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手机应用领域的印刷线路板表面处理新趋势

发布时间:2011-11-07 00:00:00 分类:企业新闻

概述

沉浸镍/金是过去十年主要的印刷线路板表面处理方法。在过去的5年里,手机已经相当流行,并且以非常大的数量普及全球各个不同的气候带。与此同时,手机终端已经成为许多人的必需品,在他们参与的任何活动中都要随身携带。用户行为的这些变化已经严重改变了来自潮湿,汗液,腐蚀性气体和机械跌落的影响。对焊料连接可靠性的要求的结果是,抗腐蚀性和耐磨性变得越来越重要,以便保证终端设备的高可靠性。由于稀薄且多孔的沉浸镍/金无法以一种令人满意的方式应对这些挑战,现在,一个避免使用沉浸(Imm.)镍/金的范式转换正在进行中。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 几年前,诺基亚已经使用OSP替代了终端设备焊盘上的沉浸镍/金,并对焊料连接可靠性产生了积极影响。现在,电化学理论研究和大规模高产量生产已经证明,对于键盘和弹簧接触盘,碳表面处理加以恰当的概念将使沉浸镍/金在不久的将来成为多余之选。

本论文将讨论在为刚性印刷线路板选择表面处理时各种各样需要考虑的事项,和来自诺基亚手机的广泛的可行性研究,并辅以来自IPU/IPL/DTU 的电化学理论研究。

关键字

表面处理,HASL,镍/金,ENIG,OSP,碳,可靠性,黑盘,金属间化合物,金脆变,腐蚀,环境试验,用户特征,便携式消费电子。

1. 引言
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 化镍浸金是过去10年占统治地位的印刷线路板表面处理方法,而且化镍浸金工艺是目前世界上大部分印刷线路板制造商的标准。由于历史的原因,化镍浸金被当作一个防氧化层引入到了PWB制造业,用于提供良好的可焊性润湿能力和长时间PWB储存能力。从这方面来讲,ENIG不辱使命;但是从可靠性的观点来看,应该尽可能限制它在移动电子设备上的使用。

最近已经证明下面一些特征和现象与在PWB中选择使用ENIG直接相关,如:金脆变导致的冷焊料连接,焊料连接界面裂化,腐蚀和接触盘磨穿。
因此,为了确保便携式消费电子的可靠性,必须评估可供热焊接和机电接触选择的表面处理方法。

2、各种可供选择的表面处理方法

选择表面处理的最重要动力有:
● 可靠性;
● 可利用性;
● 成本;
● 基本的技术要求。

在为一种特定的刚性PWB选择一种表面处理之前,特别要考虑在给定应用场合里表面处理的各种属性。只是用于热焊接,还是同时也要用于诸如键盘开关或弹簧连接器之类的机电接触?

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 迄今为止,还不存在一种通用的表面处理方法,它即能提供很高的焊料连接可靠性,又能提供很高的机电接触盘可靠性。弹簧承载的连接器普遍用于手机,机电接触盘就是为之的。

根据基本要求的差异,可以把PWB表面处理分成2个主要的群组:

2.1. 用于热焊接的表面处理:

一个用于热焊接的表面处理不得不满足以下几个要求:
● 较高的可湿润性;
● 焊料连接力;
● 适于细间距和CSP组装的表面平坦度。

业界有许多处理方法可供选择,其中有:
● HASL (热风整平)
● 浸锡;
● 镍/金(ENIG);
● 浸银;
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 ● OSP(有机表面保护剂)

并不是所有表面处理的性能都是一样的。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 2.2. 用于机电连接盘的表面处理:

一个用于机电连接盘的表面处理不得不满足以下几个要求:
● 机械耐久力(磨损抵抗力)
● 抗腐蚀性
● 接触电阻

其中有几种处理方法:
● 镍/金(电镀);
● 镍/金(ENIG);
● 浸银;
● 碳;
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 ● 焊膏(锡/锡接触)。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 2.3. 处理方法总结

