隨著手機等消費類電子的普及，為(wei) 了保證設備的可靠性，抗腐蝕性和耐磨性變得越來越重要，過去主流的印刷線路板表麵處理方法沉浸鎳/金工藝正在被替代。幾年前，諾基亞(ya) 已經使用OSP替代了終端設備焊盤上的沉浸鎳/金，並對焊料連接可靠性產(chan) 生了積極影響。

 

    本文將討論以手機為(wei) 例研究消費類電子領域印刷線路板表麵處理的工藝。

 

    一、引言

 

    化鎳浸金是過去10年占統治地位的印刷線路板表麵處理方法，而且化鎳浸金工藝是目前世界上大部分印刷線路板製造商的標準。由於(yu) 曆史的原因，化鎳浸金被當作一個(ge) 防氧化層引入到了PWB製造業(ye) ，用於(yu) 提供良好的可焊性潤濕能力和長時間PWB儲(chu) 存能力。從(cong) 這方麵來講，ENIG不辱使命；但是從(cong) 可靠性的觀點來看，應該盡可能限製它在移動電子設備上的使用。

 

    最近已經證明下麵一些特征和現象與(yu) 在PWB中選擇使用ENIG直接相關(guan) ，如：金脆變導致的冷焊料連接，焊料連接界麵裂化，腐蝕和接觸盤磨穿。

 

    因此，為(wei) 了確保便攜式消費電子產(chan) 品的可靠性，必須評估可供熱焊接和機電接觸選擇的表麵處理方法。

 

    二、各種可供選擇的表麵處理方法

 

    選擇表麵處理的最重要動力有：

 

    可靠性；

 

    可利用性；

 

    成本；

 

    基本的技術要求。

 

    在為(wei) 一種特定的剛性PWB選擇一種表麵處理之前，特別要考慮在給定應用場合裏表麵處理的各種屬性。隻是用於(yu) 熱焊接，還是同時也要用於(yu) 諸如鍵盤開關(guan) 或彈簧連接器之類的機電接觸？

 

    迄今為(wei) 止，還不存在一種通用的表麵處理方法，它即能提供很高的焊料連接可靠性，又能提供很高的機電接觸盤可靠性。彈簧承載的連接器普遍用於(yu) 手機，機電接觸盤就是為(wei) 之設計的。

 

    根據基本要求的差異，可以把PWB表麵處理分成2個(ge) 主要的群組：

 

    1、用於(yu) 熱焊接的表麵處理

 

    一個(ge) 用於(yu) 熱焊接的表麵處理不得不滿足以下幾個(ge) 要求：

 

    較高的可濕潤性；

 

    焊料連接力；

 

    適於(yu) 細間距和CSP組裝的表麵平坦度。

 

    業(ye) 界有許多處理方法可供選擇，其中有：

 

    HASL(熱風整平)

 

    浸錫；

 

    鎳/金(ENIG)；

 

    浸銀；

 

    OSP(有機表麵保護劑)

 

    並不是所有表麵處理的性能都是一樣的。

 

    2、用於(yu) 機電連接盤的表麵處理

 

    一個(ge) 用於(yu) 機電連接盤的表麵處理不得不滿足以下幾個(ge) 要求：

 

    機械耐久力(磨損抵抗力)

 

    抗腐蝕性

 

    接觸電阻

 

    其中有幾種處理方法：

 

    鎳/金(電鍍)；

 

    鎳/金(ENIG)；

 

    浸銀；

 

    碳；

 

    焊膏(錫/錫接觸)。

 

    3、處理方法總結

 

    當對過去20年廣泛用於(yu) 便攜式電子設備的各種表麵處理進行調查時，發現ENIG變得如此流行，而其他處理方法被冷落多年的原因並不合乎邏輯：

 

    當然，其中的一個(ge) 解釋是，直到最近我們(men) 依然不知道其失效機理是什麽(me) 。隨著經驗的增加，它們(men) 已經逐漸浮出水麵。

 

    另外一個(ge) 解釋是，不願意更改電子行業(ye) 的那些傳(chuan) 統的東(dong) 西，即使在分析實驗室和可靠性專(zhuan) 家已經提出這些問題之後。

 

    最後一個(ge) 解釋是，在PWB製造方麵，表麵處理物理可用性的缺乏總會(hui) 耽擱向其他處理方法的轉變。已經把資金投到ENIG工藝了，為(wei) 其他處理方法添置新的設備需要更多的投資。這個(ge) 事實也造成了一定的耽擱。

