《瀚宇博德表面处理》PPT课件.ppt

表面處理教育訓練,背景介紹,鉛的危害 鉛屬於重金屬，會沉積在人體內，當血液中鉛含量超過25mg/dl就出現中毒現象，從而影響到神經、生殖系統。鉛化物會溶於地下水，在土壤中擴散而難以控制。歐盟之積極禁鉛 WEEE：2006.7 全面禁鉛 RoHS(電子電機設備中危害物質禁用指令)：規定各會員國於以前完成立法，並在開始嚴格執法，禁止下列物質：鉛、汞、鎘、六價鉻、溴耐燃劑(PBB,PBDE)。中國的禁鉛：全面接受RoHS的規定，不允許特例出現。2006.7.1 開始執法,1.1 OSP的特點,1.無鉛制程，廢水處理容易，綠色環保；2.低成本，重工容易，產量高；3.保護模具有良好的耐熱性、耐濕性；4.經過多次回焊處理後，仍保持優異的焊接性；5.銅箔焊墊面可保持平滑平整，最適合使用於高密度組裝基板。,OSP的生産流程圖,OSP的生産流程圖如下：,微蝕段,功能：1.將銅面蝕出微粗糙度，以便為後續OSP薄膜與銅面提供良好附著力：2.去除銅面氧化物。原理：1.K2S2O8+H2O K2SO4+H2SO5 H2SO5+H2O H2SO4+H2O2 Cu+H2O2 CuO+H2O 2.CuO+H2SO4 CuSO4+H2O藥液及管控參數:1.PP-100(過硫酸鉀)(12020g/L)2.H2SO4(32%)3.銅含量(15g/L)4.微蝕上/下噴壓力(1.50.5Kg/cm2)5.微蝕速率(4510)6.溫度(442),OSP反應機理,(1)金屬銅在醋酸溶液中會被溶出微量銅離子 Cu Cu+e-Cu+2+2e-(2)Cu+將與 imidazole 迅速反應(3)有機銅錯合物形成後,在銅面上逐步成長,增厚成膜,N NH,(N N Cu),m,Cu+,N N-Cu,(N N Cu),m,F2LX film(0.20.3m),Cu,吸水滾輪,功能：1.把板面上的水除去，避免將前槽之水帶入有機保焊槽；2.把板面上多餘的槽液除去並形成均勻的有機薄膜，避免帶出過多的槽液使後面的滾輪表面形成F2(LX)活性成分結晶，影響保護膜外觀；3.把板面上的水除去，利於隨後的板面乾燥。注：目前二廠所用吸水(擠水)滾論材料為PVA和PU材料,其中微蝕和主槽後為PU材料噴管的下端必須浸在液面下，以免產生大量氣泡。,PCB板,輪片式滾輪,噴管(貫穿通孔以加強孔内反應),吸水滾輪(避免將前槽之水帶入),吸水滾輪(避免將槽液帶出),影響 OSP 膜厚的因素,pH 值為控制膜厚穩定的最重要因素，pH值通常會愈來愈高，因為醋酸會蒸揮發掉，同時水洗槽也會帶入水分；高pH值會讓 OSP 膜厚增厚。浸泡時間通常浸泡時間越長，OSP膜亦越厚，其可由線速來控制膜厚。槽液溫度溫度愈高膜厚愈厚,一般最合適的溫度在35-43C之間。活化物的濃度其濃度變動之因素包括槽液水分之蒸發帶入之水量及帶出之槽液量以及微蝕液之污染等。A劑之濃度 成分A會逐漸消耗。,膜厚的測試,需藉由UV光譜儀量測裸銅測試板之OSP皮膜溶解後溶液中活化物的含量,以計算出膜厚。1.将经过ENTEK全过程处理的试片切成合适尺寸:S cm2。2.将切下的试片放入盛有V ml“溶洗液”的烧杯之后，要摇动烧杯3分钟。其间应该用玻璃棒把试片翻转一次，使两面都充分溶解。3.分析溶洗液的F2活性组分含量。从溶液中取出小板后，以“溶洗液为参考液，在284 nm附近的最大吸收液波长处测定上述溶液的吸收值(Al)。4.涂覆层的厚度(T m)可以由下式获得:T=0.105 Al V/2S 溶洗液配置方法:将25.5ml 36%的盐酸(HCl)与133ml甲醇(CH3OH)混合，再用純水稀释至1.0升配制成“溶洗液”。此溶液用于溶解有机保护膜和分析工作液时的稀释液。,微蝕量的測試,咬蚀量测试:1.取铜箔板A cm B cm 2.