当对过去20年广泛用于便携式电子设备的各种表面处理进行调查时,发现ENIG变得如此流行,而其他处理方法被冷落多年的原因并不合乎逻辑:
● 当然,其中的一个解释是,直到最近我们依然不知道其失效机理是什么。随着经验的增加,它们已经逐渐浮出水面。
● 另外一个解释是,不愿意更改电子行业的那些传统的东西,即使在分析实验室和可靠性专家已经提出这些问题之后。
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 ● 最后一个解释是,在PWB制造方面,表面处理物理可用性的缺乏总会耽搁向其他处理方法的转变。已经把资金投到ENIG工艺了,为其他处理方法添置新的设备需要更多的投资。这个事实也造成了一定的耽搁。

下面的段落将纵览已经对表面处理技术的变化产生影响的事件。

3、手机PWB表面处理的历史演变:

3.1. HASL + 碳
在第一代中,从80年代后期起,PWB盘面的正常表面处理是热风整平(HASL)。在很多场合,HASL与碳被组合起来作为键盘和LCD焊盘的表面处理方法。

那时候表面贴装器件技术还处于早期阶段,殴翅型器件拥有间距相对较疏(1.27mm)的引脚。90年代初期,对更多I/O的需求要求使用新的封装技术,QFP应运而生。间距降到了0.6mm的时候,由于HASL厚度不均,大量焊料桥连发生了。新的需求要求替代低产量的HASL。

3.2. 化镍浸金(ENIG)
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 摆脱困境的唯一办法是找到另外一种平且共面的可焊的表面处理方法。裸铜容易氧化,影响可焊性(湿润),不符合要求。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 OSP在当时不是讨论的对象,即使存在那种技术!

ENIG 被推举为HASL的继承者。当时的感觉是,找到了一种既适于热焊接,又适于键盘的通用型表面处理方法。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 碳因此不再被认为是必要的,它在即使不存在技术和可靠性问题的情况下销声匿迹了。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 在一段时期里,总体来讲,ENIG 工艺表现非常优秀。但另一方面,由于需要在更小的空间里面容纳更多的功能,QFP被球形栅阵列(BGA)和芯片级封装替代了。BGA封装(图3)同时也带来了一些新的挑战。伴随着电子行业内前所未有的大批量生产,出现了更小的焊盘。PWB制造业以极其高的产量运转,意味着此工艺的任何弱点都变得更加清晰可见和严重。

3.2.1. 黑盘
在所有供应商那里都会随机发生一个名叫黑盘的问题,即使他们使用不同牌子的镍/金工艺。随便在哪一个盘上缺少金,其影响是润湿不良或者不润湿,导致的结果是失去内部互联。黑盘缺陷主要在手机组装线被发现和拒收;但是最坏的情况是如果某台通过了100%的电气试验,后来却在市场上失去了功能。如果弯曲PWB,可能就像不良焊料连接失去连接一样产生随机错误。

已经有很多理论解释黑盘出现的原因,但到底是什么触发了黑盘的出现,至今尚未达成共识。然而,这几年电镀槽制造商在这个领域已经取得了一些进展,不过ENIG工艺依然不能杜绝这种实效,它有时可能和PWB有关。

3.2.2. 焊球界面破裂
据透露,界面降级,是一个新型的与黑盘问题相关的失效。失效的BGA或CSP的微切片显示,在Cu焊盘和焊球之间的界面内部存在裂缝,即使是已经完美湿润了(图5)。

原因可能是什么?在经过大量调查之后,发现是3个问题联合作用的结果:
● 一个被忽略的问题,在镍和锡之间的易碎的金属间化合物(IMC)。
● 一个事实,用户开始比以前更加频繁的把跌落到地面。
● 与以前的封装类型相比,在刚性的BGA封装类型内部缺乏焊料连接应力消除的途径

IMC问题:
镍-锡IMC形成于焊接过程中。当暴露于机械振动中时,会导致焊料连接内部的IMC破裂,尤其是BGA类型的器件(图6)。这种现象被称作“金脆变”,而且,自从引入ENIG以来,就已经明显存在这种现象。