 

    下麵的段落將縱覽已經對表麵處理技術的變化產(chan) 生影響的事件。

 

    三、手機PWB表麵處理的曆史演變

 

    1、HASL+碳

 

    在第一代產(chan) 品中，從(cong) 80年代後期起，PWB盤麵的正常表麵處理是熱風整平(HASL)。在很多場合，HASL與(yu) 碳被組合起來作為(wei) 鍵盤和LCD焊盤的表麵處理方法。

 

    那時候表麵貼裝器件技術還處於(yu) 早期階段，毆翅型器件擁有間距相對較疏(1.27mm)的引腳。90年代初期，對更多I/O的需求要求使用新的封裝技術，QFP應運而生。間距降到了0.6mm的時候，由於(yu) HASL厚度不均，大量焊料橋連發生了。新的需求要求替代低產(chan) 量的HASL。

 

    2、化鎳浸金(ENIG)

 

    擺脫困境的唯一辦法是找到另外一種平且共麵的可焊的表麵處理方法。裸銅容易氧化，影響可焊性(濕潤)，不符合要求。

 

    OSP在當時不是討論的對象，即使存在那種技術！

 

    ENIG被推舉(ju) 為(wei) HASL的繼承者。當時的感覺是，找到了一種既適於(yu) 熱焊接，又適於(yu) 鍵盤的通用型表麵處理方法。

 

    碳因此不再被認為(wei) 是必要的，它在即使不存在技術和可靠性問題的情況下銷聲匿跡了。

 

    在一段時期裏，總體(ti) 來講，ENIG工藝表現非常優(you) 秀。但另一方麵，由於(yu) 需要在更小的空間裏麵容納更多的功能，QFP被球形柵陣列(BGA)和芯片級封裝替代了。

BGA封裝(圖3)同時也帶來了一些新的挑戰。伴隨著電子行業(ye) 內(nei) 前所未有的大批量生產(chan) ，出現了更小的焊盤。PWB製造業(ye) 以極其高的產(chan) 量運轉，意味著此工藝的任何弱點都變得更加清晰可見和嚴(yan) 重。

 

    (1)黑盤

 

    在所有供應商那裏都會(hui) 隨機發生一個(ge) 名叫黑盤的問題，即使他們(men) 使用不同牌子的鎳/金工藝。隨便在哪一個(ge) 盤上缺少金，其影響是潤濕不良或者不潤濕，導致的結果是失去內(nei) 部互聯。黑盤缺陷主要在手機組裝線被發現和拒收；但是最壞的情況是如果某台產(chan) 品通過了100%的電氣試驗，後來卻在市場上失去了功能。如果彎曲PWB，可能就像不良焊料連接失去連接一樣產(chan) 生隨機錯誤。

 

    已經有很多理論解釋黑盤出現的原因，但到底是什麽(me) 觸發了黑盤的出現，至今尚未達成共識。然而，這幾年電鍍槽製造商在這個(ge) 領域已經取得了一些進展，不過ENIG工藝依然不能杜絕這種實效，它有時可能和PWB設計有關(guan) 。

 

    (2).焊球界麵破裂

 

    據透露，界麵降級，是一個(ge) 新型的與(yu) 黑盤問題相關(guan) 的失效。失效的BGA或CSP的微切片顯示，在Cu焊盤和焊球之間的界麵內(nei) 部存在裂縫，即使是已經完美濕潤了。#p#分頁標題#e#

 

    原因可能是什麽(me) ？在經過大量調查之後，發現是3個(ge) 問題聯合作用的結果：

 

    一個(ge) 被忽略的問題，在鎳和錫之間的易碎的金屬間化合物(IMC)。

 

    一個(ge) 事實，用戶開始比以前更加頻繁的把產(chan) 品跌落到地麵。

 

    與(yu) 以前的封裝類型相比，在剛性的BGA封裝類型內(nei) 部缺乏焊料連接應力消除的途徑。

 

    IMC問題：

 

    鎳-錫IMC形成於(yu) 焊接過程中。當產(chan) 品暴露於(yu) 機械振動中時，會(hui) 導致焊料連接內(nei) 部的IMC破裂，尤其是BGA類型的器件。這種現象被稱作“金脆變”，而且，自從(cong) 引入ENIG以來，就已經明顯存在這種現象。

 

    封裝應力：

 

