PCB焊盘涂层的材质对激光焊锡有哪些影响？

众所周知，所有暴露在空气中的金属都会被氧化。为了防止PCB铜焊盘被氧化，焊盘表面应涂有(镀)保护层。PCB焊盘表面处理的材料、工艺和质量直接影响焊接工艺和焊接质量。此外，PCB焊盘表面处理的选择因电子产品、工艺和焊接材料而异。ULILASER将为您分享PCB焊盘涂层对激光锡焊的影响。

PCB焊盘涂层材料对激光锡焊的影响主要体现在以下几个方面：

防止氧化和污染：为了防止PCB铜焊盘在焊接前被氧化和污染，通常需要在焊盘表面涂(镀)保护层。该涂层能有效保护铜表面，延长其可焊性。

涂层化学成分：不同的涂层材料对焊接质量有显著影响。举例来说，ENIG Ni(P)/Au涂层是一种常用的可焊涂层，其化学成分包括镍和金，可以提高涂层的耐腐蚀性和可焊性。含磷量适中的涂层(如含磷7%～9%)具有良好的耐腐蚀性和可焊性。

涂层的密度和结构：涂层的密度和结构也会影响焊接质量。若涂层结构不够致密，可引起“黑色焊盘”现象，即涂层表面出现裂缝或缝隙，从而影响焊接效果。

涂层的光学特性:涂层的光学特性，如吸光率和反射率，也会影响激光锡焊的效果。材料的电阻系数和表面状态(光洁度)会影响光束的吸收率，从而影响焊接过程。

涂层的物理特性：涂层的物理特性，如硬度和附着力，也会影响焊接质量。

PCB焊盘涂层材料在防氧化、化学成分、结构密度、光学特性和物理特性等方面对激光锡焊都有影响。保证激光锡焊质量的关键因素是选择合适的涂层材料和工艺。

1.ENIG Ni(P)/Au镀层

1）涂层特性ENIG) Ni(P)/Au(化学镀镍、金)工艺是在PCB上涂上阻焊层(绿油)后进行的。ENIG Ni/Au工艺的基本要求是焊接性能和焊点的可靠性。化学涂层厚度为3～5μm，化学镀层Au层(又称浸Au层，更换Au)厚度为0.025～0.1μm。化学镀厚Au层(又称还原Au层)，厚度为0.3～1μm，一般在0.5μm左右。

对镀层的焊接性和耐腐蚀性而言，化学镀镍的P含量非常重要。通常含有P 7%～9%适合(中磷)。P含量太低，涂层耐腐蚀性差，容易氧化。此外，在腐蚀性环境中，由于Ni/Au对原电池的腐蚀作用，Ni表面层会受到Ni/Au的腐蚀，从而产生Ni黑膜。(NixOy)，这种情况对焊接性能和焊点的可靠性极为不利。P含量高，镀层耐腐蚀性能提高，可焊性也能提高。

2.）应用特性

●成本高;

●黑盘问题难以根除，虚焊缺陷率常常居高不下；

●ENIG Ni/Au表面的二次连接可靠性高于OSP，Im-Ag、Im-Sn及HASL-Sn等涂层可靠性差；

●由于ENIG Ni使用Ni和5%的Au～由于Ni-P在信号传输中复合涂层的导电性比铜差，所以当PCBA的工作频率超过5GHz时，由于Ni-P在信号传输中的导电性比铜差，因此信号传输速度较慢；

●AuSn4金属间化合物碎片溶解在钎料中，导致高频阻抗无法“复零”；

●“金脆”是降低焊点可靠性的隐患。一般来说，焊接时间很短，只能在几秒钟内完成，所以Au不能在焊料中均匀扩散，所以会在局部形成高浓度层，强度较低。

2.Im-Sn镀层

1)涂层特性Im-Sn是近年来非铅化过程中非常重要的可焊涂层。Sn层厚度为0.1，由Sn化学反应(硫酸亚锡或氯化亚锡)获得。～1.5μ在m之间(经过多次焊接，Sn的厚度至少应为1.5。μm)。这种厚度与镀液中亚锡离子的浓度、温度和涂层孔隙度有关。由于Sn具有较高的接触电阻，所以在接触测试方面不如浸银测试。在传统的Im-Sn工艺中，涂层是灰色的。由于表面呈蜂窝状排列，孔隙较多，容易渗透，加速老化。

