微带板表面金属涂覆技术浅析

　　印制电路板的金属表面涂镀技术有很多种，目前常用的有以下几种：

　　（1） 喷锡，又称热风整平技术（Hot Air Leve lling）；

　　（2） 电镀镍/金技术（Nickel / Gold Plating）；

　　（3） 化学镀镍/金技术（Electroless Nickel and Immersion Gold）；

　　（4） 无铅表面涂覆之化学浸锡技术（Immersion-Tin Technology）；

　　（5） 化学浸银技术（Immersion-Silver Technol logy）。

　　热风整平技术，在70年代中期已开始应用。其抗蚀性、抗氧化性、可焊性较好，目前作为印制电路板表面镀层仍占多数。但印制电路板经热风整平之高温处理后，易产生翘曲，且不利于薄板生产，还有焊盘厚度不均匀（呈弧状），对下道上锡膏、SMT、BGA安装有影响，此外还会产生Cu-Sn介面金属化合物，质脆。

　　电镀镍/金技术早在70年代就应用在印制电路板上。电镀镍/金特别是闪镀金、镀厚金、插头镀耐磨的Au-Co 、Au-Ni等合金至今仍一直在带按键通讯设备、压焊的印制电路板上应用着。但它需要“工艺导线”达到互连，受高密度印制电路板SMT安装限制。

　　90年代，由于化学镀镍/金技术的突破，加上印制电路板要求导线微细化、小孔径化等，而化学镀镍/金具有镀层平坦、接触电阻低、可焊性好，且有一定耐磨等优点，特别适合打线（Wire Bonding）工艺的印制电路板，成为不可缺少的镀层。但化学镀镍/金有工序多、返工困难、生产效率低、成本高、废液难处理等缺点。

　　目前，随着环境保护意识的增强，印制电路板也朝着三无产品（无铅、无溴、无氯）的方向迈进，今后采用化学浸锡表面涂覆技术的厂家会越来越多，因其具有优良的多重焊接性、很高的表面平整度、较低的热应力、简易的制程、较好的操作安全性和较低的维护费。但其所形成之锡表面的耐低温性（-55℃）尚待进一步证实。

　　90年代末期，我们看到了作为化学镀镍/金技术替代品的、通用型最低涂覆的新式化学浸银技术，特别是对于精细程度设计的印制电路板应用。众所周知，银是便宜的、安全的、共面的、最适合于高速信号传输和RF（射频）板、工艺简单、较少污染、具有长的货架寿命、能被褪去和再次应用的、不影响最终孔径尺寸、不会招致附加相对于印制电路板的热偏移、对于装配来说是一种简单的工艺，并且能允许制造者和装配者进行多次返工。

　　综上所述，随着SMT技术之迅速发展，对印制电路板表面平整度的要求会越来越高，化学镀镍/金、化学浸锡技术、化学浸银技术的采用，今后所占比例将逐年提高。

　　二、微带板表面金属涂覆技术浅析

　　微带板的运用是伴随着通讯业的发展而逐渐成长的。随着现代通讯技术的飞速发展，越来越多微带板的成功应用，已成为不争的事实。

　　鉴于微带印制电路板运用的独特性，在表面印制图形制作完成后，需按设计要求进行相应的金属涂覆处理。考虑到微波信号传输的复杂性，目前主要选用的微带线路表面金属涂覆技术有以下几种：

　　（1） 化学沉银技术；

　　（2） 电镀锡铈合金技术；

　　（3） 图形电镀镍/金（图形电镀金）技术。

　　2.1 化学沉银技术

　　化学沉银工艺应用于印制电路板的时间很长，但由于银层易于受空气中氧的作用，生成黑色的氧化膜层，直接影响载体的电性能，应用受到一定的限制。

　　化学沉银是一个直接的化学制程，接近于一个典型的有机可焊性保护剂（OSP）循环，且采用与之相似的设备。

　　化学沉银工艺制程之简介请参见下图。图中展示的设备是水平传输方式进行的。有些工艺过程除了采用如水平传输设施一样，可采用垂直方式运行。实施起来，显示其具有较易设置之制程特点。化学组份控制和分析简单。药液具有近乎不确定之寿命；低化学物质浓度的带出，不影响体系快速达到其操作平衡状态。

