電路板在表面處理製程上無鉛化之因應 - 技術論壇詳細頁

過去焊墊的表面處理方式，最簡單、最普遍且最便宜的製程是噴錫（Hot Air Solder Leveling；簡稱HASL），乃直接將PCB浸到約200°C融熔狀的錫爐中，再用熱風刮除表面多餘 ... 用戶名: 　密碼:   記住ID/密碼     免費註冊 忘記密碼?   智慧選料 | 化工字典 | 塑料指南 | 技術文壇 | 奈米專區   目前所在位置：塑料技術—技術文壇       電路板在表面處理製程上無鉛化之因應　　作者：李祺菁 一、前言 　　PCB最終焊墊之表面處理Finish製程的目的，是將原本在PCB上銅的焊環、通孔焊墊、零件腳處經金屬化或塗佈有機保護膜方式，使焊接處有沾錫性及銲錫性。

如果是未處理的銅面，由於銅易氧化而生出氧化皮膜，屆時這層氧化的表面就如同不沾鍋一樣，融熔狀的焊料根本就沾不上，而無法焊接組裝電子元件。

　　過去焊墊的表面處理方式，最簡單、最普遍且最便宜的製程是噴錫（HotAirSolderLeveling；簡稱HASL），乃直接將PCB浸到約200°C融熔狀的錫爐中，再用熱風刮除表面多餘的焊料並吹出通孔內的殘錫，主要應用於低階電路板上，它可使PCB在裝配前保持良好可焊性，在業界已沿用多年，目前PCB製程表面銲墊處理仍有60%使用HASL。

然而，HASL所使用的是錫鉛（Sn/Pb之組成比例為63/37）焊料，在RoHS禁用含鉛產品的約束下，勢必將被終止使用。

二、無鉛表面焊接技術種類 　　由於無鉛化的綠色趨勢，近幾年各種取而代之的表面處理方式迅速發展。

現行無鉛可焊性表面處理技術概分為金屬塗層（Metallic coatings）及有機塗層（Organiccoatings）兩大類。

金屬塗層主要包含化鎳金（ENIG）、化學銀（ImAg）、化學錫（ImSn）等；而有機塗層則主要為有機保焊劑（OSP）。

此四種無鉛表面焊接技術為現階段較為成熟者，茲簡介如下： 1.OSP 　　關於有機保焊膜（OrganicSolderabilityPreservatives；簡稱OSP）表面處理技術，早在1960年代美商Enthone 公司即開發出「Entek處理法」的護銅皮膜技術，利用Banzotriazo（BTA）材料對裸銅面（焊墊）進行一透明膜之護銅處理，而達到銅面保護與可焊的雙重目的，可代替噴錫做細線薄板的可焊處理層，又稱為預焊劑（preflux）。

繼之，1997年第四代OSP材料Substituted Benzimidazoles（SBA）開始量產上市，日商更於2002年時針對無鉛焊接開發第五代OSP系列，以ArylPhonylimidazole類材料，達到更佳之耐熱性，裂解溫度可達355°C，大幅增加其對銅墊片的抗氧化能耐；此外，日本業者亦開發出水溶性OSP，例如：四國化學的Glicoat商品、大豐電化的Solderite WPF系列、以及由大豐電化技術移轉美商Enthone的Entek106A等，在焊墊平坦性、與flux錫膏相容性、成本、及環境負荷度四方面的效益上有更進一步的提昇。

2.化鎳金（ENIG） 　　化鎳金（ElectrolessNi&ImmersionGold；簡稱化金或ENIG）包含無電鍍鎳及浸鍍金兩種製程。

無電鍍鎳是一個自我催化的反應，利用氧化還原的方式將鎳金屬沈積於銅上，其還原劑大致可分為次磷酸二氫鈉（NaH2PO2H2O，Sodium Hypophosphate）及硼氫化鈉（NaBH4，Sodium）兩大系列，後者因價格昂貴，故商業製程多以次磷酸二氫鈉鍍液為主；浸鍍金為一種置換反應（Exchange reaction），利用各金屬標準電極電位的不同，標準電極電位較低的金屬會將標準電極電位較高的金屬還原並沈積出來，也就是說任何在溶液中擁有較高電動勢（Electromotiv potential）的金屬離子，會取代並沈積在較低電動勢的金屬基材上，而基材上的金屬則溶解至鍍液中，而此置換反應隨著金完全佈滿鎳基材後立即停止。

3.化學銀（ImAg） 　　化學銀（ImmersionSilver；簡稱化銀或ImAg），同浸鍍金一樣，是另一種置換反應的無鉛表面處理製程，利用銅基材與銀離子之間的轉換，以銀（Ag）置換銅（Cu）而沈積於銅面上，當銅面被銀完全覆蓋後，反應即自行停止。

化銀製造流程相對較為簡單，主要包含銅表面的預清洗、微蝕、表面前處理、以及浸鍍等步驟，其中，浸鍍銀的鍍液以硝酸銀為主配方，焊接性良好且焊點強度也十分可靠；但純銀表面在空氣中易產生硫化及氧化現象，故需在浸鍍槽中添加有機抑制劑，以防止表面變色的情況；此外，為避免有機銀產生遷移現象（Silver migration），浸鍍液中還需添加表面潤濕劑與緩衝劑等。

4.化學錫（ImSn） 　　新興的化學錫（ImmersionTin；簡稱化錫或ImSn）技術也是一種置換反應，其原理與浸鍍金相同，利用Sn+2置換Cu，以Sn0沈積在銅面上；但在銅基材上置換錫則需加入錯合劑（Complex agent）才能反應，常用的錯合劑為硫尿（Thiourea），之後，當銅離子不再溶入鍍液中，此一置換反應即自行停止。

不過浸鍍錫過程易造成綠漆變色或側蝕的問題，焊接後機版墊片與焊點間快速成長之脆性的介金屬層，將使得焊接性受到影響；此外，純錫電鍍層表面易產生錫鬚（Tin whisker）的問題，也是浸鍍錫技術的一大隱憂。

三、無鉛表面焊接技術應用趨勢 　　不同地域別的PCB廠商採用無鉛表面處理製程技術多少有所差異，一般而言，日系大廠採用OSP居多，例如CMK、Ibiden、Sony Chemical等；至於歐美大廠（如：Multek、Ruwel）則偏好金屬塗層的方式，多半採用化鎳金、化銀或化錫（如表一所示）。

表一　國際大廠無鉛焊接表面處理技術之採用現況 　　美商Circatex於2003年預估，OSP技術在北美PCB業界的市佔率，預計將由2003年的19%增加到2005年的22%；歐洲地區則由2003年的5%快速增加到2005年的10%。

至於化學銀是近年來歐美大量推廣的技術，預估2005年北美使用化學銀的市佔率將由2003年倍數成長至7%；而化學錫的市佔率則約成長至3%。

　　根據訪查資料顯示，事實上，採用何種無鉛製程除了視各區域別客戶的要求之外，另外一個考慮要點即在於產品別特性。

例如：由於OSP可符合電子產品輕薄短小的趨勢，故在目前無鉛產品中，NB用板多使用OSP表面處理技術；而手機板幾乎都採用選擇性化金，在按鍵部分採化金處理，其他部分則使用OSP；至於光電板則採用可靠性高的化金表面處理製程。

  作者：李祺菁　工研院IEK化材組 (本文摘自ITIS產業資訊服務網2005/1/14)   《※網站聲明》 所有本網站所提供之資料是可信賴的但僅供參考，本網站不保證其資料之正確性或完整性，本公司於法律上無責因使用所提供之資料而造成使用者之傷害或損失。

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