5G

錫鉛電鍍的演進

2003-06-15 19:57发布

正y路板的u作皆采“sp法”制程(Subtract Process)以完成板面的路。而其外影逯跋褶D移,在正片阻┓柏片阻┓ǖ谋容^上,又以后者橹髁鳌<丛诙尉路~后,必再“aU合金印碑成耐g刻用的“金僮保酝瓿晌g得到路。之后,路表面的aU舆需^嵊突蚣t外的重熔,橄掠魏附拥幕刈龊洹4说取半aU”的制程,二十多年碓出F^的重要配方,大s有下列四N:
1.氟硼酸式市筒垡(Fluroboric Standard Bath)
此PCB界在80年以前aU的什垡海渑浞郊白Il件如下:
M成份 操作 最佳
二rax子 50-55g/l 52g/l
Ux子 27-33g/l 30g/l
游x氟硼酸 100-200g/l 100g/l
游x硼酸 25-27g/l 25g/l
蛋白(Peptone) 5-6g/l 5g/l (干量)
O流密度 25-40ASF 30ASF
液 15-38℃ 25℃
由於此N槽液系采氟硼酸(Flurobric Acid)配制,其中煞N金僖捕碜苑鹚猁};原性很,不易出F四ra之不良沉瘴铮沟貌垡狠^榉定。但在高流榉乐蛊渖L“枝”F象(Treeing)起,必加入蛋白|水解的一N中途a物,即蛋白(Peptone)者做橹愿纳破溴悠焚|。
此NPeptone的用量高_5g/l,L期操作后不免造成槽液的S混幔霈F乐氐挠C污染。致使槽液每三月必做一次大5幕钚蕴刻恚ミ^多的s|及已分解的有C物,以p少aU釉诤罄m“熔合^程”中所a生馀(outguessing)以及sa(Dewetting)的缺失;KMbr焊a性不良的}得A先排。但此N配方π】咨羁字绣拥木蚍植剂Γs深感吃力,因而到了80年代以后,上述“叔aU液”就被新一代“高分蚜π汀钡牟垡核〈恕
2.氟硼酸式高分蚜Σ垡(High Torugh Bath)
下述高分蚜Σ垡海渥畲蟮母淖是降低金俪煞荩黾印坝坞x氟硼酸”含量至原有者4倍之多,以加也中拥姆押簟F涑杀倦m可金(Sn Pb)p量上有所省,但另一方面s因游x氟硼酸用量上的大幅增加,反而е鲁杀旧仙G檠a充“氟硼酸”的水解起,常不嗵砑蛹氨M量使“硼酸”和,以S持正常的作I。而槽液的臭狻⒎c硼的公害、Peptone淼嚷s依然我o法[。此一代槽液在I界所流行折限已超^“室骸保媲夷壳叭杂腥嗽谑褂谩F渑浞饺缦:
M成份 操作 最佳
二rax子 12-20g/l 15g/l
Ux子 8-14g/l 10g/l
游x氟硼酸 350-500g/l 400g/l
游x硼酸 和 和
蛋白(Peptone) 2-7g/l 5g/l
O流密度 15-20ASF 20ASF
3.非蛋白龅腻液(NoN - Peptone Bath)
上述煞N槽液中所加入的蛋白鍪冀K是麻┑碓矗熟80年后期即出F一N“非蛋白觥笔降腻液。此乃另加入某些“非x子性界面活化(Non C Iornic Surfactant)做樘娲罚硪员3皱液澄清免受有C污染。但s因其高低流腻aU分配不均,常在孔壁上形成U量^多的皮膜而不易M,a板在“焊a性”上^有影。此等“非蛋白鍪健狈鹚岵垡海渖唐芬Pluntin LA最橹怯傻晃浑嗤Dr.Ing. Max Schlotter 所推出且L行很久,其配方如下:
M成份 操作 最佳
二rax子 22.5-45g/l 24g/l
Ux子 14-24g/l 14.1g/l
