
Hg(汞)              <1000×10-6即1000ppm
Cd(镉)              <100×10-6即100ppm
Cr+6(六价铬)         <1000×10-6即1000ppm
PBB(多溴联苯)       <1000×10-6即1000ppm
PBDE(多溴二苯醚)    <1000×10-6即1000ppm 
  

       由于欧盟WEEE与RoHS指令的实施,市场上出现各种的无铅镀层材料和技术。而一般也各有各的强弱点。下图是各种常用技术在一些重要特性上的比较。读者可以从中了解到各种存在技术的特性和存在的原因。例如Ni/Au在保护性能方面有很好的性能,但却存在成本很高、库存寿命较低以及IMC影响可靠性的问题。OSP具有成本、加工温度低和工艺容易的优势,但质量的稳定性、库存寿命和对Flux的兼容性上却是用户所担心的。基本来说,没有一种技术是具备绝对优势的。如果从整体较平衡的角度来评估的话,ImAg似乎较具有优势。这就是近来ImAg被美国为主的用户所欢迎的原因。尤其是当其成本下降之后,已成为具有很大发展潜能的技术。

     镀层技术

      性能    HASL       ImAg   ImSn      OSP    E-Ni/Au Flash gold
             热风整平 化学沉银  化学沉锡 抗氧化 化学镍金 电镀镍金
库存寿命(月)12 12 12 6 6 12
生产成本   低 中 中 低 高 高
镀层平整性 低 高 高 高 高 高
焊接次数  4 5 5 3 4 5
加工难度  高 中 中 低 高 高
加工温度(℃)240 50 70 40 80 50
镀层厚度(um)1-25 0.05-0.2 0.8-1.2 0.2-0.5 0.05-0.2 0.05-0.2
厚度可控性   低 中 中 低 高 高
润湿性   高 高 高 中 中 中
Flux兼容性   高 高 高 中 高 高
IMC影响  中 低 中 低 高 高

       HASL热风整平:由于成本低和使用习惯而受欢迎,日本较看好这技术而有较多的研究投入。主要是在SAC以及SnCu合金上。但欧美不看好它的发展。主要基于其平整度问题、高温加工问题以及工艺对员工有健康风险等考虑。HASL能够提供和焊料合金完全匹配的材料,有很好的润湿性。但它会有IMC增长以及对PCB绿油不利等问题。所以发展情况不是很肯定,是否最终会被广泛接受,得看大多数用户对工艺和质量的敏感程度,OSP和ImAg的成本竞争状况,以及用户们是否能够舍弃这传统的工艺而定。 
 

      ImAg化学沉银:在常用技术中,ImAg相对是门较新的技术,而其被看好也是最近几年的事。ImAg在各方面都表现不错,是个表现“均衡”的技术。加上其加工技术上的改善,使成本得以下降,虽然仍高于HASL和OSP技术,但低于ImSn和Electroless Sn,尤其低于Ni/Au许多能够处理Ni/Au在键合以及接触点的应用上,使这技术被业界看好,有很大的发展潜能。 

     ImAg技术上的好处包括平整度高,导电性强,IMC(Ag3Sn)较其他镀层材料的IMC坚固,加工温度低(一般46度),润湿性好以及库存寿命长等等。 

      纯Sn技术:采用纯锡的最大好处是和一般含Sn量高的无铅焊料焊接后没有IMC的问题。但焊盘(铜)镀层加工后形成的SnCu层增长很快,造成库存寿命不长。在早期,纯锡镀层的质量很不稳定而曾经一度不受欢迎。近来在工艺上的改进(使用“白锡”和所谓的“FST”)使这门技术又开始被接受。有些供应商甚至认为它将成为无铅技术中PCB镀层技术的主流。不过这必须在Whisker,镀层加工后的IMC增长,以及锡瘟等顾虑得到较好的处理后才可能出现。 
 

      镀纯锡技术以所有三种常见工艺出现。即电镀、无电极电镀、以及浸镀技术。无电极电镀技术,由于Electroplated电镀纯锡技术中存在的金属须以及镀层厚度不均等问题而取代它。新的Electoplating电镀纯锡技术,有报告说通过电镀液配方造出较大多边形结晶颗粒结构以及采用‘白锡’,可以防止金属须的产生。加上其相对简单的工艺,使Electroplating技术又再抬头。ImSn由于成本低和工艺简单,在纯锡镀层中的应用已经广泛。ImSn在焊接工艺上被认为是表现最接近SnPb技术的(无铅技术中所有的材料工艺表现都不如传统的锡铅材料),但由于浸镀技术对厚度的控制能力不强,镀层厚度一般只有1.5um或以下。这使这门技术的库存寿命受到较大的威胁。 

       近来出现的另外一种新技术,是在浸锡前在焊盘表面镀上一层‘有机金属’。实验证明这工艺能够减小纯锡应用中IMC层的增长速度。使纯锡应用的地位又进一步得到提升。 

       Ni/Au技术:Ni/Au技术的好处是表面平整度高;可以承受多次的焊接(Ni可以承受多次加热而不会有底层的Cu溶蚀现象);库存寿命长;容易和多数焊剂兼容;Ni层能够阻止Cu溶蚀入焊点的Sn中而形成对焊点不利的合金,对焊点寿命有利(但Au对焊点不利而必须给于量上的控制)。Ni/Au的弱点是成本高,以及不适用于所有绿油。而且Au镀层厚度以及后续焊接工艺的控制不好时会造成焊点可靠性的损失问题。 
 

      常用的Ni/Au电镀技术有无电极电镀Electroless Ni/Au(简称ENEG)和Electroless Ni/ImAu(简称ENIG)两种。其中ENIG使用较多,Electroless技术其次,市场上虽然也有有电极的Electroplated Ni/Au但供应较少。 

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