各种PCB表面处理的工艺对电路测试影响分析
时间:2010-03-24 16:14:30点击:次
各种PCB表面处理的工艺对电路测试影响分析
PCB表面处理工艺选择
在我们了解前因后果之前，描述已有的PCB表面处理工艺的类型以及这些类型能提供什么非常重要。所有的印刷电路板（PCB）在板上都有铜层，如果铜层未受保护将氧化和损坏。有多种不同的保护层可以使用，最普遍的是热风焊料平整（HASL）、有机焊料防护（OSP）、无电镀镍金沉浸（ENIG）、银沉浸以及锡沉浸。
热风焊料平整
HASL是工业中用到的主要的有铅表面处理工艺。工艺由将电路板沉浸到铅锡合金中形成，过多的焊料被“风刀”去除，所谓的风刀就是在板子表面吹的热风。对于PCA工艺，HASL具有很多的优势：它是最便宜的PCB，而且通过多次回流焊、清洗和存储后表面层还可以焊接。对于ICT而言，HASL也提供了焊料自动覆盖测试焊盘和过孔的工艺。然而，与现有的替代方法相比，HASL表面的平整性或者同面性很差。现在出现了一些无铅的HASL替代工艺，由于具有HASL的自然而然的替代的特性而越来越普及。多年来HASL应用的效果不错，但是随着“环保”绿色工艺要求的出现，这种工艺存在的日子屈指可数。除了无铅的问题，越来越高的板子复杂性和更精细的间距已经使HASL工艺暴露出很多的局限性。
优势：最低成本PCB表面工艺，在整个制造过程中保持可焊接性，对ICT无负面的影响。
劣势：通常使用含铅工艺，含铅工艺现在受到限制，最终将在2007年前消除。对于精细引脚间距（<0.64mm）的情况，可能导致焊料的桥接和厚度问题。表面不平整会导致在组装工艺中的同面性问题。
有机焊料防护剂
有机焊料防护剂（OSP）用来在PCB的铜表面上产生薄的、均匀一致的保护层。这种覆层在存储和组装操作中保护电路不被氧化。这种工艺已经存在很久了，但是直到最近随着寻求无铅技术和精细间距解决方案才获得普及。
就同面性和可焊接性而言，OSP相对于HASL在PCA组装上具有更好的性能，但是要求对焊剂的类型和热循环的次数进行重大的工艺改变。因为其酸性特征会降低OSP性能，使铜容易氧化，因此需要仔细处理。装配者更喜欢处理更具柔韧性和能承受更多热循环周期的金属表面。
采用OSP表面处理，如果测试点没有被焊接处理，将导致在ICT出现针床夹具的接触问题。仅仅改以采用更锋利的探针类型来穿过OSP层将只会导致损坏并戳穿PCA测试过孔或者测试焊盘。研究表明改用更高的探测作用力或者改变探针类型对良率影响很小。未处理的铜具有比有铅焊接高一个数量级的屈服强度，唯一的结果是将损坏裸露的铜测试焊盘。所有的可测试性指导方针都强烈建议不直接对裸露的铜进行探测。当使用OSP时，需要对ICT阶段定义一套OSP规则。最重要的规则要求在PCB工艺的开始打开版膜（Stencil），以允许焊膏能加到ICT需要接触的那些测试焊盘和过孔上。
优点：在单位成本上与HASL具有可比性、好的共面性、无铅工艺、改善的可焊性。
缺点：组装工艺需要进行大的改变，如果探测未加工的铜表面会不利于ICT，过尖的ICT探针可能损坏PCB，需要手动的防范处理，限制ICT测试和减少了测试的可重复性。
无电镀镍金沉浸
无电镀镍金沉浸（ENIG）这种敷层在很多的电路板上得到成功应用，尽管它具有较高的单位成本，但它具有平整的表面和出色的可焊接性。主要的缺点是无电镀镍层很脆弱，已经发现在机械压力下破裂的情况。这在工业上称为“黑块”或者“泥裂”，这导致了ENIG的一些负面报道。
优点：良好的可焊接性，平整的表面、长的储存寿命、可以承受多次的回流焊。
缺点：高成本（大约为HASL的5倍）、“黑块”问题、制造工艺使用了氰化物和其他一些有害的化学物质。
银沉浸
银沉浸是对PCB表面处理的一种最新增加的方法。主要用在亚洲地区，在北美和欧洲正在获得推广。
在焊接过程中，银层融化到焊接点中，在铜层上留下一种锡/铅/银合金，这种合金为BGA封装提供了非常可靠的焊接点。其对比色使其很容易被检查到，它也是HASL在焊接处理上的自然替代方案。
银沉浸是一种具有非常好发展前景的表面加工工艺，但和所有新的表面工艺技术一样，终端用户对此非常保守。很多的制造商将这种工艺作为一种“正在考察”的工艺，但是它很可能成为最好的无铅表面工艺选择。
优点：好的可焊接性、表面平整、HASL沉浸的自然替代。
缺点：终端用户的保守态度意味着行业内缺少相关的信息。
锡沉浸
这是一种较新的表面处理工艺，与银沉浸工艺具有很多相似的特性。然而，由于要对PCB制造过程中锡沉浸工艺使用的硫脲（可能是一种致癌物）加以防范，所以有重大的健康和安全问题需要考虑。此外，还要关注锡迁移（“锡毛刺”效应），尽管抗迁移化学制剂在控制这种问题上能获得一定的效果。
优点：良好的可焊接性、表面平整、相对低的成本。
缺点：健康和安全问题、热循环周期的次数有限。
