PCB厂家的表面处理工艺下的光洁度控制要点
一、HASL(热风整平)工艺的光洁度控制
(一)HASL 工艺的光洁度特点
HASL 工艺通过将 PCB 浸入熔融焊锡(主要成分为 Sn-Pb 或无铅焊锡),再经热风刀吹除多余焊锡,形成均匀的焊锡层。该工艺的表面光洁度受焊锡流动特性与风刀作用影响,通常呈现轻微的波浪状纹理,Ra 值一般在 0.5-0.8μm 之间,Rz 值在 2-3μm 之间,属于中等光洁度水平。无铅 HASL(如 Sn-Cu-Ni 焊锡)的光洁度略低于有铅 HASL,因无铅焊锡的熔点更高(217℃ vs 183℃),流动性稍差,易在表面形成细小凸起。
(二)关键控制要点
焊锡温度与成分控制:无铅焊锡温度需稳定在 245-255℃,温度波动不超过 ±5℃,避免温度过低导致焊锡流动性不足,表面出现凹陷;焊锡中 Cu 含量需控制在 0.7%-0.9%,Cu 含量过高会形成 Cu6Sn5 金属间化合物,导致焊锡层变硬、表面粗糙。
风刀参数优化:风刀压力设定为 0.25-0.35MPa,压力过低无法彻底吹除多余焊锡,表面易形成焊锡瘤;压力过高则会导致焊锡层过薄(小于 5μm),暴露基材缺陷。风刀与 PCB 的夹角控制在 15°-20°,角度过大易导致焊锡层不均匀,出现局部厚度差异。
传输速度调节:PCB 传输速度需与焊锡温度、风刀压力匹配,通常为 1.2-1.5m/min,速度过快会导致焊锡附着不充分,表面光泽度下降;速度过慢则会使焊锡层过厚,增加风刀处理难度。
(三)常见问题与解决措施
若 HASL 表面出现 “橘皮状” 粗糙,多因焊锡温度过低或风刀压力不足,需提高焊锡温度 5-10℃或增大风刀压力 0.05MPa;若表面出现针孔,可能是 PCB 前处理不彻底(油污残留),需加强脱脂工序,延长脱脂时间 2-3 分钟;若表面出现局部无焊锡区域,需检查风刀是否存在堵塞或磨损,及时清理风刀或更换风刀组件。
二、沉金(ENIG)工艺的光洁度控制
(一)沉金工艺的光洁度特点
沉金工艺通过化学沉积在 PCB 表面形成 Ni-Au 双层镀层,镍层(厚度 2-5μm)提供良好的附着力与耐磨性,金层(厚度 0.05-0.15μm)提供优异的导电性与抗氧化性。该工艺的表面光洁度较高,Ra 值通常可控制在 0.1-0.3μm,表面平整、光泽均匀,适用于精细间距元器件焊接与高频信号传输场景。
(二)关键控制要点
化学镍沉积参数:镍镀液温度需控制在 85-90℃,温度过高会导致镍层结晶速度过快,颗粒粗大,光洁度下降;温度过低则沉积速度慢,镀层厚度不足。镀液 pH 值维持在 4.5-5.0,pH 值过高易生成氢氧化镍沉淀,附着在表面形成凸起;pH 值过低会加速镀液分解,影响镀层质量。
化学金沉积控制:金镀液温度设定为 70-75℃,温度波动不超过 ±2℃,确保金离子均匀沉积;金浓度控制在 1.5-2.5g/L,浓度过高会导致金层过厚,表面出现 “发白” 现象;浓度过低则金层覆盖不均,出现局部露镍。此外,需控制沉积时间(通常为 10-15 分钟),避免时间过长导致金层结晶粗糙。
后处理清洁:沉金后需进行两道水洗(第一道常温水洗,第二道去离子水洗),去除表面残留的镀液与杂质,水洗时间各 5-8 分钟,水温控制在 40-50℃,提高清洁效果;最后通过热风烘干(温度 60-70℃,时间 3-5 分钟),避免水分残留导致表面氧化。
(三)常见问题与解决措施
若沉金表面出现 “发黑” 或光泽暗淡,多因金层过薄或镀液中杂质过多,需补充金盐提高金浓度或更换镀液;若表面出现微小颗粒,可能是镀液过滤不彻底,需检查过滤系统(滤芯孔径≤1μm),定期更换滤芯;若表面出现划痕,需优化传输系统,在传输辊道表面包裹防静电橡胶,减少摩擦损伤。