    QFP確實擁有能夠充分消除焊料連接應力的鷗翅形引腳，從(cong) 而能夠經受住一定水平的機械應力。當PWB在手機跌落的過程中形變時，擁有球形焊球的BGA封裝不能提供很多重要的應力消除途徑；因此，輕易的就突破了產(chan) 生破裂的最低極限。

 

    通過對數千台實際產(chan) 品和特殊設計的板子進行受約束的跌落試驗-試驗中使用了加速計、變形測量計和事件探測器，並使用高速照相機組進行視頻錄製。今天我們(men) 已經對應力和失效機理有了更好的理解。試驗數據表明，相對於(yu) 1-2米跌落中的地球引力，PWB在跌落試驗中的彎曲度是一個(ge) 更大的問題。由於(yu) 已經創造了一些計算機模型，所以可以在設計階段做一些跌落仿真。

 

    用戶特征的變化：

 

    80年代晚期，當人們(men) 能夠在市場上買(mai) 到手機的時候，當時的手機非常昂貴，因此用戶都小心翼翼的嗬護著他們(men) 手中的手機。到了90年代晚期，手機市場額度暴增，導致硬件成本降低。同時，服務提供商有時也以承擔一小部分成本的形式向最終用戶贈送手機，使其成為(wei) 大眾(zhong) 熟悉的一個(ge) 媒體(ti) ，提供商還能從(cong) 通話中創造交易。對大部分人來講，這已經是一件好事了，但是也帶了負麵的影響------用戶忘記了一台移動手機事實上是一個(ge) 需要慎重對待的非常精密和複雜的電子設備。由於(yu) 其低成本，手機突然之間被人隨意處理，導致手機暴露於(yu) 遠高於(yu) 過去所承受的應力等級。手機從(cong) 1到1.5米跌落下來，不再是不可能的事情，因此，需要盡快采取行動應對可靠性問題。

 

    對BGA進行底部填充以後，延遲了焊點斷裂的問題，但不能從(cong) 根本原因上解決(jue) 問題。消除此問題的唯一出路是避免在鎳/金上進行熱焊接。

 

    3、選擇性ENIG+OSP

 

    為(wei) 了終結IMC問題，在2000年引入了選擇性ENIG+OSP，這意味著金僅(jin) 用於(yu) 鍵盤和其他機電接場合。選擇性工藝，向已經要求苛刻的ENIG工藝提出了額外的複雜度、挑戰和成本。

 

    經過大量試驗，在2.1節中提到的其他候選處理方法中，OSP過去被用來滿足可焊性、成本和焊料連接強度方麵的要求。起初，PWB製造商們(men) 的選擇性ENIG+OSP工藝供應能力並不充分，但是，世界上最大的PWB客戶們(men) 在短的驚人的時間內(nei) 便把PWB製造商們(men) 振作了起來；在啟動此要求的一年後，所有相關(guan) 的PWB的供應商便能夠以足夠高的產(chan) 量和質量控製這個(ge) 工藝了。從(cong) 在ENIG上進行熱焊接到在OSP上焊接的轉變已經有效的降低了BGA器件焊料連接斷裂的不良品數量。

 

    4、ENIG屬性改進

 

    由於(yu) ENIG到現在僅(jin) 用於(yu) 機電接觸，所以檢查這種表麵是不是最好的以確保足夠的接觸可靠性是重要的。

 

    如今的情形看起來是這樣的：

 

    (1).選擇性鎳/金工藝是複雜和昂貴的。

 

    (2).鎳/金的質量沒有大部分人期望的那樣好。

 

    非常薄(40-60納米)的金表麵處理帶來了磨損問題------可能導致鎳腐蝕。

 

    通常，即使在沒有機械磨損表麵的影響下，金表麵的多孔性也會(hui) 帶來鎳腐蝕問題。

 

    尤其是最近已經證明，當在高濕、鹽霧、空氣汙染或者汗液的環境中操作產(chan) 品時，傳(chuan) 統的ENIG缺乏充分的耐蝕穩定性。

 

    作為(wei) 這種情況的結果，最近鎳工藝的配方已經被調整了(主要是磷的含量)，這樣一來，鎳表麵變得稍微好了些，表麵浸金變得不再那麽(me) 疏鬆多孔了。

 

    最終的結果是，如果稀薄的金表麵未被刮傷(shang) 或者磨傷(shang) 的話，改良後的高磷ENIG的耐磨穩定性已經提高到了更高的水平。雖然耐磨性提供了，浸金工藝仍然不能提供像電鍍金那樣完全的無孔表麵。

