張文平 許校彬 邵 勇 陳金星

（特創(chuàng)電子科技股份有限公司，廣東 惠州 516369）

0 前言

隨著表面安裝技術(shù)（SMT）的發(fā)展,印制電路板表面涂覆的功能性要求也日益提高。生產(chǎn)制程不僅要能制造更細更密集的線路、更小的孔徑、更高平整度的連接盤,還必須能提供好的信號傳輸、壽命等,基于這些要求選擇性表面處理技術(shù)應(yīng)運而生,如有機可焊保護層（OSP）、化學(xué)鍍鎳/金（ENIG）、熱風(fēng)整平焊錫（HASL）及電鍍鎳/金等選擇組合（如圖1所示）。

在對帶有卡槽口的可插拔電路板應(yīng)用選擇性表面處理技術(shù)時,卡槽端口主要采用板邊插頭（指狀插頭）設(shè)計,以達到貼裝后重復(fù)插拔的目的,這對于插拔部位的使用壽命有著嚴格的要求。常規(guī)指狀插頭鍍金工藝完全可以滿足要求,但由于市場競爭、原材料價格上漲、環(huán)保、人工成本上升等多重壓力,插頭位用熱風(fēng)整平替代鍍金工藝也已被行業(yè)廣泛應(yīng)用（如圖1所示）。

圖1 選擇性表面處理類型例圖

在國家“雙碳”目標(biāo)的背景下,節(jié)能低碳已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)鏈共識,我司通過技術(shù)創(chuàng)新對現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行改造升級,開發(fā)了低碳環(huán)保的選擇性錫膏鋼網(wǎng)印制技術(shù),在選擇性表面處理工藝上取得了良好的效果。鋼網(wǎng)印錫膏替代熱風(fēng)整平焊錫對企業(yè)的成本節(jié)約和環(huán)保指標(biāo)起到了積極的推動作用,對行業(yè)產(chǎn)生了積極的影響。

1 工藝原理

選擇性ENIG＋HASL工藝的原理是在不需要熱風(fēng)整平的位置用熱固性抗鍍油墨或耐高溫膠保護插拔指狀插頭的位置,對用于焊接或外露的其余部分先浸鎳金,然后用可剝膠或耐高溫膠保護已沉鎳金的區(qū)域,僅讓插拔指狀插頭位做HASL。

電鍍金鹽不僅是貴金屬,而且毒性很大,增加了污水處理的成本和壓力。如對指狀插頭表面處理采用熱風(fēng)整平焊錫替代電鍍鎳/金的局部焊盤或指狀插頭,最終將節(jié)省成本并減少污染。但選擇性HASL工藝需要經(jīng)過耐高溫膠的烘烤過程,不僅耗費人工、時間和成本,而且HASL生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量廢氣、廢水等問題。為此,創(chuàng)新性地采用鋼網(wǎng)印制錫膏代替HASL的作為選擇性表面處理的方法,成為一種更具成本和環(huán)保優(yōu)勢的解決方案。

2 工藝流程及問題點說明

對選擇性熱風(fēng)整平焊錫與印刷錫膏工藝進行比較,相關(guān)工藝流程與技術(shù)問題點如圖2所示。工藝流程中常規(guī)的自開料至圖形蝕刻、阻焊形成及化學(xué)鍍鎳/金都是相同的,此外不再陳述。

3 選擇性絲網(wǎng)印刷錫膏工藝

選擇性絲網(wǎng)印刷錫膏工藝,使用的絲網(wǎng)為聚酯系列絲網(wǎng),錫膏主要成分為錫粉和助焊劑。高溫后錫表面會形成一層近乎透明的助焊劑殘留物,會影響SMT將表面安裝元器件平貼于印制板表面連接盤上,需要及時清除。清潔方法一般使用纖維簽擦拭錫面,不僅擦拭效果差導(dǎo)致發(fā)黑,影響美觀,而且容易傷及印刷錫膏附近的其他電路板區(qū)域。

錫膏絲網(wǎng)印刷呈現(xiàn)為微小的錫金屬顆粒,錫膏中的細小顆粒會粘附在不需要上錫的沉金面或阻焊面上,肉眼極難檢出。經(jīng)IR爐高溫后,使得錫顆粒與沉金置換或反應(yīng),形成類似于“沾錫”不良現(xiàn)象導(dǎo)致報廢（如圖2所示）。

圖2 選擇性熱風(fēng)整平焊錫及其替代方案的流程對比圖

4 選擇性鋼網(wǎng)印刷水溶性錫膏工藝

4.1 制作方案

鋼網(wǎng)印刷水溶性錫膏工藝,可以避免聚酯系列絲網(wǎng)壽命短且存在“沾錫”現(xiàn)象。水溶性錫膏可用水清洗干凈,既降低了生產(chǎn)成本,又符合環(huán)保的要求；避免了普通錫膏印刷殘留過多,要用專門清洗劑來清洗,若電氣性能不夠理想,則嚴重影響了產(chǎn)品品質(zhì)。

經(jīng)過對鋼網(wǎng)開孔調(diào)整下膏量,取得較好的印刷效果。在助焊劑的殘留問題上,使用了水溶性錫膏替代普通錫膏。經(jīng)過IR爐再流和成品清洗線熱水洗后,局部焊盤或指狀插頭位置上的錫膏助焊劑殘留可以清洗干凈,避免人工擦拭。其中IR爐輸送速度：1 m/min,區(qū)間溫度條件從130 ℃→180 ℃→210 ℃→230 ℃→250 ℃→200 ℃；成品清洗線熱水洗溫度：60±10 ℃,烘干溫度：80±10 ℃,輸送速度為3 m/min。若采用了全自動印錫膏機（輸送速度：600 mm/s,印刷速度：150 mm/s,刮刀壓力：0.15 Mpa、鋼網(wǎng)厚度0.06 mm）與IR爐（如圖3所示）連線,大大提高了效率和質(zhì)量。

圖3 全自動印錫膏機與IR爐連線圖

4.2 可靠性測試

依照相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn),對使用該技術(shù)制作的PCB成品進行可靠性測試,其測試結(jié)果滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求,具體測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 可靠性測試結(jié)果圖

5 結(jié)果及分析

替代化學(xué)鍍鎳浸/金＋電鍍鎳/金的4個方案結(jié)果,進行成本、品質(zhì)、環(huán)保和效率綜合比較,具體結(jié)果如圖5所示。

圖5 優(yōu)點對比圖

6 結(jié)論

選擇性鋼網(wǎng)印刷水溶性錫膏工藝技術(shù)是一種新型環(huán)保型表面處理工藝,不產(chǎn)生廢料和噪音,有效減少廢水和廢氣的產(chǎn)生。此外,測試結(jié)果表明,產(chǎn)品的可靠性能得到有效保證,滿足印制電路板的性能標(biāo)準(zhǔn)和客戶的需求。生產(chǎn)過程短小簡單,工藝技術(shù)非常容易掌握,突破了沉鎳金＋電鍍鎳金表面處理工藝的高成本、環(huán)境污染和沉鎳金＋熱風(fēng)整平表面處理工藝存在的貼高溫膠或可剝膠的物料人工高成本、熱風(fēng)整平環(huán)境影響和批量化操作等問題的局限性。實現(xiàn)成本、品質(zhì)、環(huán)保、效率、可量產(chǎn)化多方面的絕對優(yōu)勢,最終達到“雙碳”目標(biāo)所倡導(dǎo)綠色、環(huán)保、低碳的生產(chǎn)方式,有利于引導(dǎo)綠色技術(shù)創(chuàng)新,滿足產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。