游x氟硼酸 68-220g/l 75g/l
Plutin LA щ} 9.8g/l
Plutin LA ㈠ 40mil
O流密度 10-40ASF 20ASF
4.其它不含氟的aU液
由於h保法令Ψ帕魉蟹锏脑试S上限15ppm,而氟的碇挥锌库}的沉辗ǎ荼u造大量的污泥。而放流水中所允S的硼含量列是低到1ppm,@N致癌物|的恚抢щy多多,因而Schlotter公司又在1988年l展出一N“烷基磺酸”(Alkanolsulfonate)或Q椤坝C磺酸”(Organic Sulfonic Acid,即榧谆撬)的槽液,完全放氟硼酸,可避免“氟污染”或“硼污染”所淼牡害及淼穆5ra的老化F象仍不易消除。
此槽液可用於子零件、接^及PCB的制程,其c很多:如腐g性低、四ra少、不再Ω赡ぷ┌l生“B”(Creep)、操作V、又旅堋⒛臀g性良好等。然而也由於其非水性的“添加毙柘热莒度偌屿恫垡褐校率共垡τ湍a生攻簦斐刹垡何廴炯板雍稿a性不良的p重苦馈2贿^近年OSA槽液在@方面已有很大改善,且a板(SMOBC)的大量流行,aUH只成“耐g阻焙螅沟缅涌梢p薄,rs短,至於焊a性更是完全不再要求了。
@N新式o氟的甲基磺酸aU,其流程c鹘y氟硼酸aU系列乎完全相同,H⑦M槽前的A浸液由10%的HBF3改成10%的OSA即可。不^其建浴M用sF了很多(每公升s_140元)。幸好液中不再使用Peptone,因而在臭味及Σ垡旱挠C污染上都大p低,免於活性炭的l繁怼?墒褂免@及球形O,在O面e及泳蛏暇^有利,其配方如下:
M成份 配槽量 最佳
甲基磺酸a 53ml/l (原液含量300g/l) 15g/l
二rax子 16g/l 14-22g/l
甲基磺酸U 24ml/l (原液含量450g/l)
二rUx子 11g/l 9-13g/l
甲基磺酸 190g/l (原液含量950g/l) 140-180g/l
抗氧化 2.5g/l 1.5-3.5g/l
添加 40mil/l 30-50mi/l
液 20-30℃
O流密度 10-40ASF 20ASF
二、Uc氟硼之公害
上述新出F的甲基磺酸aU液,m已排除蛋白龅溃s仍未走出氟c硼公害的啊6钊牡你U污染,s照哟嬖诤蠡疾灰选I鲜龈H做椤翱刮g皮膜”用的制程中榱艘埂般U”溶解才用到氟硼酸,故只要把“U”放掉,t“a液”H用稀硫酸即可配制,根本o需佑玫椒鹚幔涠咧σ簿妥匀幌於o形,然更不到昂F的有C磺酸液了。
三、U污染ch保毫
1.用途
人使用“U”的v史很早,古_Rr就知道U水管的用途。二十世o中更是大量出F在U酸蓄池,汽油中添加四乙基U(Pb(C2H5)4)成避震圃,用做焊料、水晶玻璃(多_30%的氧化U)、白色料(以|式碳酸U橹鳎且环Nr廉物美的白色涂料的主要成份,Q椤般U白”)、⑾x⑥r⒒畎嬗∷⒌你U字等,其公害碓纯烧f在大皆有y以避免。
2.性|
U在自然界中主要是以硫化U(PbS,方UV)的型式存在,可在平t中以高剡原法得到U金佟P虑谐龅你U表面,在空庵杆傺趸砂祷疑难趸U(PbO)皮膜,而能保oU炔坎辉偈艿揭徊降墓簟R蛴志呷彳性容易加工,故可用於屋的防漏、水管p,及a包皮等龊稀cU不易被}酸及硫酸腐g,因其表面梢硬蝗芙獾穆然锛傲蛩猁}。但s能溶於稀硝酸或庀跛嶂小
3.中毒