 

    事實已經變得越來越清晰，稀薄的ENIG不能夠滿足移動終端對磨損和腐蝕抵抗力的更高要求。因此，考慮使用其它更可靠的東(dong) 西替代ENIG是一件很重要的事情。

 

    四、理論和實驗電化學的考慮事項

 

    1、基礎電化學

 

    當把兩(liang) 個(ge) 不同的導電材料浸入導電電解液中，短接它們(men) 時，在陽極會(hui) 發生氧化反應，如腐蝕(就金屬和合金來說，金屬離子分解)；在陰極會(hui) 發生的陰極反應有氫釋放，氧還原或者沉積。

 

    在陽極可能發生氧化(分解)反應：Me→Men++ne-，在陰極可能發生還原反應：Men++ne-→Me。

然而，陰極反應的類型依賴於(yu) 電解液和相關(guan) 材料的特性。

 

    如果連接的兩(liang) 個(ge) 金屬具有截然不同的價(jia) 位，從(cong) 熱力學來講，較低價(jia) 導體(ti) 將擔當陽極，較高價(jia) 導體(ti) 將擔當陰極。從(cong) 熱力學來講，陽極將腐蝕，雖然實際的分解率(腐蝕)依賴於(yu) 動力學。這類腐蝕稱作電偶腐蝕。因此，價(jia) 位差異是電偶腐蝕的唯一必要條件，但不是充分條件。具有最大正電位的金屬是價(jia) 位最高的金屬。通過應用外部的電位偏差，在相似金屬之間也可以獲得價(jia) 位差異。由於(yu) 電子裝置使用的是不同材料的組合，而且某些部件在使用時被潛在的施加了電位偏差，因此在評估係統時以上兩(liang) 種情況都要考慮。

 

    也可以用所謂的Pourbaix圖說明金屬在不同電壓和pH條件下的熱力學性質。展示了一幅金在250毫克/升的氯化鈉溶液內(nei) 的Pourbaix圖。此圖圖示了金屬對腐蝕的免疫區域(作為(wei) 穩定金屬存在)，依靠形成的穩定惰性層抵擋腐蝕的保護區域，和可能腐蝕的腐蝕區域。是否會(hui) 發生嚴(yan) 重腐蝕，將取決(jue) 於(yu) 動力學。

 

    區域Au(OH)3是可以在金表麵形成穩定的惰性保護層的區域，而區域AuCl2是金可能溶解的區域，雖然分解率依賴於(yu) 動力學。

 

    2、實驗電化學分析

 

    為(wei) 了直接在微小的手機零部件上完成電化學測量，使用了所謂的微電化學技術，此技術能夠有效測量從(cong) 幾毫米到幾微米範圍的微小區域麵積。

 

    此技術還涉及使用了一個(ge) 連接到一個(ge) 係統的吸液管，它用於(yu) 控製溶液在針頭處的流動。該微電化學裝置由一個(ge) 容納溶液的電化學頭，計數器，和連接在一個(ge) 光學顯微鏡換鏡轉盤上的參考電極。電池與(yu) 一個(ge) 吸液管連在一起，這樣一來，可以與(yu) 工作電極的局部區域相接觸(在此實驗中的手機PWB上的接觸盤是用來研究的)。此技術的橫向解析度由吸液管針頭的尺寸決(jue) 定，在此實驗中，吸液管針頭的直徑大約是1毫米左右。實驗中測量了動電位陽極和陰極極化曲線，相對於(yu) 一個(ge) 銀/氯化銀參考電極，從(cong) 開路電壓開始，掃描速率為(wei) 1毫伏/秒。#p#分頁標題#e#

 

    3、電化化學裝置產(chan) 生的極化曲線

 

    與(yu) 純金屬比較，展示了按鍵的不同金屬層的極化曲線。從(cong) 中可以看出，磷化鎳上的浸金層的平衡電勢有一個(ge) 低於(yu) 純金電勢的電勢和一個(ge) 高於(yu) 純鎳電勢的電勢。這表明磷化鎳上的浸金層的電勢是一個(ge) 金和磷化鎳的混合電勢，原因是金層沒有完全覆蓋磷化鎳層。所有鎳樣本和銅的陽極電流要比金高出一個(ge) 數量級。

 