　　化学沉银主要分为氰化镀银和无氰化银两大类。两者相较各有千秋，前者由于使用时间较久，操作方便，工艺稳定性好，且可根据需求反复多次沉银；后者，目前已在印制电路板业界广为运用，且有数家国际知名公司提供的药水配套，工艺控制及沉银表面质量日趋完美。

　　相比较而言，下面介绍的无氰化银工艺，更适合于环保社会提倡日益强化之大规模工业生产。

　　2.2 电镀锡铈合金技术

　　在微带板表面金属涂覆中，目前还广泛采用电镀锡铈合金技术。该项技术是在传统电镀锡的基础上发展而来的，在镀锡溶液中加入一定量的硫酸铈，所获得的镀层亮度提高，抗蚀性、可焊性也得到改善，而且溶液的抗氧化能力也有提升。

　　实践证明，电镀锡铈过程中，镀液中铈的消耗主要是携带损失，对镀层的测试也显示镀层中的铈几乎测不到，但它的存在却起到了晶粒细化、改善镀层性能的明显效果。

　　2.3 图形电镀镍/金（图形电镀金）技术

　　在高频情况下，电流的传递大多集中在导线的表面，使得导线内部通过的电流甚少，造成内部导体的浪费，并也使得表面导体部分的电阻升高。这一现象被称之为集肤效应（Skin Effect）。为避免上述现象，一般高频用途的导线常采用多股集束或多股编线方式，以增加更多表面导体，消除集肤效应，并减少因电阻上升而导致的发热情形，减少电讯号能量的损失。

　　鉴于微带板使用的特殊性，在环境条件允许的情况下，通常优先选用化学沉银的金属涂覆技术。无论从射频电路设计要求还是成本考量，都是较佳的选择。

　　随着微带板使用环境的不断变化，化学沉银涂覆方式的不足日渐显现，为此，微带板表面金属涂覆方式也逐渐选用图形电镀镍/金，或图形电镀金的涂覆技术。

　　但是，任何表面涂覆的使用，必须不会降低信号的完整性。幸运的是，大多数涂层在此方面表现得很好。然而，有证据显示，依靠于电镀镍/金的表面涂覆处理，对于超过5GHz频率传输速度的印制电路板来说，表现得并不好。因为镍镀层保持在铜线路表面，加之集肤效应的影响，还由于铜层相对于镍-磷沉积层来说是好得多的导体，故导致在镍层表面的信号传输较慢。因此，对于某些设计，为确保信号传输的完整性，将选用图形电镀金的涂覆方式替代图形电镀镍/金的涂覆方式。

　　对于图形电镀金技术而言，为确保镀金层的厚度和可焊性需求，通常采用的是脉冲镀金技术。脉冲镀金工艺，是应用脉冲技术最早和最有成效的镀种之一，它比直流镀金具有更优越的镀层性能，例如镀金层结晶致密光亮、纯度高、可焊性好、孔隙少和耐蚀性高等。

　　由于脉冲镀金是间断电流，阴极表面上的电位梯度是动态的，而直流镀金则是静态的。因此，脉冲镀金时，阴极表面上的电位分布，要比直流镀金均匀得多，在脉冲条件下得到的金层是细小的等轴状结晶。所以，它的纯度高、抗蚀性和可焊性好。由于金层致密和孔隙少，可以防止基体金属原子通过镀金层向表面扩散，因此，抗铜扩散变色能力比直流镀金强。

　　三、结束语

　　随着现代通讯技术的飞速发展，以及目前如火如荼的3G通讯事业，预示着微带板的应用将是一个长期的过程。因此，上述所论之微带板表面金属涂覆技术将会有其用武之地，为我国的通讯事业再立新功。

　　另外，随着全球性绿色制造、清洁化生产理念的日益倡导，给印制电路板制造业将带来新的变革。例如，氰化物电镀制程将逐渐被淘汰，同时，应运而生的将是无氰电镀制程的日益普及；针对印制电路板表面可焊性涂覆的化学浸锡技术，势必将向微带板制造领域进发，在化学镀银广泛应用的领地，挤占一席之地。

　　来源：greattong