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)應運而生,如有機可焊保護層（OSP）、化學鍍鎳/金（ENIG）、熱風整平焊錫（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,插頭位用熱風整平替代鍍金工藝也已被行業(yè)廣泛應用（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)印錫膏替代熱風整平焊錫對企業(yè)的成本節(jié)約和環(huán)保指標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,形成類似于“沾錫”不良現(xiàn)象導致報廢（如圖2所示）。

圖2 選擇性熱風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)檢測標準,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)標準的要求,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準和客戶的需求。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”目標所倡導綠色、環(huán)保、低碳的生產(chǎn)方式,有利于引導綠色技術(shù)創(chuàng)新,滿足產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。