电路板多数以工作尺寸制作到止焊漆作业完毕,之后会进行金属表面处理、外形加工等后加工程序,以配合组装所需要的规格,这些都是电路板后加 工制程涵盖的范围。
为使电路板后续组装顺利,分片、外形加工等尺寸切割处理是必要的工作,而为了获得好的组装连结,会对接点表面作出适当的金属处理。因多数电路板厂都有广大的客群,因此随各家需求的不同,后加工程序也可能会有不同 结果。蘑反以所示为后加工流程范例。
完成止焊漆的电路板,会进行接点或端子的金属表面处理,其后依据组装需求将工作尺寸电路板切成合适的大小与形状,再经过清洗或排在较后段的金属处理、检验、包装出货。
金属接点及端子的金属表面处理,主要是为了装载、连接各种电子元件而作。常见的电路板金属表面处理如图1所示.
现在最普遍用于焊接的焊锡为63/37的共熔锡铅组成,但由于环保因 素未来将禁用含铅产品,因此有各种替代方案被提出。无铅焊锡目前所见的方 案有Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Bi、Sn-Cu等,种类虽多但因都为锡膏, 在组装方面似乎物料不是问题。但在电路板的金属表面处理方面,就无法找出 完全兼容的产品。
(1) 喷锡(HASL -Hot Air Solder Leveling)
电路板完成止焊漆涂布之后,必须将暴露于空气中的铜面保护起来,在铜 面上附着一层焊锡就是其中一种方法。由于一般用于电子焊接的焊锡,熔点大约在200°C以下,若熔成一炉融熔的锡就可以直接用浸泡的方式在铜表面覆上 一层焊锡保护膜。而这些銲锡又恰与未来焊接所用的锡组成相当,有利于元件 的组装。但是浸泡的方式,电路板板面的锡沉积量将会过高且未受控制,因此 以高压热风刮除表面的多余锡量并吹出通孔内的残锡,以达成保护铜面、孔内壁的目的。
一般的喷锡处理程序为:脱脂—微蚀—酸洗—干燥—助熔剂涂布—HAL—冷却—清洗—干燥
HASL是将电路板浸泡在熔融的焊锡中,在拉出时用风刀将高温高压的空气吹在面板上,以控制焊锡的厚度。由于短时间热风要将整个板面整平相当困 难,因此组装元件时较细的铜垫会有安装问题。由于喷锡完的瞬间,锡尚未完 全冷却凝固,因此水平置放一般会有较好的厚度分布。当然水平式喷锡和垂直 式喷锡的锡厚度不尽相同,一般的经验水平喷锡的均匀度又比垂直略好,但水 平喷锡机的维护比较麻烦。不久的未来,由于环保议题的无铅诉求,产生了喷 锡制程是否会继续使用的疑虑,焊锡的选定已成当务之急。
(2)有机保护膜(0SP)注113
在止焊漆未覆盖的铜面覆盖耐热性的有机保护膜,是另一种金属表面处理 的方式,也有称此为预助焊剂,因为紧接着的制程是焊接元件。由于新鲜的铜 面才有可銲锡性(Solder-ability),如果能以有机析出层保有新鲜的铜面就 可以保有后续的銲锡性。其实并非所有的有机保护膜都有助焊性,除了少数的 松香系列保护膜外,多数的保护膜只有保护功能。因此在接下来的焊接时,保护膜必须与助焊剂有兼容性。一般而言如果使用有机保护膜,其焊接所使用的 助焊剂活性需要略强,较强的助焊剂可以使有机膜在热环境下分解并使锡与铜 底材直接连接。
现行组装常有超过一次以上的重熔制程,因此有机膜必须通过一定的耐热 考验才能胜任。
(3)选择性焊锡电镀
在线路电镀法制作线路的制程中,可以将焊锡直接电镀在线路区作为蚀刻阻绝层,蚀刻后先将光阻膜剥离,再作第二次的光阻膜选别将要保留的銲锡区 遮盖,之后以剥锡液将未覆盖区去除,保留需要銲锡的区域作为焊接之用。此 种作法必须在线路电镀时执行,若线路已形成则失去了导线就无法执行,因此 多数仍以喷锡制程制作焊锡涂布。
多数焊锡电镀探用的是锡、铅的氟硼酸盐电镀系统,部份使用者采用 有机酸电镀系统,电镀出的焊锡组成约为锡铅比60/40。
为焊接而作的电路必须控制铜垫上的析出量,因此电流密度及分布都必须 管制,否则不但厚度会偏离可能组成也会偏离。
(4)镍/金电镀
多层电路板及高密度增层板,在某些应用上会有裸晶组装、元件组装混用 的现象。近来由于有机封装板的逐步成长,BGA、PGA、CSP等封装板会有 打金属线(Wire Bonding)的需求,这些需要进行bonding的电路板必须进行 全板镀镍金处理。
常见的镀层厚度,镍大约需要1-5 m、金则需要约0. 05-0. 75m, 氨基磺酸镍镀液因为镀层应力少而被大量探用。
一般用于镀金手指的镀金系统并不适用于打线镀金,有金属系统添加剂的 镀液都会使镀层成为硬质。硬质金在连接器应用方面有良好的耐磨性,软质金与纯金相近,较适合用于打线。由于是使用电镀析出,因此电镀区必须与电极 有接线导通,再在电镀后切断。由于残线在电路板内具有天线效果,部分厂商 在电镀前以光阻将连线阻绝,电镀后将光阻剥除并将接脚蚀除,因而有所谓的 回蚀(Etch Back)制程,这与早期美国军方所谈的除胶渣Etch Back不是同 一件事。
制作化学镍/金^16时并不须要使用电流,所以无须线路连通,对电路板制作的弹性大幅提升因此受到重视。多数厂商进行化学镍制程.时,是以次磷酸盐 为还原剂,触媒与化学铜系统类似。由于探用磷酸盐系统还原剂,析出的镍会 有磷共析的现象,而磷含量会影响镀层的物性,因此共析量必须加以控制。
化学金析出基本上分为置换金系统及还原金系统两种,现在大部分所使用 者为置换的化学金,所能制作的金厚度约为0.05-0. 1m或此数值以下的 薄镀层。厚镀层的应用仍以还原金较适合,部分的应用达到0.5m。进行 金置换时由于与镍面有离子交换所以会生成针孔,但还原金是使用触媒析出故 较无此现象。化学镀金溶液多为氰基系统,由于此类物质会伤害止焊漆有机层,某些厂商正努力于开发亚硫酸金系统.
对于封装板使用打金线组装的应用而言,会要求高纯度且厚度较厚的金鑛 层,至于以焊接为主或打铝线的产品应用而言,则会要求较低的镀金厚度。
电路板为符合最终组装需求,必须成型及机械加工外形尺寸,而SMT加工和PCBA加工的自由度高可以适应多种需求。为了组装效率问题,组装作业会在许多单一 电路板整合在一起的状况下先行组装。在零件的组装测试后,再进行分割单片 的工作。为了使后续分割容易,电路板常作折断V形槽加工、折断孔钻孔加工 等,以使组装后处理容易。对产品外观要求较严的产品,切割会采用铣床 (Router)作外框加工,对较不严格的产品也有使用冲床加工的模式。此阶段同 时会进行组装工具孔的制作,部分过大的非电镀通孔也可在此加工。至于界面卡产品,由于时常插拔因此为使操作顺利会进行倒角修整.
进行完整体机械加工后,电路板面会有不少的粉屑必须去除,因此必须进 行最终的清洗动作以除切削粉或加工时的污物,干燥后再经过出货检查的作业 即为成品。
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