U及其化合物都有毒,且谌梭w瘸霈F累e效果而引起中毒。ι窠系y、c胃、造血M等都有乐赜绊。逗笳哂绕涿舾校鞘且檠t毒中主要的血基|,其合成^程中所需的五N重要酵素,都艿健般U抑制”之故。中毒常呈F面色n白、神┰铩⑹秤p退、神ey等病症。血液中只要存在0.5PPmr即l生血F象,到_0.8PPmr更е履X部疾病,如邮д{、昏睡、及d舻惹樾巍和w壬踔恋偷0.4PPm也l^敏、注意力不集中、智力下降等各N病情,而ξ闯錾奶浩溆绊更大。U由窠的侵害⒁l如垂腕、垂足等病l,是中毒最先出F的征象。
4.h保
在全球h保意R抬^的今日,诠ぜ肮的l生安全也跟著受到重。目前h保署最新l训摹胺帕魉省(民82-87年m用),其中U的允S舛戎挥1PPm而已。且近怼熬G色X”(Green Computer),“G色板材”(Green Materials),及“G色制造”(Green Manufacturing)高唱霄之H,各制造I莫不M量采{“污染”少及“公害”少的原物料,O及制程。路板制程中所用到的“aU印保跋掠谓Mb焊接所必涞摹昂稿a”(Solder),都受到了o情的挑稹PCB而言,想要取消“U”的⑴cK不困y,由於二次~后只要⒛臀gU的阻Q成a就可以了。故而o需全P改大痈筛辏φw流程的n糇匀徊淮蟆V领读硪环N“oU焊a”可就]有那N瘟恕
四、制程改及SMOBC的d起
路板鹘y制程一向以“熔a板”橹鳎ο掠魏附哟蚝没A。也就是在二次~之后另做12-15分的aU,去阻┘拔g刻后即得路系y,K⑵溷Ua釉诟刂屑右匀酆希Q椤叭坼a板”,F⑵涔τ眉叭秉cf明於下:
1.熔a的功能
a.熔a沿沿路w的攘飨拢新懵兜你~面都以熔a予以披覆,使~面在L期使用中受到M一步的保o,避免l生其他}。
b.在高厝酆线^程(Fusing)中,底~ca之g杆偕闪夹缘摹敖槊婧辖鸸不(IMC:Intermattalic Compound Cu5Sn6),而板面的孔h、孔壁或焊|均具淞己玫摹昂稿a性”,有助於游的焊接Mb。所采用的熔合制程有油熔法(或Q炸油)、K溶法、t外熔合法、庀嗳酆戏ǖ取
但此N鹘y“熔a板”s有下述y以避免的缺c,因此必改用更好的SMOBC法,以因掠魏稿a性的要求。
2.熔a板的缺c
a.由於“aU印敝幸压插上不少有C物,乐r谌酆(220℃)之r出Fsa(Dewatting)、a生馀菘(Outgassing),甚至o法熔合(Non-Wetting)等F象,ο掠瘟慵Mb的焊a性大有影。因而必常液M行活性炭聿拍罕F桨玻喈M事。
b.熔a后要加印G漆才能出,而到了Mb上M行焊接步Er,因榫G漆下的“熔a印保谑岬竭_熔cr(183℃)l生流樱斐删G漆的破p,o法^m保o板子本身,甚至藏污{垢z留害。
3.a板的d起
上述身先天性的缺c,已使得“熔a板”存在的面效果^大,因而不得不改采新式SMOBC的裸~a板做橐_@N“a板”的缺c又是如何,⒎治鲮逗:
A.c――
Ua釉谕瓿赡臀g刻的阻┙巧蠹葱除,使得G漆可以直接加印在裸~路上,Q之Solder Mask Over Bare Copper(SMOBC)。由於Mb焊(230℃)距x~的熔c(1083℃)尚h,在刀群附又衅渚G漆尤匀痪o附於~面上,z毫不受影,完全_到板的功能。且所之aU尤糁蛔鲎┯猛r即o需熔合,厚度也不必_到0.3mil以上(溶a板需_到0.3mil以上),其rg自可p半,流程也得以加速。焊a性不再v究r,液也o需再小心呵o,大可省s淼穆
