印制电路板表面的选择性锡膏处理技术研究
0 简介
随着表面贴装技术（SMT）的发展，对印刷电路板表面涂层的功能要求也越来越高，生产工艺不仅要能生产出更细更密的线路、更小的孔径、更高平整度的连接焊盘，还必须能提供良好的信号传输和寿命等。基于这些要求，出现了选择性表面处理技术，如有机可焊保护层（OSP）、化学镀镍/金（ENIG）、热风整平焊料（HASL）和电镀镍/金等选择性组合（如图1所示）。
将选择性表面处理技术应用于带有槽口的可插拔电路板时，槽口主要采用板边插头（指塞）来实现贴装后反复插拔的目的，对插件的使用寿命有严格的要求。常规的指塞镀金工艺完全可以满足要求，但由于市场竞争、原材料价格上涨、环境保护、劳动力成本上升等多重压力，热风整平代替镀金工艺也在行业内得到广泛应用（如图1所示）。
图 1 选择性表面处理类型的示例
在国家“双碳”目标背景下，节能低碳已成为产业链共识，我公司通过技术创新对现有产品结构进行转型升级，研发出低碳环保的选择性焊膏钢网印刷技术，在选择性表面处理工艺中取得了良好的效果，钢网印刷焊膏替代热风整平焊膏，对企业成本节约、环保指标起到了积极的促进作用，对行业产生了积极影响。
关键字：整平、热风、塞子
1.工艺原理
选择性ENIG+HASL工艺的原理是先用热固性防镀油墨或者耐高温胶水保护好插件金手指塞的位置，不需要热风整平的位置，先将剩余用于焊接或者裸露的部分浸镍金，然后再用可剥胶或者耐高温胶水保护好已经浸镍金的区域，只留插件金手指塞位置进行HASL。
电镀金盐不仅为贵金属，而且毒性极大，增加了污水处理的成本和压力。如采用热风整平焊料替代局部焊盘或手指插头电镀镍/金进行手指插头表面处理，最终将节省成本、减少污染。但选择性热风整平工艺需要耐高温胶水的烘烤工艺，不仅耗费人工、时间和成本，而且热风整平生产过程中会产生大量的废气、废水等问题。为此，创新性地采用钢网印刷焊膏替代热风整平作为选择性表面处理方式，成为一种更经济、更环保的解决方案。
2 流程及问题描述
选择性热风整平焊料和丝网印刷焊膏的工艺流程和技术问题如图2所示，从切割到图形蚀刻、阻焊层形成和化学镀镍/金的常规工艺流程相同，不再详细描述。
选择性丝网印刷焊膏工艺采用聚酯丝网，焊膏的主要成分是锡粉和助焊剂。经过高温后，锡面会形成一层几乎透明的助焊剂残留物，影响SMT对印刷电路板表面连接焊盘上表面安装元器件的贴装，需及时清除。清洁方法一般采用纤维拭子擦拭锡面，不仅擦拭效果差且造成发黑，影响美观，还容易损坏印刷焊膏附近的其他电路板区域。
锡膏丝印呈现为微小的锡金属颗粒，锡膏中的微小颗粒会粘附在不需要镀锡的沉金面或阻焊层表面，用肉眼极难察觉。经过IR炉高温后，锡粒与沉金发生置换或反应，形成类似“镀锡”的现象而造成报废（如图2所示）。
图2 选择性热风整平焊接及其替代方案的工艺比较
4 选择性模板印刷水溶性焊膏工艺
4.1 生产计划
采用钢网印刷水溶性锡膏工艺，可避免聚酯系列丝网寿命短和“沾锡”现象；水溶性锡膏可用水清洗，不仅降低了生产成本，而且符合环保要求；避免了普通锡膏印刷残留过多，需用专门的清洗剂才能清洗，若电气性能不理想，将严重影响产品质量。
调整钢网开口上锡膏量后，达到较佳的印刷效果。在残留助焊剂方面，采用水溶性锡膏替代普通锡膏。经过IR炉回流焊及成品清洗线热水洗后，可清洗掉局部焊盘或金手指塞位置的锡膏助焊剂残留，免去人工擦拭。IR炉传送速度1m/min，区间温度条件为130℃→180℃→210℃→230℃→250℃→200℃；成品清洗线热水洗温度60±10℃，烘干温度80±10℃，传送速度3m/min。 若将全自动锡膏印刷机（输送速度600mm/s、印刷速度150mm/s、刮刀压力0.15Mpa、钢网厚度0.06mm）与IR炉连接（如图3所示），则效率和质量大大提高。
图3 全自动锡膏印刷机与IR炉连接图
4.2 可靠性测试
按照相关测试标准对采用该技术制作的PCB产品进行了可靠性测试，测试结果满足相关标准的要求，具体测试结果如图4所示。
图4 可靠性测试结果
5 结果与分析
对化学沉镍/金+电镀镍/金四种方案在成本、质量、环保、效率等方面的对比结果，具体结果如图5所示。
图5 优势对比图
六，结论
选择性钢网印刷水溶性锡膏工艺技术是一种新型环保表面处理工艺，不产生废弃物和噪音，有效减少废水、废气的产生。另外，试验结果表明，产品的可靠性得到有效保证，满足印刷电路板的性能标准和客户需求。生产流程短而简单，工艺技术非常容易掌握。突破了沉镍金+电镀沉镍金表面处理工艺成本高、环境污染大和沉镍金+热风整平表面处理工艺中高温胶或可剥胶材料人工成本高、热风整平环境影响大、批量操作等局限性。在成本、品质、环保、效率、量产等方面取得绝对优势，最终实现“双碳”目标所倡导的绿色、环保、低碳的生产方式，有利于引导绿色技术创新，满足行业的可持续发展。
作者：张文平、徐晓斌、邵勇、陈金星（广东惠州创科科技有限公司）