張發(fā)秀，麥雪清

（廣東風(fēng)華高新科技股份有限公司，廣東 肇慶 526020）

0 引言

片式電子元器件（SMD）是指無(wú)引線或短引線的新型微小電子元器件，又稱片式電子元器件，它適合于在沒(méi)有穿通孔的印制板上安裝，是SMD的專用元器件。片式電子元器件外形多數(shù)是微小的長(zhǎng)方體、正方體，沒(méi)有普通元器件那樣的插腳，焊接是在生產(chǎn)線上由機(jī)器進(jìn)行，適合大規(guī)模生產(chǎn)，成本低，性能好，是電子元器件發(fā)展方向。片式元器件可分為兩大類，即片式有源器件和片式無(wú)源元件。如果電子元器件工作時(shí)，其內(nèi)部沒(méi)有任何形式的電源，則這種器件叫做片式無(wú)源元件。簡(jiǎn)單地講就是需能（電）源的器件叫片式有源器件，無(wú)需能（電）源的器件就是片式無(wú)源元件[1]。

公司生產(chǎn)的是片式電子元器件，是通過(guò)表面貼裝技術(shù)裝貼在PCB板上，所以要求在片式元器件制造過(guò)程中，要對(duì)電子元器件進(jìn)行前處理制程、電鍍制程、后處理制程，即給片式元器件的端電極鍍上相應(yīng)的鍍層，使片式元器件獲得焊接性能及耐熱性能，以保障SMD順利裝貼在PCB板上，其表面處理技術(shù)工藝流程為：脫脂→活化→鍍銅→鍍鎳→鍍錫→錫后保護(hù)，下面是對(duì)SMD的表面處理工藝流程進(jìn)行詳述[2]。

1 表面處理技術(shù)工藝流程及其機(jī)理簡(jiǎn)析

1.1 表面處理工藝—脫脂

片式元器件本體大都是由陶瓷、鐵氧體等材料燒結(jié)而成，對(duì)酸、堿等化學(xué)品都很敏感，容易被腐蝕。所以脫脂工藝必須選用低腐蝕性的專用除油劑。一般采用堿性除油，效果較好。

1.2 表面處理工藝—活化

為了保證片式元器件不被被腐蝕，活化工藝也必須選用低腐蝕性的專用活化劑。一般選取酸性活化（PH值不低于2），既可防止片式元器件被腐蝕，又可有效去除端電極表面的氧化物。

1.3 表面處理工藝—鍍鎳

片式電子元器件在進(jìn)行自動(dòng)貼裝（SMT）時(shí)，有時(shí)要經(jīng)過(guò)反復(fù)幾次，而且溫度高（一般在260℃左右），有些高溫的要求在300℃以上。所以在鍍錫前必須鍍上一次具有耐熱性能較好的鎳阻擋層，保障元器件在SMT時(shí)的錫層流失。

1.4 表面處理工藝—鍍錫

片式電子元器件要獲得焊接性能，可以選擇鍍錫、鍍銀、鍍金等工藝，但鍍銀、鍍金工藝成本高且處理液有劇毒，所以現(xiàn)在普遍選用鍍錫工藝。傳統(tǒng)的酸性鍍錫處理液對(duì)片式元器件有腐蝕，用中性鍍錫工藝較為合適。

1.5 表面處理工藝—錫后保護(hù)

在鍍錫后加上一層保護(hù)膜，可以讓片式元器件在存放時(shí)抵抗環(huán)境中水汽、有害氣體及高溫的傷害。同時(shí)，可解決裝貼時(shí)錫層的變色、焊接后的有空隙等問(wèn)題。

2 表面處理技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)

2.1 溶液/處理液PH值

不管是前、后處理液還是處理液，PH值的高低由片式元器件固有的材料特性（一般由粉體材料、端電極材料）決定，對(duì)不同的加工對(duì)象，PH值也各不相同。一般情況下，片式電阻適于PH值3及以下，片式電容PH在4-6，片式電感介于這二者之間。近年來(lái)，市場(chǎng)上開(kāi)始流行有中性電鍍錫概念，對(duì)于何謂中性電鍍錫，并沒(méi)有明確的定義。但就二價(jià)錫來(lái)說(shuō)，并非PH值越高越好，因隨著PH值的升高，二價(jià)錫氧化成四價(jià)錫的概率變大，易造成錫處理液不穩(wěn)定，即使有抗氧化劑的加入也很難改變這種不穩(wěn)定的趨勢(shì)[3]。所以，合適的PH值不僅是片式元器件固有可靠性的選擇，也是鍍/溶液穩(wěn)定的關(guān)鍵。