所^a板(大gZ犸L整平,系直g自Hot Air Level ling),是先㈠aU之阻掉,再完成G漆,K⒖篆h孔壁及|~面做好清砗螅拱遄咏度廴诤稿a池龋谡M焊aK吹掉多N者而得到的板子,^之a板。
B.缺c――
H只成阻┑腻aU樱谕瓿晌g刻后要O法予以掉,不但要只增“除液”的制程及M用,其扣m的h保砀侨鄙俨坏谩G揖G漆后的板子需要做a(大gZ犸L整平,系直g自Hot Air Level ling)才能完工。如此多加流程倍增_N,成本y免仙<又a的囟瘸8哽度坼a,厚度均蛐砸膊蝗缛坼a。且因IMC劣化^快,焊a性的So反不如熔a板。
上述的分析比^,尉PCB本身立隹恚a板在是得不失;但若站在下游用舻挠^c,ta板又菰诒匦小P液媒辍邦A焊(Pereflux)M步很快,令a板有了代用制程,Ff明於后。
4.A焊┑穆沣~板
a.所轭A焊┚褪窃凇绑香基”(Rosin Base)助焊中添加若干“o~(如Imidazole),使涂布在G漆后已a的裸~w上(焊|或孔h孔壁),而能c波或a膏中的焊a配合,完成焊接的使命,@才是真正的裸~板。
b.由於香基A焊┾偃┬停诎迕尸F粘遢遢不清爽的F象,又不耐夭荒瘢且环N人的涂樱乙膊焕性y的M行。近年黼m有改M,但仍只在日系I界中流行而已。
c.水溶性做o~作用的皮膜樱钤缡Glicoat(Alky-Imidazole)制程,在裸~蚊姘逯幸咽褂枚嗄辏Q“整面怼(整理~面)。然而耐啬裥再|仍_不到多次焊接,及L期存放的可靠焊a性,故r於p面或多影濉
此水溶性o~┮霈F@一NEntek Cu-56恚@就是IBM系y所奉樯戏Φ摹氨今三氮唑”(Benxotriazole,QBTA),@可能量所有“裸~板”化W品中唯一的美式a品,榱吮3置孀右步常在{D上指定使用。因其所淼钠つど醣。静荒褚膊荒兀荒芏rgo~而已。
d.最新水溶性Preflux佾@有@Alky-Benzi-Imidazole(上村公司之商品Cu-Coat A),在耐衲厣弦延写蠓母倪M。常刂蟹胖冒肽旰笃PCB仍可耐得住a膏正反面,及波焊等三次高睾附幼I。@NCu-Coat Ao是在流程、O洹h保及操作成本上,ca相比都有^之而o不及。板子不但焊|表面非常平坦有利於SMT,且因全未接|高匚丛Γ栋遄拥钠教苟(Flatness)及“尺度安定性”也都大有助益,假以r日⒋笥腥〈a之荨
五、以a槟臀g刻阻
上述a板或真正的裸~板,需⑿量噱上的“aU印庇衷俚掉,榈闹皇堑挚埂胞|性含氨g刻液”那短短1-2分的攻舳选6a诱幽偷米∵@Ng。在o需^m兼下游的焊接起,其中好颜玫摹般U”大可之不,@就是近年I界已u改用“a”的方式,以代替aU的合金恿恕
1.配方
事上二ra的酸性a制程,早於20多年前即已V用於子零件_,樵鲞M焊a性的上,K非什N新d事物。如今D用於PCB耐g刻的新任丈希康母渭,根本o需理肮慑a”那种低(15℃)的s管理,所需的只是易的露面a佣选R韵录榇祟槽液的代表配方:
M成份 配槽量 最佳
硫酸aSnSO4.2H2O 35-45g/l 15g/l
二rax子 19-25g/l 14-22g/l
硫酸:CP 8.3-11.1% 10%(180g/l)
抗氧化(以σ槐蕉Hydroquione榇) 2.0-3.0g/l 2.5g/l
(以Triton-X-100榇) 40mil/l 40mi/l
液 20-30℃ 23℃
O流密度 10-24ASF 18ASF
2.
