PCB沉锡工艺研究

PCB沉锡工艺研究

PCB沉锡工艺是为有利于SMT与芯片封装而特别设计的在铜面上以化学方式沉积锡金属镀层，是取代Pb-Sn合金镀层制程的一种绿色环保新工艺，已广泛使用与电子产品（如线路板、电子器件）与五金件、装饰品等表面处理。

一、沉锡工艺特点

1.在155℃下烘烤4小时（即相当于存放一年），或经8天的高温高湿试验（45℃、相对湿度93％），或经三次回流焊后仍具有优良的可焊性；

2.沉锡层光滑、平整、致密，比电镀锡难形成铜锡金属互化物，无锡须；

3.沉锡层厚度可达0.8-1.5μm，可耐多次无铅焊冲击；

4.溶液稳定，工艺简单，可通过分析补充而连续使用，无需换缸；

5.既适于垂直工艺也适用于水平工艺；

6.沉锡成本远低于沉镍金，与热风整平相当；

7.对于喷锡易短路的高密度板有明显的技术优势，适用于细线高密度IC封装的硬板和柔性板；

8.适用于表面贴装（SMT）或压合（Press-fit）安装工艺；

9.无铅无氟，对环境无污染，免费回收废液。

二、沉锡工艺流程顺序：

三、Final Surface Cleaner表面除油：

1.开缸成分：

M401酸性除油剂……….100ml/L

浓H2SO4…………………50ml/L

DI水……………………..其余

作用：除去电路板表面油污，氧化层和手指印。此除油剂与目前市面上常见的所有阻焊油墨都兼容。

2.操作参数：

温度：30-40℃，最佳值：35℃

分析频率：除油剂，每天一次

控制：除油剂80-120ml/L，最佳值：100ml/L

铜含量：小于1.5g/L

补充：M401，增加1％含量需补充10ml/L

过滤：20μ滤芯连续过滤，换缸时换滤芯。

寿命：铜含量超过1.5g/L或每升处理量达到500呎。

四、Microetch微蚀：

1.开缸成分：

Na2S2O4……………….120g/L

H2SO4…………………40ml/L

DI水………………….其余

程序：①向缸中注入85％的DI水；

②加入计算好的化学纯H2SO4，待冷却至室温；

③加入计算好的Na2S2O4，搅拌至全溶解；

④补DI水至标准位置。

2.操作参数：

温度：室温即可

分析频率：H2S04，每班一次

铜含量，每天一次

微蚀率，每天一次

控制：铜含量少于50g/L

微蚀率：30-50μ，最佳值：40μ

补充：Na2S2O4，每补加10g/L，增加1%的含量

H2SO4，每补加4ml/L，增加1%的含量

寿命：铜含量超过50g/L时稀释至15g/L，并补充Na2S2O4 和H2SO4

五、Predip预浸：

1.开缸：10% M901预浸液；其余：DI水

用途：在沉锡前湿润微蚀出的铜面，此预浸液对任何阻焊油墨都没有攻击性；

2.操作参数：

温度：室温

分析频率：酸当量，每天一次

铜含量：每周一次

补充：酸当量，每添加100ml/LM901，增加0.1当量

液位：以DI水补充

过滤：20μ滤芯连续过滤

寿命：与沉锡缸同时更换

3.废水处理：与后处理废液中和后过滤出固体物质。

六、Chemical Tin沉锡：

1.设备：预浸和化学锡缸均适用；

缸体： PP或PVC缸均可；

摆动：PCB架在缸内摆动，避免气体搅拌；

过滤：10μ滤芯连续过滤；

通风：建议15MPM通风量；

加热器：钛氟龙或石英加热器；

注意：不能有钢铁材料在缸内

2.开缸：100% Sn9O2 沉锡液开缸，此沉锡液对任何阻焊油墨都没有攻击性；

3.操作参数：

锡浓度：20-24g/L，最佳：22g/L

硫脲浓度：90-110g/L，最佳：100g/L

磺酸含量：90-110ml/L，最佳：100ml/L

铜离子浓度：最高8g/L时，必须冷却过滤；

温度：70-75℃

时间：10-15分钟

4.沉锡液的维护：

沉锡液维护简单，主要成分可通过分析补充，使其保持在最佳工艺范围内：

①每加入12ml/L沉锡液可提高1g/L的锡浓度，使锡浓度保持在20-24g/L之间；

②每加入10ml/L 10％硫脲溶液可提高硫脲1g/L，使硫脲浓度保持在90-110g/L之间；

③按分析值补充有机磺酸的含量，使其保持在90-110ml/L之间；

④蒸发损失可用去离子水补充液位。

5.成份分析：

1)锡的分析：

①试剂：0.1N碘溶液、30％硫酸溶液、淀粉溶液

②分析步骤：

a) 准确吸取2ml溶液到250ml烧瓶中；

b) 加入15ml 30％硫酸溶液；

c) 加入100ml去离子水；

d) 加入2ml淀粉溶液；

e) 用0.1N标准碘溶液滴定至兰紫色终点，记录毫升数V；

计算：锡含量Sn(Ⅱ)(g/L)＝2.69V；

2)有机磺酸的分析：

① 试剂：

a）10％Mg EDTA溶液：加122.76g Na2EDTA 2H2O和39.6g MgSO4到800ml的去离子水中，用1N NaOH 溶液调节PH值至7，再加水至1000ml；

b）兰指示剂溶液或0.1％乙醇溶液；

c）0.1N标准NaOH溶液。

② 分析步骤：

a）准确吸取1.0ml沉锡液到250ml烧瓶中，加入100ml去离子水；

b）加入2ml Mg EDTA溶液及5滴溴酚兰指示剂溶液；

c）用0.1N标准NaOH溶液滴定至溶液由黄色变为绿色终点(PH6.7)，记录毫升数V；

计算：有机磺酸(g/L)＝9.61V

3)硫脲的分析：

① 分析步骤：

a）将沉锡槽内取出的样品溶液冷至室温，然后过滤，收取滤液；

b）准确吸取2ml滤液至200ml容量瓶中，加去离子水至刻度，混匀；

c）准确吸取5ml稀释液至1000ml容量瓶中，加去离子水至刻度，混匀（即总共稀释两万倍）；

d）用紫外光光度计于236nm处，10mm石英比色皿，以去离子水为参比，测定稀释液的消光值；

计算：硫脲(g/L)＝128×消光值

6.影响沉锡速率的因素：

1)温度的影响：在40℃至80℃的区间，沉锡速率随温度的升高而加快；

2)时间的影响：锡层厚度随时间的延长而增加，但在60℃下20分钟后厚度趋于稳定，因此生产上选择在60℃下沉锡10-12分钟，可以得到1.5μm(60微英寸)足够厚的锡层。

3)锡浓度的影响：沉锡速度随着锡浓度的增加而上升，但沉锡层的外观幷不随着锡浓度的升高而有任何变化，因此增加锡浓度是提高沉锡速率的有效方法之一；

4)有机磺酸浓度的影响：沉锡的速率随有机磺酸的浓度上升而加快，当有机磺酸的含量超过110g/L后，速率基本不变，但当有机磺酸浓度低于50ml/L时所形成的锡层会呈雾状；

5)硫脲浓度的影响：沉锡速率随硫脲浓度的上升而加快，但硫脲浓度超过250g/L时，锡层外观变得粗糙、毛刺多。