封装应力:
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 QFP确实拥有能够充分消除焊料连接应力的鸥翅形引脚,从而能够经受住一定水平的机械应力。当PWB在手机跌落的过程中形变时,拥有球形焊球(图7)的BGA封装不能提供很多重要的应力消除途径;因此,轻易的就突破了产生破裂的最低极限。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 通过对数千台实际和特殊的板子进行受约束的跌落试验------试验中使用了加速计、变形测量计和事件探测器,并使用高速照相机组进行视频录制------今天我们已经对应力和失效机理有了更好的理解。试验数据表明,相对于1-2米跌落中的地球引力,PWB在跌落试验中的弯曲度是一个更大的问题。由于已经创造了一些计算机模型,所以可以在阶段做一些跌落仿真。

用户特征的变化:
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 80年代晚期,当人们能够在市场上买到手机的时候,当时的手机非常昂贵,因此用户都小心翼翼的呵护着他们手中的手机。到了90年代晚期,手机市场额度暴增,导致硬件成本降低。同时,服务提供商有时也以承担一小部分成本的形式向最终用户赠送手机,使其成为大众熟悉的一个媒体,提供商还能从通话中创造交易。对大部分人来讲,这已经是一件好事了,但是也带了负面的影响------用户忘记了一台移动手机事实上是一个需要慎重对待的非常精密和复杂的电子设备。由于其低成本,手机突然之间被人随意处理,导致手机暴露于远高于过去所承受的应力等级。手机从1到1.5米跌落下来,不再是不可能的事情,因此,需要尽快采取行动应对可靠性问题。

对BGA进行底部填充以后,延迟了焊点断裂的问题,但不能从根本原因上解决问题。消除此问题的唯一出路是避免在镍/金上进行热焊接。

3.3. 选择性ENIG + OSP
为了终结IMC问题,在2000年引入了选择性ENIG+OSP,这意味着金仅用于键盘和其他机电接场合。图9所示的选择性工艺,向已经要求苛刻的ENIG工艺提出了额外的复杂度、挑战和成本。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 经过大量试验,在2.1节中提到的其他候选处理方法中,OSP过去被用来满足可焊性、成本和焊料连接强度方面的要求。起初,PWB制造商们的选择性ENIG + OSP工艺供应能力并不充分,但是,世界上最大的PWB客户们在短的惊人的时间内便把PWB制造商们振作了起来;在启动此要求的一年后,所有相关的PWB的供应商便能够以足够高的产量和质量控制这个工艺了。从在ENIG上进行热焊接到在OSP上焊接的转变已经有效的降低了BGA器件焊料连接断裂的不良品数量。

3.4. ENIG属性改进
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 由于ENIG到现在仅用于机电接触,所以检查这种表面是不是最好的以确保足够的接触可靠性是重要的。

如今的情形看起来是这样的:
1.选择性镍/金工艺是复杂和昂贵的。
2.镍/金的质量没有大部分人期望的那样好。
○ 非常薄(40-60纳米)的金表面处理带来了磨损问题------可能导致镍腐蚀。
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 ○ 通常,即使在没有机械磨损表面的影响下,金表面的多孔性也会带来镍腐蚀问题。

尤其是最近已经证明,当在高湿、盐雾、空气污染或者汗液的环境中操作时,传统的ENIG缺乏充分的耐蚀稳定性。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 作为这种情况的结果,最近镍工艺的配方已经被调整了(主要是磷的含量),这样一来,镍表面变得稍微好了些,表面浸金变得不再那么疏松多孔了。

最终的结果是,如果稀薄的金表面未被刮伤或者磨伤的话,改良后的高磷ENIG的耐磨稳定性已经提高到了更高的水平。虽然耐磨性提供了,浸金工艺仍然不能提供像电镀金那样完全的无孔表面。

事实已经变得越来越清晰,稀薄的ENIG不能够满足移动终端对磨损和腐蚀抵抗力的更高要求。因此,考虑使用其它更可靠的东西替代ENIG是一件很重要的事情。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 4. 理论和实验电化学的考虑事项