    不出所料，石墨的價(jia) 位要比磷化鎳上的浸金的價(jia) 位高的多。此外，覆蓋在銅之上的石墨的陽極電流幾乎比鍍金低一個(ge) 數量級。因此，在金和碳之間，碳的陽極活性更低。純金曲線上的噪聲大概歸因於(yu) 氧化膜，由於(yu) 多孔性的原因，金在樣品上覆蓋的可能不夠完美。

 

    碳塗覆的陰極活性明顯低於(yu) 浸金和純金。因此，銅或磷化鎳與(yu) 石墨的電耦合導致的腐蝕相對低於(yu) 與(yu) 金的電耦合導致的腐蝕。一般而言，這些結果說明，與(yu) 金相比，碳是一個(ge) 較弱的陽極和陰極；同時意味著在碳上麵發生的電化學反應比金慢，這有益於(yu) 形成關(guan) 於(yu) 腐蝕的觀點。

 

    4、電氣化學結論

 

    一般情況下，在金和相對低價(jia) 的材料(如鎳和銅)之間的電耦合將引起嚴(yan) 重的腐蝕風險，因此應該慎重考慮這種危險的結構。

 

    當使用鎳磷/銅浸金時，由於(yu) 實際上無法把金表麵處理成無孔的，所以Au和磷化鎳之間危險的電耦合將會(hui) 一直存在。

 

    特殊情況下，即使是諸如金之類的高價(jia) 材料也能腐蝕。這需要很高的氯化物含量，相對低的pH值(<5)和大於(yu) 1.0伏的正電壓。在氯化物濃度可能比較高的場合，也許會(hui) 產(chan) 生相關(guan) 的問題。

 

    當在Cu上使用石墨時，由於(yu) 石墨的陰陽極反映微弱，所以預計將發生較少的腐蝕。

 

    五、重新考慮對接觸盤的表麵處理

 

    已經研究了下述候選處理方法：

 

    鎳/金(電鍍)

 

    鎳/金(用於(yu) 組裝的電鍍P3)

 

    碳(網印)

 

    1、在硬質PWB上電鍍金

 

    由於(yu) 使用鎳/金(硬金，厚度大於(yu) 0.8μm)電鍍的PWB表麵具有接觸電阻低，優(you) 良的耐久性和腐蝕性等特點，因此在技術上它是最具誘惑力的接觸表麵。但是在大部分情況下，這種處理工藝都以失敗告終，所以其成本相當高。另一個(ge) 應用上的障礙是，在使用匯流母線電鍍的過程中，需要短路所有的接觸盤。鍍完之後，必須斷開匯流母線，這樣會(hui) 產(chan) 生令電磁兼容和靜電釋放害怕的很長的“死痕”。隻有在罕見的場合------所有相關(guan) 的接觸盤都分布在PWB的周邊，這種工藝才有意義(yi) ，因為(wei) 可以在卸板過程中使用銑的方法有效地輕鬆移走匯流母線。

 

    2、在P3上電鍍金

 

    取放盤(PickandPlacePads，P3)是一些由銅或鎳-銀製成的小金屬碎片。P3是用結實的鎳和金電鍍而成的。為(wei) 了組裝方便，可以輕易的把P3設計成任何需要的形狀，尺寸和厚度，並把它當作一顆電阻或電容進行使用。

 

    通過使用P3，在PWB的任何地方放置和回流焊高質量金接觸點成為(wei) 可能。P3之後，隻需對PWB進行可焊性表麵處理，如OSP或浸銀。

 

    如果P3的數目合理的話，與(yu) 選擇性ENIG+OSP相比，基於(yu) OSP的P3方案的成本更有吸引力。

 

    隻是對於(yu) 鍵盤而言，P3方案不可行。因此仍需要別的表麵處理方法。碳被認為(wei) 是鍵盤最顯而易見的選擇。

 

    3、在硬質PWB上敷碳

 

    碳在PWB行業(ye) 已經廣泛使用過30多年，但是在過去十幾年裏已經隱退。從(cong) 70年代和80年代碳被高度賞識和使用以來，到了90年代，幾乎被ENIG競爭(zheng) 出局。持續至今還在使用碳作為(wei) 硬質主板表麵的，隻有遠程控製，對講機，和各種類型的電子玩具的鍵盤。除此之外，基於(yu) 聚酯電線和銀碳聚合物的薄膜接觸開關(guan) 仍在廣泛使用碳。

 