置于生产线之烘干段烘烤，取出冷却后以微量天平秤重，得M1(克)3.再拿至产线跑至中检段取出並置于烘干段烘烤，取出冷却后以微量天平秤重，得M2(克)由公式m=V可计算出咬蝕量 etching amount()=(M1-M2)92900/(AB22.12)微蝕速率影響因素:過硫酸鉀濃度(主要反應,促進微蝕)硫酸(提供酸性環境,促進微蝕)溫度&作用時間(加快反應進行,促進微蝕),1.4 OSP品質不良,Failure Mode Of OSP1.膜異色2.髒點3.彩虹色4.水紋印5.膜薄,膜異色,一般為油脂殘留或氧化，其發生在整個板面或區域性的銅面處,有明顯色差區別,銅面上存在點狀或塊狀類似油點的印痕,特別是在銅面孔的邊緣呈環孔性油圈。原因分析:藥液存在雜質或異常、海綿滾輪或濾心不潔、微蝕量不足等。改善對策:1.清潔海綿滾輪;2.檢查所有槽藥液是否正常;3.檢查各槽及滾論是否存在異物;4.水洗槽換水及更換濾心;5.增加微蝕量。,F/M圖片,髒 點,狀態描述:在PCB板面上出現髒點,多為有機化合物。原因分析:微蝕槽或主槽遭到污染；烘乾段傳動滾輪有污垢；吸水滾論老化。改善對策:1.清潔槽體藥液；2.清潔滾輪；3.更換吸水滾論。,F/M圖片,彩虹色,其是指在銅面上因膜厚不均且由光折射所呈現出彩虹的五顔六色。原因分析:微蝕量偏低,導致銅面咬蝕不均或OSP主槽内與主槽後滾輪壓傷已形成之OSP膜,而造成膜厚變薄。改善對策:1.檢查噴嘴是否正常，調整微蝕槽均勻性;2.增加微蝕量或提高膜厚；3.檢查所有滾輪運轉是否正常；4.更換滾輪為較輕材質。,水紋印,其是指發生在整板面或區域性的銅面處，有明顯的水紋殘留痕跡。原因分析:水渍殘留，吸水滾輪未將液體吸幹導致殘留形成色差。改善對策:1.清潔主槽后吸水之海綿滾輪或更換老化之吸水滾倫;2.檢查烘乾段是否異常。,F/M圖片,膜 薄,OSP膜薄是指有機保焊時所生成的沒有達到預定厚度(0.20.3 um)，與正常顔色相比顔色偏淺。原因分析:主槽PH值或F2濃度偏低；縣速過快；吸水滾論壓力過大；微蝕不良。改善對策:1.調高PH值或F2濃度;2.調低縣速；3.降低滾論壓力；4.改善微蝕，確保銅面無氧化物。,OSP的缺點,皮膜顏色與銅接近不易觀察；皮膜厚度不易在量產板上直接量測；保存時間相對較短(6個月與57天)。,2.化鎳/浸金制程簡介,化鎳金制程也簡稱ENIG(Electroless Nickel and Immersion Gold),其是利用化學反應的原理在裸露的銅面上覆蓋一層薄金，以保護銅面不被氧化並提供良好的焊接性能。化金具有如下特點：1.在綠漆之後施行鍍鎳/金，採掛籃式作業，無須通電;2.單一表面處理即可滿足多種組裝須求,具有可焊接、接觸導通、打線、散熱等功能；3.板面平整、SMT焊墊平坦，適合於密距窄墊的鍚膏熔焊，焊錫性好但焊點強度差。,2.1 化金前處理,原理:利用酸洗,刷磨的化學及物理方法清潔板面,以利於後製程的進行。流程:入料 酸洗 循環水洗*2 刷磨 加壓純水洗 烘乾 岀料功能:酸洗:除去板面氧化物,使刷磨效果更佳(表面粗糙度更均勻),并將線路的表面污染物及雜物處理乾淨。酸洗藥液為35%稀硫酸；刷磨:使緊附板面的雜物脫離板面,清潔板面。磨刷採用兩對1000目尼龍刷,刷幅為1.00.2cm。,前處理設備商為登泰,脫 脂,作用(1)去除銅面輕微氧化物及污物(2)降低液體表面張力，將吸附於銅面之空氣及污物排開,使藥液在其表面擴張，達潤溼效果反應 CuO+2 H+Cu2+H2O 2Cu+4H+O2 2Cu2+2H2O RCOOR+H2O RCOOH+ROH成份 ACL-007酸性脫脂劑（有機酸或無機酸、界面活性劑），80120ml/L,微 蝕,功能:1.去除銅面氧化物;2.銅面微粗化,使化學鎳層與銅面具有良好的密著性。