4.1. 基础电化学
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 当把两个不同的导电材料浸入导电电解液中,并像图11一样短接它们时,在阳极会发生氧化反应,如腐蚀(就金属和合金来说,金属离子分解);在阴极会发生的阴极反应有氢释放,氧还原或者沉积。

在阳极可能发生氧化(分解)反应:Me→Men++ne-,在阴极可能发生还原反应:Men++ne-→Me。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 然而,阴极反应的类型依赖于电解液和相关材料的特性。

如果连接的两个金属具有截然不同的价位,从热力学来讲,较低价导体将担当阳极,较高价导体将担当阴极。从热力学来讲,阳极将腐蚀,虽然实际的分解率(腐蚀)依赖于动力学。这类腐蚀称作电偶腐蚀。因此,价位差异是电偶腐蚀的唯一必要条件,但不是充分条件。图12比较了不同金属的标准电极电位[4]。具有最大正电位的金属是价位最高的金属。通过应用外部的电位偏差,在相似金属之间也可以获得价位差异。由于电子装置使用的是不同材料的组合,而且某些部件在使用时被潜在的施加了电位偏差,因此在评估系统时以上两种情况都要考虑。

也可以用所谓的Pourbaix图说明金属在不同电压和pH条件下的热力学性质。图13展示了一幅金在250毫克/升的氯化钠溶液内的Pourbaix图。此图图示了金属对腐蚀的免疫区域(作为稳定金属存在),依靠形成的稳定惰性层抵挡腐蚀的保护区域,和可能腐蚀的腐蚀区域。是否会发生严重腐蚀,将取决于动力学。

在图13中,区域Au图示了金的热力学稳定区域,区域Au(OH)3是可以在金表面形成稳定的惰性保护层的区域,而区域AuCl2 是金可能溶解的区域,虽然分解率依赖于动力学。

4.2. 实验电化学分析
为了直接在微小的手机零部件上完成电化学测量,使用了所谓的微电化学技术,此技术能够有效测量从几毫米到几微米范围的微小区域面积,见图14。

此技术还涉及使用了一个连接到一个系统的吸液管,它用于控制溶液在针头处的流动。该微电化学装置由一个容纳溶液的电化学头,计数器,和连接在一个光学显微镜换镜转盘上的参考电极。电池与一个吸液管连在一起,这样一来,可以与工作电极的局部区域相接触(在此实验中的手机PWB上的接触盘是用来研究的)。此技术的横向解析度由吸液管针头的尺寸决定,在此实验中,吸液管针头的直径大约是1毫米左右。实验中测量了动电位阳极和阴极极化曲线,相对于一个银/氯化银参考电极,从开路电压开始,扫描速率为1毫伏/秒。

4.3. 电化化学装置产生的极化曲线
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 图15与纯金属比较,展示了按键的不同金属层的极化曲线。从中可以看出,磷化镍上的浸金层的平衡电势有一个低于纯金电势的电势和一个高于纯镍电势的电势。这表明磷化镍上的浸金层的电势是一个金和磷化镍的混合电势,原因是金层没有完全覆盖磷化镍层。所有镍样本和铜的阳极电流要比金高出一个数量级。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 图16 展示了一组纯金,镀金和碳的极化曲线。不出所料,石墨的价位要比磷化镍上的浸金的价位高的多。此外,覆盖在铜之上的石墨的阳极电流几乎比镀金低一个数量级。因此,在金和碳之间,碳的阳极活性更低。纯金曲线上的噪声大概归因于氧化膜,由于多孔性的原因,金在样品上覆盖的可能不够完美。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 图17 比较了纯金,浸金和碳的阴极极化曲线。碳涂覆的阴极活性明显低于浸金和纯金。因此,铜或磷化镍与石墨的电耦合导致的腐蚀相对低于与金的电耦合导致的腐蚀。一般而言,这些结果说明,与金相比,碳是一个较弱的阳极和阴极;同时意味着在碳上面发生的电化学反应比金慢,这有益于形成关于腐蚀的观点。