    碳作為(wei) 硬質PWB的一個(ge) 選項，隻有在高端和移動設備市場被普遍冷落。當考慮到碳提供的這些優(you) 點時，這是一個(ge) 反常的現象，比金的價(jia) 還高

 

    簡單而便宜的加工過程

 

    對O2，SO2，NOx，Cl-和其他氣體(ti) 的高耐蝕性

 

    液體(ti) ，如大部門溶劑，咖啡，啤酒，

可樂(le) 等，對其幾乎沒有影響

 

    優(you) 秀的耐磨性(濃厚且“自潤滑”的表麵)

 

    與(yu) ENIG相比，工藝過程對環境更友好

 

    缺點不多，但是知道它們(men) 是很重要的：

 

    與(yu) 純金屬表麵相比，接觸電阻很高，典型值為(wei) 2-6歐姆

 

    碳層的放置公差典型值為(wei) +/-150μm

 

    由於(yu) 碳糊生來就是或多或少吸濕的，所以最好僅(jin) 用於(yu) 以一定方法固化的品質一流的材料。如果使用了不適當的材料和熱固化曲線，電阻將對濕度非常敏感。

 

    (1)製造過程

 

    以網印的方法，碳在一個(ge) 附加的過程(圖18)中被施加到PWB表麵。這是一個(ge) 相當簡單的過程，與(yu) ENIG相比，涉及非常少的步驟和操作助劑。

 

    早期的研究[1]和[2]已經證明，采用紅外線對碳進行固化，顯著改進了阻抗穩定性，並可喜的降低了表麵電阻。如果紅外固化過程使用了最適宜的曲線和自動在線設備，3步加起來的整個(ge) 過程所花費的時間可以低至15分鍾，所以非常適於(yu) 大批量生產(chan) 。

 

    (2)接觸電阻

 

    接觸電阻的定義(yi) 是：機電接觸和PWB內(nei) 的銅之間的電阻。

 

    此電阻是如下電阻的總和：

 

    ①彈簧觸點到碳表麵的電阻

 

    ②碳層體(ti) 電阻

 

    ③碳到銅表麵的電阻

 

    碳技術成功的一個(ge) 簡單要求是，一個(ge) 受控製且穩定的接觸電阻等級。當使用正確的材料和工藝的時候，可以不費力氣的獲得<5歐姆的接觸電阻等級。不應該接受>10歐姆的接觸電阻，因為(wei) 它預示製造過程中有問題。作為(wei) 代表性的，高接觸電阻暗示在炭網印過程之前沒有充分去氧化銅表麵。

 

    判斷炭製造過程是否是以最正確的方法進行的一個(ge) 簡單地方法是把樣板暴露於(yu) 濕熱試驗。如果在85OC，85%R.H.環境內(nei) 持續2天後，接觸電阻顯著並持續增長至超過10歐姆，那就說明這個(ge) 製造過程已經失控了。

 

    (3)碳的表麵電阻率

 

    為(wei) 了完善關(guan) 於(yu) 碳的描述，有必要提出是，一些新出現的植入電阻器技術是基於(yu) 聚合碳電阻器的。原則上，對於(yu) 表麵處理來講，這些電阻器材料與(yu) 碳相似。差別主要是，表麵電阻被調節以適於(yu) 每個(ge) 十倍程，舉(ju) 例說來，如100歐姆/平方，1千歐姆/平方，10千歐姆/平方，等等。#p#分頁標題#e#

 

    對於(yu) “接觸碳”，表麵電阻率應該盡可能低：典型值15歐姆/平方，最大值25歐姆/平方。

 

    4、理想的組合

 

    下麵的這個(ge) 組合可能是潛在的將來最具成本/可靠性吸引力和靈活的方案：

 

    用於(yu) 焊盤的OSP

 

    潛在的用於(yu) 焊盤的浸銀

 

    用於(yu) 對接觸電阻有要求的場合(關(guan) 鍵的機電連接-)的焊接連接器或P3

 

    用於(yu) 鍵盤和其他更低電阻要求場合(關(guan) 鍵的機電接觸盤)的碳。

 

    對於(yu) 這個(ge) 組合，其中的一個(ge) 挑戰是碳技術在存在於(yu) 當今便攜式終端中的前提下的資格試驗。

 

    下麵一節描述了來自於(yu) 已經完成的試驗的一些結果。

 

    六、碳的可靠性試驗

 

