用SERA技术检测线路板锡涂层的性能
由于许多技术、经济以及环境方面的原因，而使得工程技术人员不断寻找热风整平工艺代用材料。这项研究目前朝着两个方向进行：无铅焊料和无铅涂层。我们在上期讲述了无铅焊料的选用，本文主要介绍采用连续电化学衰减分析对无铅涂层进行检测，及其可焊性方面的研究。<BR>无铅涂层替代方案可分为两大类，即金属涂层和有机涂层。金属涂层一般采用贵金属材料，它具有很好的可焊性，且可进行邦定，焊盘表面也符合平整度要求。但其阻隔层内的镍盐属于致癌物质，需进行专门的废物处理，因而同铅一样不利于环保。总的来说金属涂层工艺的成本相对都比较高，不宜作为铅的替代材料。<BR> 另一种方案就是采用有机涂层，也称为有机可焊性保护剂(OSP)。目前大部分商用涂层材料均采用唑类化合物，如咪唑、苯并唑(薄膜)和代用的苯并咪唑(厚膜)等。厚的OSP在结构内部和铜结合在一起，形成有机金属涂层，可大大增强涂层的保护性能，防止在装配过程中当温度和湿度上升时铜被氧化。但不管其厚度和成分如何，就算是较厚的有机膜在装配过程中或者放置一段时间后其性能也会退化。<BR> 浸没式锡涂层(ITC)技术虽然在其它场合已应用了多年，但是它具有晶须和多孔等特性，因此作为最表面的涂层不是很好，而且钢-锡间形成的金属合金以及随后发生氧化还会使涂层更难焊接。尽管存在这样的问题，但由于锡层表面可以做得很平，而且在焊接时不会给焊点带来其它的金属成分，所以锡应是装配商们的一种理想选择。<BR> 新型ITC具有较高的密度及更小的晶粒结构，在结构上可包容其它部分，这些改进使得锡涂层的可焊性能保持一年甚至更长的时间。不过如果涂层太薄，则在存放或前期装配过程中锡会因为转化成铜-锡合金从而被耗尽，这时所形成的铜-锡合金会进一步发生氧化，影响到板子的可焊性。<BR> 商用锡涂层一般从酸性硫脲溶液里淀积得到，淀积的厚度通常小于1μm，最小厚度值因不同的化学过程而异，并取决于所装配的产品和工艺参数及储存条件。淀积开始时先形成一层很薄的金属合金层，接着镀锡。金属合金层的成分和锡的厚度由不同的电镀参数决定，如温度、电解液成分等。<BR> 装配时焊料对涂层的湿润能力取决于涂层各参数。目前大多数热风整平替代材料（包括浸锡）都有控制方面的问题，需要对其进行仔细评估。随着时间延长，电解槽中铜和其它反应生成物越积越多，这就给淀积带来各种问题，降低涂层的可焊性。<BR> 通过对锡淀积过程进行适当控制，就可以在发现问题时及时调整工艺参数条件。这里我们采用连续电化学衰减分析（SERA）结果进行ITC可焊性研究。<BR>SERA技术<BR> SERA就是用一个形状预先规定的垫圈将线路板表面焊盘或电镀通孔隔离开，然后向通孔或者被覆盖焊盘里填注电解液，在被测表面和位于板子上方的电池内的辅助电极之间施加精确控制的小电流，测出被测表面电极的电位作为时间函数与参考电极比较，其中参考电极则放在装电解液的容器里。通过仪器可记录到一个电位-时间曲线，曲线中包含了一系列描述表面类型和质量的特征线段(91页图1)。<BR>表面分析<BR> 表面润湿性主要由表面氧化层的成分和厚度决定。由Tench等人所做的早期研究表明，通过对表面氧化层进行分析，SERA技术能够测出Sn／Pb涂层线路板的可焊性，这种方法可以测得各种污损和氧化，包括会导致涂层可焊性下降的金属合金氧化等情况。我们在实验中发现，ITC和传统的热风整平涂层结构相似(图2)，两种涂层都能和衬底的铜形成金属合金，其组成成分和厚度取决于涂敷的条件，如温度、电解液成分及后续处理和操作等。<BR> 对ITC进行SERA分析的结果与Sn／Pb涂层类似，但需要注意的是某些浸锡工艺在电镀液中使用了专用添加剂，这些添加剂可能会对金属合金和表面氧化膜的形成产生影响，因此对于分析结果还需作更多的实验。图3给出两条SERA曲线，一条是从已通过可焊性试验的板上测得（曲线1），另一条是从由于不浸润而没能通过可焊性试验得板上测得（曲线2）。<BR>
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