4.4. 电气化学结论
一般情况下,在金和相对低价的材料------如镍和铜------之间的电耦合将引起严重的腐蚀风险,因此应该慎重考虑这种危险的结构。

当使用镍磷/铜浸金时,由于实际上无法把金表面处理成无孔的(图10),所以Au和磷化镍之间危险的电耦合将会一直存在。

特殊情况下,即使是诸如金之类的高价材料也能腐蚀。这需要很高的氯化物含量,相对低的pH值(< 5)和大于1.0伏的正电压(图13)。在氯化物浓度可能比较高的场合,也许会产生相关的问题。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 当在Cu上使用石墨时,由于石墨的阴阳极反映微弱,所以预计将发生较少的腐蚀。

5、重新考虑对接触盘的表面处理

已经研究了下述候选处理方法:
■ 镍/金(电镀)
■ 镍/金(用于组装的电镀P3)
■ 碳(网印)

5.1. 在硬质PWB上电镀金
由于使用镍/金(硬金,厚度大于0.8μm)电镀的PWB表面具有接触电阻低,优良的耐久性和腐蚀性等特点,因此在技术上它是最具诱惑力的接触表面。但是在大部分情况下,这种处理工艺都以失败告终,所以其成本相当高。另一个应用上的障碍是,在使用汇流母线电镀的过程中,需要短路所有的接触盘。镀完之后,必须断开汇流母线,这样会产生令电磁兼容和静电释放害怕的很长的“死痕”。只有在罕见的场合------所有相关的接触盘都分布在PWB的周边,这种工艺才有意义,因为可以在卸板过程中使用铣的方法有效地轻松移走汇流母线。

5.2.在P3上电镀金
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 取放盘(Pick and Place Pads, P3)是一些由铜或镍-银制成的小金属碎片。P3是用结实的镍和金电镀而成的。为了组装方便,可以轻易的把P3成任何需要的形状,尺寸和厚度,并把它当作一颗电阻或电容进行使用。

通过使用P3,在PWB的任何地方放置和回流焊高质量金接触点成为可能。P3之后,只需对PWB进行可焊性表面处理,如OSP或浸银。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 如果P3的数目合理的话,与选择性ENIG + OSP相比,基于OSP的P3方案的成本更有吸引力。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 只是对于键盘而言,P3方案不可行。因此仍需要别的表面处理方法。碳被认为是键盘最显而易见的选择。

5.3. 在硬质PWB上敷碳
碳在PWB行业已经广泛使用过30多年,但是在过去十几年里已经隐退。从70年代和80年代碳被高度赏识和使用以来,到了90年代,几乎被ENIG竞争出局。持续至今还在使用碳作为硬质主板表面的,只有远程控制,对讲机,和各种类型的电子玩具的键盘。除此之外,基于聚酯电线和银碳聚合物的薄膜接触开关仍在广泛使用碳。

碳作为硬质PWB的一个选项,只有在高端和移动设备市场被普遍冷落。当考虑到碳提供的这些优点时,这是一个反常的现象,
■ 比金的价还高
■ 简单而便宜的加工过程
■ 对O2, SO2, NOx, Cl-和其他气体的高耐蚀性
■ 液体,如大部门溶剂,咖啡,啤酒,可乐等,对其几乎没有影响
■ 优秀的耐磨性(浓厚且“自润滑”的表面)
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 ■ 与ENIG相比,工艺过程对环境更友好

缺点不多,但是知道它们是很重要的:
■ 与纯金属表面相比,接触电阻很高,典型值为2-6欧姆
■ 碳层的放置公差典型值为+/- 150μm
■ 由于碳糊生来就是或多或少吸湿的,所以最好仅用于以一定方法固化的品质一流的材料。如果使用了不适当的材料和热固化曲线,电阻将对湿度非常敏感。