反應:Na2S2O8+H2O Na2SO4+H2SO5 H2SO5+H2O H2SO4+H2O2H2O2+Cu CuO+H2OCuO+H2SO4 CuSO4+H2O成份：1.過硫酸鈉(80120g/L)2.硫酸(1525ml/L),酸 洗,作用 去除微蝕後的銅面氧化物反應 CuO+H2SO4 CuSO4+H2O成份 硫酸(3050ml/L),預 浸,作用(1)維持活化槽中的酸度(2)使銅面在新鮮狀態(無氧化物)下進入活化槽 反應 CuO+H2SO4 CuSO4+H2O成份 硫酸(1015ml/L),活 化,作用 在銅面置換(離子化趨勢 Cu Pd)上一層鈀,以作為化學鎳 反應之觸媒。反應 陽極反應 Cu Cu2+2 e-(E0=-0.34V)陰極反應 Pd2+2 e-Pd(E0=0.98V)全反應 Cu+Pd2+Cu2+Pd成份 KAT-450，主要成分為硫酸鈀，80120ml/L,化學鎳,化學藥劑：1.硫酸鎳:提供鎳離子(4.50.2 g/L)2.次磷酸二氫鈉:還原劑,使鎳離子還原為金屬鎳(2030 g/L)3.錯合劑:形成鎳錯離子,防止氫氧化鎳及亞磷酸鎳生成,增加安定性,緩衝pH變動4.pH 調整劑:維持適當pH(4.54.7)5.安定劑:防止鎳在膠體粒子或其他微粒子上還原(3 ml/L)6.添加劑:增加被鍍物表面的負電位,使啟鍍容易及增加還原效率功能:在綫路表面所沉積的鎳的觸媒作用下，發生氧化還原反應，使綫路表面沉積一層Ni/P合金,作為阻絕金與銅之間遷移或擴散的障蔽層,同時為化金作準備。,化學鎳反應的電化學原理,H2PO2-H2O HPO32-3 H+2e-次磷酸根氧化釋放電子 陽極反應Ni2+2e-Ni鎳離子得到電子還原成金屬鎳陰極反應2 H+2 e-H2氫離子得到電子還原成氫氣陰極反應H2PO2-e-P2 OH-次磷酸根得到電子析出磷陰極反應 總反應式:Ni2+H2PO2-H2O HPO32-3 H+Ni,Ni-P Grain 沉積示意圖,Pd,Pd,Cu,Pd2+,Cu,Cu,Cu2+,1.活化,2.Ni/P 沉積,3.Ni/P 持續生長,Ni-P,化學金,主成份(1)金氰化鉀KAu(CN)2(2)螯合劑(3)有機酸功能(1)提供Au(CN)2-錯離子來源,在鎳面置換(離子化趨勢 NiAu)沉積出金層；(2)防止鎳表面產生鈍態並與溶出的Ni2+結合成錯離子；(3)抑制金屬污染物(減少游離態的Ni2+,Cu2+等)。陽極反應 Ni Ni2+2 e-(E0=0.25V)陰極反應 Au(CN)2-+e-Au+2 CN-(E0=0.6V)總反應 Ni+Au(CN)2-Ni2+Au+2 CN-,化金示意圖,Ni,Ni Ni2+2e E0=0.25V,Au(CN)2+e Au+2 CN E0=0.6V,Ni2+螯合劑 Ni 錯離子,Ni/P,離子化趨勢 Ni Au,Ni/P,滲鍍,2.5 化鎳金的優缺點,優點：可Wire Bonding；表面平整；fine pitch(1.0mm)；保存壽命長(1年)；可用於手機上key pad。缺點：製造成本貴；ENIG不可重工；IMC:Ni3Sn4焊點強度較差；製程複雜，控管不易；黑墊。,What is ideal surface finish?,與組裝流程相匹配。表面平坦且均勻。良好的銲性。壽命長且不需特殊儲存環境。價格便宜。不污染環境（製造、組裝、棄置）生產良率高。,Compare with different surface finish treatment,Surface finish attribute and cost comparison,Surface finish attribute and cost comparison,Surface Finish Capability,資料來源：電路會刊第十二期,