    由於(yu) 電子行業(ye) 在過去十多年普遍冷落碳的應用，所以事實上大部分PWB供應商不得不重新造訪他們(men) 過去具有的那些工藝技巧。網印機過去總是不能應付當今對可重複性和精確性的要求，它們(men) 要求計算機控製的參數設置和照相機對準係統。

 

    為(wei) 了評估下述幾個(ge) 方麵，有必要調查市場並需要許多PWB供應商製造一些特殊設計的用於(yu) 接觸電阻卡爾文測量的試驗板：

 

    是一流的碳處理工藝嗎？

 

    碳糊能夠滿足對接觸電阻和表麵電阻的濕穩定性和低阻值的要求嗎？

 

    1、試驗計劃

 

    試驗板和用碳改良過的試驗手機已經被暴露於(yu) 許多環境和實際的用戶試驗中。這裏討論這些試驗的最重要的部分。在大部分案例中，已經使用ENIG試驗板作為(wei) 參考，以便比較兩(liang) 種表麵處理的可靠性。

 

    光板試驗：

 

    鹽霧試驗(2周)

 

    SO2腐蝕性氣體(ti) 試驗(48小時)

 

    磨損和腐蝕的組合手機級別試驗：

 

    循環濕熱試驗25OC~55OC，98%R.H.(IEC60068-2-30Variant1，延長了6天到六周的時間)。

 

    2,500,000次鍵擊+濕熱的鍵盤壽命試驗(表1)。這是個(ge) 特殊設計的用於(yu) 激發錯誤的“非標”試驗，因此，可以暴露出各種各樣試驗樣本的可靠性等級差異。它模擬了若幹年的使用時間。耗時5周完成了此試驗，對於(yu) 每一個(ge) 5000次鍵擊，都自動測量了電阻。

 

    2、試驗結果

 

    (1)光板鹽霧試驗

 

    2周的鹽霧試驗結束後，對試驗板進行了視覺檢查。高磷ENIG樣本腐蝕的如此嚴(yan) 重，以致於(yu) 不得不放棄了計劃中的鍵功能測試。

 

    碳樣本一點也沒有腐蝕，但是表麵有鹽汙。使用異丙醇去除鹽後，碳表麵又煥然一新。經過測量，接觸電阻確實仍然低於(yu) 10歐姆。裝上domesheet以後，按鍵功能表現正常。

 

    (2)光板SO2腐蝕性氣體(ti) 試驗

 

    ENIG和碳，兩(liang) 者都通過了測試。必須提出的的是，ENIG是使用改良後的高磷ENIG鍍上去的。標準ENIG在早先的試驗中已經說明，如果暴露在此試驗中，會(hui) 嚴(yan) 重腐蝕，這也是執行高磷ENIG的原因。

 

    (3)循環濕熱試驗

 

    在暴露於(yu) 試驗環境的整個(ge) 過程中，對彈簧觸點在碳表麵的接觸電阻進行了連續監控。

彈簧觸點的表麵處理是電鍍金。

 

    在試驗結束的時候，接觸電阻等級確實低於(yu) 10歐姆，阻值偏移值也是完全可以接受的。

 

    (4)磨損和腐蝕組合試驗

 

    此試驗是按照手機的級別在大量手機UI板上完成的，包括完整的鍵盤(21鍵)和用於(yu) 2個(ge) 彈簧負載的板對板連接器的接觸點(24個(ge) )。彈簧連接器采用了電鍍金表麵處理。試驗中組合了不同的碳製造工藝的設置和大量不同的碳糊。

 

    試驗顯示，為(wei) 了通過諾基亞(ya) 的要求，有些供應商需要更多的從(cong) 實踐中總結經驗並組織更好的碳工藝設置，而一流的供應商在滿足我們(men) 的要求和製造能夠通過這個(ge) 嚴(yan) 格試驗的采用碳工藝的PWB方麵沒有問題。

 

    如果碳製造工藝失控了，接觸電阻在濕熱試驗中會(hui) 猛烈的增長，如果製造方法得當，電阻是非常穩定的。

 

    在ENIG的試驗中，在步驟#3，濕熱暴露試驗之後大約200,000次鍵擊，電阻開始不規則的輕微增長。400，000次鍵擊之後，第一次出現了鍵功能障礙。在步驟5(第二次濕熱暴露試驗之後不久)，鍵功能變得非常不穩定。在對樣本做了視覺檢查之後，其根本原因變得非常清晰。

 