5.3.1. 制造过程
以网印的方法,碳在一个附加的过程(图18)中被施加到PWB表面。这是一个相当简单的过程,与ENIG相比,涉及非常少的步骤和操作助剂。
早期的研究[1]和[2]已经证明,采用红外线对碳进行固化,显著改进了阻抗稳定性,并可喜的降低了表面电阻。如果红外固化过程使用了最适宜的曲线和自动在线设备,3步加起来的整个过程所花费的时间可以低至15分钟,所以非常适于大批量生产。

5.3.2. 接触电阻
接触电阻的定义是:机电接触和PWB内的铜之间的电阻。

此电阻是如下电阻的总和:
1. 弹簧触点到碳表面的电阻
2. 碳层体电阻
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 3. 碳到铜表面的电阻

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 碳技术成功的一个简单要求是,一个受控制且稳定的接触电阻等级。当使用正确的材料和工艺的时候,可以不费力气的获得<5欧姆的接触电阻等级。不应该接受>10欧姆的接触电阻,因为它预示制造过程中有问题。作为代表性的,高接触电阻暗示在炭网印过程之前没有充分去氧化铜表面。

判断炭制造过程是否是以最正确的方法进行的一个简单地方法是把样板暴露于湿热试验。如果在85OC, 85 % R.H.环境内持续2天后,接触电阻显著并持续增长至超过10欧姆,那就说明这个制造过程已经失控了(见图23,供应商E).

5.3.3. 碳的表面电阻率
为了完善关于碳的描述,有必要提出是,一些新出现的植入电阻器技术是基于聚合碳电阻器的。原则上,对于表面处理来讲,这些电阻器材料与碳相似。差别主要是,表面电阻被调节以适于每个十倍程,举例说来,如100 欧姆/平方,1千欧姆/平方, 10千欧姆/平方,等等。
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 对于“接触碳”,表面电阻率应该尽可能低:典型值15欧姆/平方,最大值25欧姆/平方。

5.4. 理想的组合
下面的这个组合可能是潜在的将来最具成本/可靠性吸引力和灵活的方案:
■ 用于焊盘的OSP
■ 潜在的用于焊盘的浸银
■ 用于对接触电阻有要求的场合------关键的机电连接------的焊接连接器或P3
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 ■ 用于键盘和其他更低电阻要求场合------关键的机电接触盘------的碳。

对于这个组合,其中的一个挑战是碳技术在存在于当今便携式终端中的前提下的资格试验。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 下面一节描述了来自于已经完成的试验的一些结果。

6. 碳的可靠性试验
由于电子行业在过去十多年普遍冷落碳的应用,所以事实上大部分PWB供应商不得不重新造访他们过去具有的那些工艺技巧。网印机过去总是不能应付当今对可重复性和精确性的要求,它们要求计算机控制的参数设置和照相机对准系统。

为了评估下述几个方面,有必要调查市场并需要许多PWB供应商制造一些特殊的用于接触电阻卡尔文测量的试验板(图29):
■ 是一流的碳处理工艺吗?
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 ■ 碳糊能够满足对接触电阻和表面电阻的湿稳定性和低阻值的要求吗?

6.1. 试验计划:
试验板和用碳改良过的试验手机已经被暴露于许多环境和实际的用户试验中。这里讨论这些试验的最重要的部分。在大部分案例中,已经使用ENIG试验板作为参考,以便比较两种表面处理的可靠性。

光板试验:
■ 盐雾试验(2周)
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 ■ SO2腐蚀性气体试验(48小时)

磨损和腐蚀的组合手机级别试验:
■ 循环湿热试验25OC~55OC,98% R.H.(IEC 60068-2-30 Variant 1,延长了6天到六周的时间).
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 ■ 2,500,000次键击+湿热的键盘寿命试验(表1)。这是个特殊的用于激发错误的“非标”试验,因此,可以暴露出各种各样试验样本的可靠性等级差异。它模拟了若干年的使用时间。耗时5周完成了此试验,对于每一个5000次键击,都自动测量了电阻。

6.2. 试验结果

6.2.1. 光板盐雾试验
2周的盐雾试验结束后,对试验板进行了视觉检查。高磷ENIG样本腐蚀的如此严重(图21),以致于不得不放弃了计划中的键功能测试。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 碳样本一点也没有腐蚀,但是表面有盐污。使用异丙醇去除盐后,碳表面又焕然一新。经过测量,接触电阻确实仍然低于10欧姆。装上dome sheet以后,按键功能表现正常。