2.2 鍍層

2.2.1 鍍層厚度

鍍層厚度與片式元器件本身的結(jié)構(gòu)，特別是端電極金屬的結(jié)構(gòu)關(guān)系較大；鍍層厚度的高低（特別是硬度較大的底層金屬鍍層如鎳等）不但決定了片式元器件耐熱沖擊的容忍度，也決定了焊接性能的好壞。底層鍍層越厚，表面相對(duì)來(lái)說(shuō)較為平整，則外層的錫層在焊接時(shí)潤(rùn)濕能力較好，易上錫；但底層鍍層越厚對(duì)瓷體產(chǎn)生的應(yīng)力反作用力越大，在熱沖擊的情況下，瓷體易受損，出現(xiàn)微裂紋而失效。故一般底層銅鍍層在（5-8）um、底層鎳鍍層在（2-5）um、錫層在（5-10）um。

2.2.2 鍍層的晶相

這是表面處理技術(shù)有關(guān)鍍層的最關(guān)鍵的一個(gè)指標(biāo)。鍍層結(jié)晶的致密性（晶粒間的間隙）、均勻性（晶粒形狀的大?。┦橇己缅儗拥母?，可以這樣說(shuō)，整個(gè)電鍍過(guò)程（電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程）都是圍繞這兩個(gè)特性進(jìn)行的，這兩個(gè)特性直接決定了焊接性能的好壞。該指標(biāo)與處理液的材料、組份、溫度、PH值、電流密度關(guān)系較大，不在此詳述了。

2.2.3 鍍層平整性

該參數(shù)目前較難量化，可通過(guò)鍍層/底層表面的平整度或粗糙程度來(lái)表示。一般情況下，鍍層/底層表面越粗糙，越易吸附處理液中的雜質(zhì)離子或造成氣泡停留或吸附空氣中的浮塵粒子，使鍍層表面的雜質(zhì)增多而影響到鍍層間的嵌合或污染鍍層。

2.3 去離子水電導(dǎo)率

去離子水清洗的作用是把片式元器件表面的雜質(zhì)離子去除，從而避免不同溶液間的交叉污染，并保障鍍層表面的清潔。其中，電導(dǎo)率是去離子水的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)于片式元器件不同種類，對(duì)其電導(dǎo)率要求有不同，一般來(lái)說(shuō)，片式電阻、片式電感等的較高，片式電容的較低。電導(dǎo)率越低則表示去離子水的水質(zhì)好，大部分表面處理技術(shù)廠家的標(biāo)準(zhǔn)在（15-50）uS/cm。

3 表面處理技術(shù)應(yīng)用中常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題分析及處理方法

3.1 外觀

A端電極延伸/爬鍍?cè)颍海?）單位面積內(nèi)陰極電流密度大，端電極結(jié)晶速率過(guò)快。（2）設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)慢或不轉(zhuǎn)動(dòng)。（3）表面處理液PH偏低或其組分參數(shù)失。（4）片式元器件材料材料特性所致。解決方法：（1）降低單位面積陰極電流密度或增加陰極表面積，確保合適的電流密度。（2）定期對(duì)設(shè)備保養(yǎng)或采用自動(dòng)化程度高的設(shè)備，維護(hù)設(shè)備穩(wěn)定性。（3）提高處理液PH或把組分參數(shù)調(diào)整到工藝范圍內(nèi)。（4）改善鍍前材料的特性或?qū)μ厥獠牧掀皆骷ㄖ脤Ｓ锰幚硪骸?/p>

B端電極發(fā)黑原因：（1）設(shè)備停轉(zhuǎn)導(dǎo)致陰極處局部電流密度過(guò)大，在大電流瞬間沖擊下，出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象。（2）表面處理液中添加劑（含有光亮作用）成分偏低。（3）端電極表面有非金屬導(dǎo)體雜質(zhì)無(wú)法鍍上正常鍍層。解決方法：（1）定期對(duì)設(shè)備保養(yǎng)或采用自動(dòng)化程度高的設(shè)備，維護(hù)設(shè)備穩(wěn)定性。（2）控制好處理液中各添加劑含量的組份，可用赫爾槽試驗(yàn)定期分析。（3）做好表面處理前端電極表面的工藝衛(wèi)生。