三、OSP(有机焊料防护剂)工艺的光洁度控制
(一)OSP 工艺的光洁度特点
OSP 工艺通过在 PCB 铜表面形成一层有机保护膜(主要成分为咪唑类、苯并三唑类化合物),厚度通常为 0.2-0.5μm,该膜层透明、均匀,能较好保留铜表面的原始光洁度,Ra 值一般与基材铜表面接近(0.3-0.5μm)。OSP 膜层无金属镀层的结晶纹理,表面更平整,适用于细间距贴片与无铅焊接场景。
(二)关键控制要点
前处理铜面清洁:OSP 处理前需彻底去除铜表面的氧化层与油污,脱脂工序采用碱性脱脂剂(浓度 5%-8%,温度 40-50℃,时间 5-8 分钟),酸洗工序采用 5%-10% 的硫酸溶液(温度 25-30℃,时间 2-3 分钟),确保铜表面露出新鲜金属光泽,粗糙度 Ra≤0.4μm,为 OSP 膜附着提供良好基础。
OSP 膜沉积参数:OSP 槽液温度控制在 50-60℃,温度过高会导致膜层过快增厚,表面出现 “起霜” 现象;温度过低则膜层附着力不足,易脱落。槽液浓度维持在 8%-12%,浓度过高会使膜层粗糙,浓度过低则膜层厚度不足。沉积时间设定为 3-5 分钟,确保膜层均匀覆盖。
干燥工艺控制:OSP 处理后需采用热风烘干,温度 70-80℃,时间 4-6 分钟,烘干速度需均匀,避免局部过热导致膜层老化、开裂;烘干后需冷却至室温(20-25℃)再进行后续工序,防止高温导致膜层变形。
(三)常见问题与解决措施
若 OSP 表面出现 “斑点” 或膜层不均,多因前处理铜面清洁不彻底,需加强脱脂或酸洗工序,延长处理时间 1-2 分钟;若膜层易脱落,可能是 OSP 槽液 pH 值异常(需维持在 8.5-9.5)或烘干不充分,需调整 pH 值或延长烘干时间;若表面出现雾状浑浊,需检查 OSP 槽液是否老化,及时更换槽液(通常每处理 5000m2 PCB 需更换一次)。
四、沉银(Immersion Silver)工艺的光洁度控制
(一)沉银工艺的光洁度特点
沉银工艺通过化学置换在铜表面形成银镀层(厚度 0.8-1.5μm),表面呈现银白色金属光泽,光洁度较高,Ra 值通常为 0.2-0.4μm,介于沉金与 HASL 之间。银镀层结晶细腻,表面平整度好,且具有良好的导电性与焊接性能,适用于医疗设备、航空航天等高端 PCB 产品。
(二)关键控制要点
预浸与活化处理:沉银前需进行预浸(采用 1%-2% 的有机酸溶液,温度 25-30℃,时间 1-2 分钟),去除铜表面轻微氧化;活化工序采用钯盐活化液(浓度 0.1-0.2g/L,温度 30-35℃,时间 2-3 分钟),在铜表面形成催化中心,确保银层均匀沉积。
沉银参数控制:银镀液温度设定为 40-45℃,温度过高会导致银层结晶速度过快,表面出现颗粒;温度过低则沉积速度慢,镀层厚度不足。银浓度控制在 5-8g/L,浓度过高易导致银层过厚,表面粗糙;浓度过低则银层覆盖不均。此外,需控制镀液 pH 值(3.5-4.0),避免 pH 值波动影响银层质量。
后处理钝化:沉银后需进行钝化处理(采用 0.5%-1% 的铬酸盐溶液,温度 25-30℃,时间 1-2 分钟),在银层表面形成钝化膜,提高抗氧化性;钝化后需用去离子水洗(时间 5-7 分钟),去除残留钝化液,最后热风烘干(温度 60-70℃,时间 3-4 分钟)。
(三)常见问题与解决措施
若沉银表面出现 “发黄” 现象,多因钝化不充分或储存环境湿度超标,需延长钝化时间或改善储存条件(相对湿度≤50%);若表面出现针孔,可能是活化液浓度不足,需补充钯盐提高浓度;若表面出现划痕,需优化传输设备,降低传输速度(0.8-1.0m/min),减少摩擦损伤。