6.2.2. 光板SO2腐蚀性气体试验
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 ENIG和碳,两者都通过了测试。必须提出的的是,ENIG是使用改良后的高磷ENIG镀上去的。标准ENIG 在早先的试验中已经说明,如果暴露在此试验中,会严重腐蚀,这也是执行高磷ENIG的原因。

6.2.3. 循环湿热试验
在暴露于试验环境的整个过程中,对弹簧触点在碳表面的接触电阻进行了连续监控。弹簧触点的表面处理是电镀金。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 在试验结束的时候,接触电阻等级确实低于10欧姆,阻值偏移值也是完全可以接受的。

6.2.4. 磨损和腐蚀组合试验
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 此试验是按照手机的级别在大量手机UI板上完成的,包括完整的键盘(21键)和用于2个弹簧负载的板对板连接器的接触点(24个)。弹簧连接器采用了电镀金表面处理。试验中组合了不同的碳制造工艺的设置和大量不同的碳糊。

试验显示,为了通过诺基亚的要求,有些供应商需要更多的从实践中总结经验并组织更好的碳工艺设置,而一流的供应商在满足我们的要求和制造能够通过这个严格试验的采用碳工艺的PWB方面没有问题。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 图23图解了对一对板对板连接器弹簧有效的接触电阻。如果碳制造工艺失控了(标签:供应商E),接触电阻在湿热试验中会猛烈的增长,如果制造方法得当,电阻是非常稳定的。

图24(高磷ENIG)和图26(碳)监控了导电介质链的总电阻:弹簧连接器1-碳接触盘-铜迹线-碳键外圆-铜迹线-碳接触盘-簧连接器2。在试验中,我们把200欧姆定义为此导电介质链合格/不良的标准。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 在ENIG的试验中(图24),在步骤#3,湿热暴露试验之后大约200,000次键击,电阻开始不规则的轻微增长。400,000次键击之后,第一次出现了键功能障碍。在步骤#5(第二次湿热暴露试验之后不久),键功能变得非常不稳定。在对样本做了视觉检查之后,其根本原因变得非常清晰。图25说明,metal dome已经磨穿了金表面,漏出来的镍已经开始严重腐蚀。

在碳的试验中(图26),电阻从13欧姆增长到大约80欧姆的水平(图26)。这个变化是完全可以接受的,而且远远低于最大200欧姆的要求。在整个2,500,000次键击中,没有发现一个按键故障。

从对试验样本的视觉检查中获得了令人惊讶的体验:整个碳表面看起来完整无损,没有任何磨损或腐蚀的迹象(图27)。只有依靠特殊的照明装置,才可能发现在有些地方碳曾经与dome接触过。

6.2.5. 生命周期的极端试验
在优秀的试验结果的鼓励下,在其中的36个样本上再次进行了磨损和腐蚀试验,所以总的冲击是5,000,000次键击和4次湿热试验周期。电阻仍然处于100欧姆一下,整个碳表面依然看起来完整无损,也没有任何磨损或腐蚀的迹象。

6.2.6.腐蚀和生命周期的极端试验

对于6.2.4中描述的采用碳+OSP的UI板,在18个样本上执行了下述组合试验:
1. 把PWB在盐雾中暴露1周
2. 使用异丙醇去除盐污
3. 暴露于无铅回流焊曲线中
4. 装配dome-sheet和手机结构件
5. 暴露于2,500,000次键击的磨损和腐蚀组合试验中

所有样本在装配之后都能理想的工作,并通过了步骤#1,#2 和#3 (1,000,000次键击和一次湿热周期)。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 在第二次暴露于湿热试验后,其中的18个样本在步骤#4之后立即出现了少数不规则的按键功能故障。在步骤#5中不久,这些有故障的样本中的2个样本又重新可以正常工作了。