C端電極粗糙原因：（1）設(shè)備停轉(zhuǎn)導(dǎo)致陰極處局部電流密度過(guò)大，結(jié)晶速率過(guò)大鍍層疏松。（2）陰極漏電處粘附有部分片式元器件，在大電流密度作用下，出現(xiàn)結(jié)晶異常、粗糙。解決方法：（1）定期對(duì)設(shè)備保養(yǎng)或采用自動(dòng)化程度高的設(shè)備，維護(hù)設(shè)備穩(wěn)定性。（2）修復(fù)陰極漏電部位或更換陰極。

3.2 鍍層

鍍層偏低原因：（1）表面處理過(guò)程中陰極電流密度偏低或處理時(shí)間過(guò)短。（2）處理液組份比例失調(diào)或雜質(zhì)離子含量過(guò)高。解決方法：（1）增大陰極電流密度或加長(zhǎng)處理時(shí)間。（2）控制表面處理液各組份或清除雜質(zhì)離子。

鍍層偏高原因：（1）表面處理過(guò)程中陰極電流密度偏高或處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。（2）鍍層均勻性差，厚度極差大導(dǎo)致鍍層偏高。解決方法：（1）降低陰極電流密度或減少處理時(shí)間。（2）控制設(shè)備內(nèi)部的攪拌狀態(tài)，減少極差[4]。

3.3 焊接

可耐焊上錫不良原因：（1）表面處理層偏薄。（2）表面處理液組份比例失調(diào)或雜質(zhì)離子含量過(guò)高。（3）表面處理層結(jié)晶不致密、孔隙多。（4）表面處理層表面有污物。（5）表面處理層表面氧化。解決方法：（1）提高表面處理層到合適厚度。（2）控制表面處理液各組份或清除雜質(zhì)離子。（3）改善表面處理層結(jié)晶，提高致密性、減少孔隙。（4）控制去離子水的清洗及后續(xù)流程加工的二次污染。（5）控制儲(chǔ)存環(huán)境。

回流焊上錫不良原因：（1）表面處理層結(jié)晶疏松多孔。（2）底層金屬或表面處理層局部缺失。（3）表面處理層有多重（至少兩重以上）。（4）表面處理層表面有污物。（5）表面處理層表面氧化。解決方法：（1）改善表面處理層結(jié)晶，提升致密性、減少孔隙。（2）控制片式元器件表面處理前過(guò)程及減少表面處理過(guò)程污染或處理后的硬物機(jī)械損傷。（3）改善錫層結(jié)晶，提高致密性、減少孔隙。（4）控制去離子水的清洗及后續(xù)流程加工的二次污染。（5）控制運(yùn)輸及儲(chǔ)存環(huán)境[5]。

3.4 可靠性

主要指片式元器件的電氣性能完全失效或部分失效，這里只討論與表面處理技術(shù)有關(guān)的因素。原因分析：（1）表面處理液PH值過(guò)低，導(dǎo)致內(nèi)外電極連接處被腐蝕。（2）表面處理底層金屬氧化導(dǎo)致表面處理層脫落。（3）表面處理液與端電極中的某些組份發(fā)生不良反應(yīng)，導(dǎo)致端電極脫落。（4）受熱沖擊時(shí)基體有裂紋。解決方法：（1）控制表面處理液的PH值在合理范圍內(nèi)。（2）管控好表面處理過(guò)程，杜絕表面處理底層金屬氧化。（3）改良表面處理液材料特性，防止與端電極的組份發(fā)生不良反應(yīng)。（3）采用預(yù)熱的方式[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著電子信息的高速發(fā)展，片式電子元器件得到了廣范的普及。片式電子元器件表面處理技術(shù)，是一項(xiàng)較復(fù)雜的工作，其加工流程較長(zhǎng)，工藝參數(shù)多，需要考慮的因素較多。仍需有志于此的同行一起繼續(xù)努力，提高電子元器件使用的可靠性，共同做好表面處理技術(shù)。