PCB制造：获得可焊性表面阻焊层(Soldermask)

　　一、模板密封（Stencil Gasketting）

　　得到良好的模板密封的一个关键的、有时候不受注意的PCB特征，就是相对于抛光的焊盘高度的阻焊层厚度。为了证实这一点，做了许多测试板，从0.5 oz 铜箔开始，使用印刷与蚀刻（print-and-etch）工艺（没有铜电镀），得到的结果是板层之上只有0.0007"的焊盘~ 0.001"厚度的LPI助焊层。当用0.004"的模板印刷时，板表现出很差的结果。大约50%的焊盘出现短路。理由：密封差，即模板在最高点（阻焊层顶面）接合PCB，允许锡膏在焊盘之间阴渗。第二批板是这样生产的，在0.5 oz的铜箔上电镀铜，结果得到0.002 ~ 0.0024"的高度。再一次，使用标准LPI阻焊层，板用相同的模板印刷。没有发现缺陷。得出的结论是，焊盘比阻焊层较高，允许模板自己“密封”焊盘。这个结果是一个很精确的、锡膏的三维块座落在焊盘上。其它可能造成密封不良的区域包括：从单面板的元件面堵塞的通路孔堵塞不良的通路孔，在通路孔顶上留下皇冠状的阻焊层，它可能比焊盘高出0.004" 。

　　二、表面处理技术（Surface Finish Technologies）

　　PCB的可焊性表面可能影响模板印刷和元件贴装。在一个测定PCB表面末道漆怎样影响模板印刷过程的试验中，选择了三种最流行的板的表面处理方法：热空气焊锡均涂（HASL, hot-air solder leveling）、有机可焊性保护层（OSP, organic solderability preservatives）和浸镍/金（immersion nickel/gold）。使用相同的印刷机和印刷参数，试验处理每个板都是使用同一个锡膏和模板。虽然锡膏体积对比面积对每个板都是测量30次，但这个试验显示板的类型之间没有太大的变化。可是，变化在HASL表面处理上显示稍微大一点。因此，焊锡均涂可影响锡膏印刷，并造成从焊盘圆顶上的焊锡掏空和遗漏。小的贴装问题也可能是由于焊盘表面不平的情况引起的。

　　HASL是大多数穿孔和某些表面贴装板的首选表面处理方法。要进行HASL表面处理的板必须首先完成预处理，包括清洁、预热周期和上助焊剂。立式HASL设备。当使用这种设备时，板垂直地浸入一个熔化焊锡的深锅内，当焊锡从桶中退出时，用热空气刀（hot-airknife）“挤出”。一个缺点是QFP不能以一个角度退出空气刀。那些沿长度方向对着空气刀的焊盘通常太薄，产生金属间的可焊性问题，而那些平行于空气刀的通常焊锡过厚，可能引起短路。居留时间是立式设备的另一个问题，板底可能浸在熔化的焊锡中比标定的居留时间长四五秒钟。卧式HASL设备要求与立式的同样的预处理。卧式设备是一个传送带系统，在通过热空气刀之前，把板通过一个循环的焊锡炉。板可以45C角度放置在传送带上，使得QFP以焊盘均匀的分布通过。可是，当传送带宽度可能限制一些较大形式的板的处理角度时，居留时间比立式工艺少得多，限制了焊锡的沾染。卧式的HASL设备可用于100%的SMT板和混合技术。这个设备，如果有良好的预防性维护程序，将产生QFP上可量到的0.0001 ~ 0.0008"的焊锡厚度。

　　有机可焊性保护层（OSP）是用于保护铜不氧化的临时性涂层。OSP提供了一个解决办法，满足对PCB焊盘的均匀一致的共面性和消除密脚连焊的要求。苯并咪唑（benzimidazole）OSP可用于水清洗和免清洗过程，不产生有害废物。试验表面，OSP涂层的板的可焊性保持超过一年。

　　OSP施涂在光板上，作为制造过程的最后一步。它们可在浸桶中使用，但首选卧式传送带淹没浸泡工艺。后者提供更紧密的过程控制和更大的涂层均匀性和厚度，可产生0.00003 ~ 0.00004"的均匀涂层。最后，OSP表面处理是比浸镍/金法更低成本的工艺，而同时提供很平的表面。在不好的一面，关注的地方包括，是否最后的表面可忍受多次的温度周期，如果免洗助焊剂真正兼容的话，是否可熔湿性和货架寿命是可接受的。当在波峰/回流焊接过程中使用氮气时，OSP表面处理可能是一个更艰难的过程。

　　浸镍/金（Ni/Au）。金是非常好的可焊性表面，镍的作用是电镀铜与金的很强的壁垒，防止氧化，延长货架寿命。浸湿过程只电镀那些上过阻焊层之后的暴露区域，使镀金成本最小。这个过程是这样的，首先是无电镀镍涂层0.000015 ~ 0.00002"，接着浸0.000003 ~ 0.000005"的金。

　　在金上焊锡的一个问题是，焊接点被削弱。另一个问题是金的成本。可是，在PCB制造期间密切注意板的准备工作，可将成本保持在最低水平。有成本效益的板的准备工作包括，将所有不要求可焊表面的板的区域覆盖。在镀金之前，应该修改阻焊图案，以保证所有铜边都被覆盖，因此金只镀在要求的PCB区域。

　　三、结论

　　今天，超密间距技术的成功的PCB制造商不仅要完全理解顾客的要求，而且要具有能力，提供更高的第一次通过装配合格率的各种可替代方法。如果出现元件贴装的共面性问题时，制造商必须提供标准HASL表面处理方法之外的可替代方法。镀镍/金法和OSP法两者都将得到非常平的表面，用于元件贴装。

来源：greattong