试验最后的结果是:
◎ 18个样本中,17个具有正常的按键功能。

7. 结论
特别的,对于移动电子设备,由于不存在一种既能提供很高的焊料连接可靠性又能提高供很高的机电接触点可靠性的表面处理方法,所以需要比现在更进一步重视选择一个正确的表面处理方法。

7.1. 用于热焊接的表面处理:
通常不推荐在ENIG上进行热焊接,并且应该禁止用于BGA类型的器件。来自制造业和大量手机的野外反馈的证据证明,使用OSP替代PWB焊盘上的ENIG后,明显降低了由于BGA器件焊料连接界面断裂导致的故障。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 最初在使用锡/铅焊料的时候引入了OSP,但是现在已经能够满足对优秀无铅焊料焊料连接的要求了。此外,仍然可能考虑在以后把浸银作为OSP的增补处理方法。

7.2. 用于接触盘的表面处理:
电镀金(厚度超过0.8微米)是一个可靠的选择,但是(汇流母线)和工艺无法总能兼容,而且在PWB行业,它的可利用性几乎就是海市蜃楼一般。不幸的是,其工艺成本很高,超出了高产量低成本的要求范围。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 在柔性PWB行业,电镀金或多或少是一个标准工艺,但是这些柔性线路板无论如何都很昂贵,大多用于高端。

对于PWB上接触点较少,又要求接触点的接触电阻很低(小于100毫欧姆)和可靠性很高的场合,相对于镀金,厚金电镀的取放盘是一个较便宜和颇具吸引力的选择。这种情况下,PWB只需要OSP即可。

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 碳比金的价更高,所以它提供了比ENIG------位于那些可以接受高达10欧姆电阻的地方,如键盘,ESD保护区和大部分弹簧接触盘等之上------更出众的可靠性。碳是当今最便宜和可以利用的接触表面处理方法,它具有非常高的抗腐蚀性和优秀的抗磨损性。

7.3. 总结
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 在便携式电子的早期阶段,认真考虑和选择要使用的PWB表面处理方法是非常重要的。

影响选择的主要因素有:
接触设备的类型,材料和形状,可以利用的技术和工艺。只有考虑所有这些因素,才有可能满足动态并不断变化的市场上的最终用户对可靠性的期望。

历史上有时候对表面处理的选择曾经是正确的,但今天可能就不是正确的了。对当时有效的前提可能已经变化了:
● 与硬件相关的
○ 新的封装类型
○ 新的焊料合金
○ 新的机电连接器接触材料
○ 新的结构
○ 支撑结构的健壮性
● 与最终用户情况相关的
○ 暴露于潮湿和腐蚀性空气中,雨,汗或其他液体中。
○ 暴露于震动,跌落和大量键击中。
○ 用户每天直接使用的时间:5分钟,1小时,8小时或24小时
● 技术发展和专业技术水平
○ 新表面处理方法的存在
○ 旧表面处理的材料属性的改进
○ 制造工艺和设备的改进
一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 ○ 关于实效机制的知识增强

一码一肖100准-一码一肖个人心水-一码一肖免费资料 所有这些条件中的某个或者所有这些条件的共同作用,明确的告诉我们:必需重新考虑下一个新是不是应该使用与平常使用的那些表面处理同样的处理方法。你不能在一个不断变化的市场中依靠传统不变的方法。

8. 致谢
感谢Viswam Puligandla,Arni K ujala和Sten Carlsen Comments提供的意见和背景。

参考文献

[1] Claus W. Nielsen. Title:“PTF, An attractive supplement to traditional thickfilm and Tech-nology”28th ISHM-Nordic Conference 1990, Finland
[2] Claus W. Nielsen. Title:“Results from the PTF research project PC-2B at a-s Elbau”24th ISHMNor-dic Conference 1986, Finland.
[3] Leif Halbo:“Polymer Thick Film Technology, Design Guidelines and applications”ISBN 82-9921 93 (1990)
[4] Uhlig,H.H:“Corrosion and corr-osion control: An introduction to corrosion science and engine-ering”, 1985.


 

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