成本便宜――
上述配方可知,用於配槽的硫酸,在r格上已h比氟硼酸及有C磺酸更楸阋耍@然是由於不再用“U”的PS。o在建浴配槽或是后m的Soa充上,硫酸都是最摹F洳垡翰糠莸某杀局徽挤鹚岵垡旱囊耄绕鸺谆撬岵垡砀谝话胍韵隆
性能及效率^差――
因F罴a拥哪臀g性略d於aU合金樱试15-20ASFr,要到10分以上才能_到安全厚度的0.15mil。流密度增加r分布力(Throw-ing Power)反而差,而F行的氟硼酸aU在25ASF下,只需5-6分即可完全耐g,a在流程上似乎也居於不利地位。且因高流密度l怙@著,使得a拥某砷L反反比低流差。若H就^c而言,硫酸a槽液在分蚜Α㈥O效率、及管理y易上,的_都不如Hi-THROU的氟硼酸液,甚至也不如甲基磺酸液,极待改善及推V。
槽液中有溶┐嬖凇
由於高流种圃隗(Whisker)的添加┦欠撬苄缘模栌没旌洗碱(如甲醇或丙醇等)先加以溶解才行,如此⑹沟貌垡褐械娜┒噙_2-3%,比起甲基磺酸aU槽液中更多。兑话阌湍纬晒簦PCB及槽液同r受到影。且在高流密度惨桩a生猓坏y以上a樱炊q榕奥手攻粲湍W詈玫Σ呤歉牟筛赡ぷ樽⒂湍底烤干,以避免被槽液中的溶┧ΑW贤饩硬化之油墨尤其不能使用。
四ra淼穆
槽液中的“二ra”原不定,在空獾耐庠谘趸拢⒅u地出F“四ra”的微沉樟W樱a品|有相的影。由於粒子很^VC有r也不上忙,此r可采架高式的“溆貌邸f助怼T谛莨r可⒉垡撼槿氪洳壑校洳鄣卓桃饧友b2-3片洞口交e的“多孔塑z板”,o止液中的四ra微粒全迪鲁粒高^_孔落入底r,即可由“孔板”上方的水口放出澄清槽液流回槽使用。一般“四ra”粒子很yV清,即使加入特定的沉降(如Polyacrylamide)及活性炭o助^V,K再绦腥蹼解工序各N幼髦拢噪y以S持澄清多久。反而一旦因硭拥耐馕锴宄幢Mr,其影悠焚|的面效果s一定霈F。
全新做法――
此N二ra槽先天性a生四ra的},其毫化速率S操作而橹颖丁4四艘蜿极出F初生B氧的故,使得附近的四ralla生。箨I界的研究В环N“硫酸高”(Ce(SO4)2)的化W品,有抑制上述极附近氧化反男Ч陉O上又不ca形成共,是一N不p耗型相理想的添加V领獾恼文,在@方面至令尚^少述及。
a及其怼
g刻后路上的a作I,可用13-15%的}酸橹饕海砑由倭裤~x子及p氧水(采甲基苯磺酸c或酚磺酸c殡p氧水安定)成加速垡旱陌捕t可采用“g一硝基苯磺酸c”(15g/l),如此⒖杉涌焖俾始把娱L用期。F隹刹山g及a芍址绞竭M行。比起含氟或含硝酸的aU除液恚说认←}酸及氯化a,在U物砑芭欧潘南拗粕希家菀浊冶阋说亩嗔恕R话愫鸺昂U的U水,要做好硎呛懿蝗菀椎氖拢粢栏绦r,t成本楦q。
a右嗫闪粼诎迳稀
事上Νh保重的某些W洲S商,一向在PCB上都是采用光慑a做槲g~的阻焕魇胶感暂^好的aU印9饰g刻后即可直接於其a路上加印G漆。由於a熔c高_231℃,且在a㈦s有C物情形下,其熔c更高,在下游焊接中⒉恢略斐扇廴诹拥那樾巍H欢s也因烘烤G漆之故,使得a拥摹昂稿a性”劣化不已,至今尚y以改善。否t“a”一法早已o往不利,何要佑酶魇健板aU”,以及aUca等麻┎灰训亩喾N制程。
此外a有另一先天性y以克服的缺c,那就是在Lrg的老化中a生a(Whisker),故都路密焊|的板子很不m合。
六、Y
^去20多年路板界一向以“aU印椤熬路形成”之耐g刻阻伸董h保意R高q及社杀镜挠X醒,吨瞥讨械你U、氟及硼等公害,然要想Mk法杜^,K以底排除槟恕
s在三年前,田I界不惜增加成本,以“有C磺酸”的aU制程,先行[氟c硼的公害。近碛钟徐F睢板a”的制程推行,至此B“U公害”也可予以底排除,疑摇<僖r日待此更便宜的制程更槌墒欤槿I界J同之后,t此等U、氟、硼之公害⒊v史名~。
不^“a”只是成耐g刻的鹤┒眩潞筮要掉,以M行G漆及a。平心而@仍是Y源的浪M,不如a恿粼诎迕嫔希⊥昃G漆后另做“后怼币愿纳破浜稿a性,tBa也可省去,如此方楦纳萍pU的上策。但因aa生a,路密的板子不合m,或改用ac其他金俚暮辖穑碜龊附拥幕亍
在此一K极理想尚未_到之前,G漆之后的裸~焊|或孔h孔壁等,亦可采用耐啬竦摹邦A焊(Preflux)恚钩楹稿a性良好的“裸~板”,以代替成本居高及遭受(Thermal Stress)的a板。
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