2)应用特性

●比ENIG更昂贵 Ni/Au及Im-Ag、OSP低;

●存在锡晶须问题，对精细间距和长寿命设备影响较大，但对PCB影响不大；

●存在锡瘟现象，Sn相变点为13.2℃，当温度低于此温度时，变成粉状灰锡。(α锡)，使强度丧失；

●SnCu金属间化合物在温度环境下会加速铜层的扩散，从而导致SnCu金属间化合物(IMC)如表1所示，增长；

●新板具有良好的润湿性能，但储存一段时间后，或多次再流后，润湿性能迅速下降，因此后端应用工艺较差。

●如表2所示，经过高温处理后，由于锡层厚度的消耗，储存时间会缩短；

3.OSP涂层

1)涂层特性OSP是20世纪90年代出现的Cu表面有机焊接保护膜(以下简称OSP)。苯酚三氮唑等一些环氮化合物(BTA)、水溶液，如咪唑、烷基咪唑、苯酚咪唑等，很容易与干净的铜表面发生反应。这类化合物中的氮杂环与Cu表面形成复合物，防止Cu表面氧化。

2)应用特性

●成本低，工艺简单；

●铜的复合物在焊接加热过程中迅速分解，只留下裸铜，因为OSP只是一个分子层，焊接时会被稀酸或助焊剂分解，所以不会有残留物污染；

●能更好地兼容铅焊接或无铅焊接；

●OSP保护涂层与助焊剂RMA(中等活性)兼容，但与活性较低的松香基免清洗助焊剂不兼容；

●目前大部分OSP厚度为0.2～0.4μm)对于所选助焊剂的匹配要求较高，不同厚度对助焊剂的匹配要求也不同；

●储存环境条件要求高，车间寿命短，如果生产管理不能配合，则无法选择。

4.Im-Ag镀层

1)涂层特性Ag在室温下具有良好的导热性、导电性和焊接性，反射能力强，高频损耗小，表面传导能力高。但是，Ag对S有很高的亲和力，大气中有少量的S(H2)S、所有SO2或其他硫化物都会改变颜色，产生Ag2S、Ag2O失去了可焊性。另一个缺点是，在潮湿的环境中，Ag离子很容易沿绝缘材料的表面和体积方向迁移，从而降低甚至短路材料的绝缘性能。

Ag厚0.075沉积在基材铜上。～0.225μm，表面光滑，可引线键合。

2)应用特性

●相对于Au或Pd，其成本相对便宜；

●具有良好的引线接合性能，与Sn基钎料合金具有良好的焊接性能；

●Ag和Sn之间形成金属间化合物(Ag3)Sn)易碎性不明显；

●在射频(RF)因为电路中的趋肤效应，Ag的高电导率特性刚刚发挥出来；

●还有空气中的S、Cl、O接触时，分别在表面生成AgS、AgCl、Ag2O，使其表面失去光泽而变暗，影响外观和可焊性。

为了提高激光锡焊的效率，如何优化PCB焊盘涂层的密度和结构？

为优化PCB焊盘涂层的密度和结构，提高激光锡焊的效率，可从以下几个方面考虑：

涂层选择：

选用合适的可焊涂层是关键。举例来说，ENIG Ni(P)/Au涂层具有良好的可焊性和焊点可靠性，这种化学镀镍和金工艺是在PCB涂覆阻焊层(绿油)后进行的。该涂层可提供更高的焊接质量和效率。

焊盘设计：

焊盘的对称性对于保证熔融焊锡表面张力平衡至关重要。两端焊盘必须对称，以确保焊接过程中焊锡能够均匀分布。

焊盘的形状和尺寸也需要精心设计。例如，孔径超过1.2mm或焊盘直径超过3.0mm的焊盘应设计为菱形或梅花形焊盘。这些特殊形状的焊盘可以更好地适应大尺寸元件，减少焊接过程中的热应力。

焊盘间距：

确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸，避免焊盘间距过大或过小，这会影响焊接质量。合理的焊盘间距可以确保焊锡在焊接过程中能够均匀流动，形成良好的焊点。