    在碳的試驗中，電阻從(cong) 13歐姆增長到大約80歐姆的水平。這個(ge) 變化是完全可以接受的，而且遠遠低於(yu) 最大200歐姆的要求。在整個(ge) 2,500,000次鍵擊中，沒有發現一個(ge) 按鍵故障。

 

    從(cong) 對試驗樣本的視覺檢查中獲得了令人驚訝的體(ti) 驗：整個(ge) 碳表麵看起來完整無損，沒有任何磨損或腐蝕的跡象。隻有依靠特殊的照明裝置，才可能發現在有些地方碳曾經與(yu) dome接觸過。

 

    (5)生命周期的極端試驗

 

    在優(you) 秀的試驗結果的鼓勵下，在其中的36個(ge) 樣本上再次進行了磨損和腐蝕試驗，所以總的衝(chong) 擊是5,000,000次鍵擊和4次濕熱試驗周期。電阻仍然處於(yu) 100歐姆一下，整個(ge) 碳表麵依然看起來完整無損，也沒有任何磨損或腐蝕的跡象。

 

    (6)腐蝕和生命周期的極端試驗

 

    對於(yu) 6.2.4中描述的采用碳+OSP的UI板，在18個(ge) 樣本上執行了下述組合試驗：

 

    ①把ＰＷＢ在鹽霧中暴露１周

 

    ②使用異丙醇去除鹽汙

 

    ③暴露於(yu) 無鉛回流焊曲線中

 

    ④裝配dome-sheet和手機結構件

 

    ⑤暴露於(yu) 2,500,000次鍵擊的磨損和腐蝕組合試驗中

 

    所有樣本在裝配之後都能理想的工作，並通過了步驟1，2和3(1,000,000次鍵擊和一次濕熱周期)。

 

    在第二次暴露於(yu) 濕熱試驗後，其中的18個(ge) 樣本在步驟#4之後立即出現了少數不規則的按鍵功能故障。在步驟5中不久，這些有故障的樣本中的2個(ge) 樣本又重新可以正常工作了。

 

    試驗最後的結果是：

 

    18個(ge) 樣本中，17個(ge) 具有正常的按鍵功能。

 

    七、結論

 

    特別的，對於(yu) 移動電子設備，由於(yu) 不存在一種既能提供很高的焊料連接可靠性又能提高供很高的機電接觸點可靠性的表麵處理方法，所以需要比現在更進一步重視選擇一個(ge) 正確的表麵處理方法。

 

    1、用於(yu) 熱焊接的表麵處理

 

    通常不推薦在ENIG上進行熱焊接，並且應該禁止用於(yu) BGA類型的器件。來自製造業(ye) 和大量手機的野外反饋的證據證明，使用OSP替代PWB焊盤上的ENIG後，明顯降低了由於(yu) BGA器件焊料連接界麵斷裂導致的故障。#p#分頁標題#e#

 

    最初在使用錫/鉛焊料的時候引入了OSP，但是現在已經能夠滿足對優(you) 秀無鉛焊料焊料連接的要求了。此外，仍然可能考慮在以後把浸銀作為(wei) OSP的增補處理方法。

 

    2、用於(yu) 接觸盤的表麵處理

 

    電鍍金(厚度超過0.8微米)是一個(ge) 可靠的選擇，但是設計(匯流母線)和工藝無法總能兼容，而且在PWB行業(ye) ，它的可利用性幾乎就是海市蜃樓一般。不幸的是，其工藝成本很高，超出了高產(chan) 量低成本產(chan) 品的要求範圍。

 

    在柔性PWB行業(ye) ，電鍍金或多或少是一個(ge) 標準工藝，但是這些柔性線路板無論如何都很昂貴，大多用於(yu) 高端產(chan) 品。

 

    對於(yu) PWB上接觸點較少，又要求接觸點的接觸電阻很低(小於(yu) 100毫歐姆)和可靠性很高的場合，相對於(yu) 鍍金，厚金電鍍的取放盤是一個(ge) 較便宜和頗具吸引力的選擇。這種情況下，PWB隻需要OSP即可。

 

    碳比金的價(jia) 更高，所以它提供了比ENIG，位於(yu) 那些可以接受高達10歐姆電阻的地方，如鍵盤，ESD保護區和大部分彈簧接觸盤等之上，更出眾(zhong) 的可靠性。碳是當今最便宜和可以利用的接觸表麵處理方法，它具有非常高的抗腐蝕性和優(you) 秀的抗磨損性。