PCB的有机金属纳米表面涂覆技术

 

　　化学Ni/Au(ENIG)、化学镀锡、化学镀银、化学镀Ni/Pd/Au(ENEPIG)和有机可焊性保护剂(OSP)等PCB可焊性表面涂(镀)覆层不是纳米级的表面涂(镀)覆材料，它们的表面涂覆厚度都在300nm(0.3um)以上。而新开发的有机金属OM(Organic Metals)的表面涂覆层，仪有50nm，而更重要的是一一在50nm厚度OM表面涂覆层中，它们由90%左右是导电聚脂(ConducTIve Polymer)材料和1 0%的金属Ag(实际上Ag仅为4nm的厚度)来组成的，因此它优越于目前所有的表面涂覆材料。

　　1概述

　　有机金属OM是一种特殊的有机材料，即它是一种具有金属特性的导电性聚合物。它是通过“合成”并“分散”开来的颗粒大小为10nm的有机金属OM材料。有机金属OM材料用于防止铜氧化方面是非常有效的，在几年前就确立了这个论点。而应用于PCB的表面涂覆是十分经济的。同时，即使经过存放和热老化(Storage and Thermal Aging)以后，仍有优良的可焊性。因此在浸锡沉积以前，先进行有机金属OM的表面涂覆(制备)是十分有益的。更突出的是，OM是PCB顶级(Top-Quality)的表面涂覆层之一，建立这种工艺可以广泛应用于PCB工业上，并且可用于无铅焊接的电子产品的制造中。

　　在这个技术工艺中，通过OM预浸处理可以在铜表面形成大约80nm厚的吸附层(Ad SO rb ed Laye r)，因而，导致有选择性的形成Cu+，从而保护了下面的Cu。同时Cu+又作为催化剂为Sn2+提供了“电子”，使S n沉积到Cu表面上。

　　近10年来，经过0rmecons的精心研究和探索，成功地完成了含有“有机纳米金属”为PCB提供了优良的表面涂覆层。在三年以前，作为第一个以0M基的“纳米表面涂覆层”提供了市场。0M基的“纳米表面涂覆层”，不仅有足够高的抗热变(退)色(Di sc010 raTIon)而适用于无铅焊接条件，而且，现在新一代的0M-Ag络合的纳米表面涂覆层(Complex Nanorfinish)已经问世，并表明在抗老化、抗变(退)色和可焊性等方面有更好的性能。

　　2工艺说明和性能介绍

　　下面是OM一Ag络合的纳米表面涂覆层的工艺形成过程及其性能实验情况。

　　2 .1 工艺流程

　　工艺流程是以特种酸清洁剂开始，经过专门微蚀刻处理，然后在制板(Panels)经过短时间浸渍(调整1 0 s)后，进入活化液槽(0MN7100，35℃/90 s)，经过漂洗、干燥便完成了。其加工工艺流程如下：

　　酸性清洁剂-漂洗-微蚀刻-漂洗-调整-OM液槽-去离子水漂洗-烘干

　　在制板样品经过扫描电子显微镜(SEM)和静电库伦法测量(GCM)进行结构研究(Morphology InvesTI2aTIon)。图1表示PCB的铜焊盘表面经过OM/A2纳米表面涂覆处理以后的扫描电子显微镜的图像，SEM图像表明，0M-Ag络合物是处于铜结晶的界面处，而大部分面积(区域)是铜的表面。

　　

 

　　图1 PCB用OM/Ag纳米表面涂覆处理后的SEM图象

　　2 .2库伦法研究(couIometric lnvestigation)

　　采用静电库伦法测量(GCM，Galvanostatic Coulomet：ric Measurement)的电化学研究表明，以0M基的纳米表面涂覆是形成了新型的络合物，如图2所示。这个新型络合物的电位(电势)是明显区别于普通(单纯)的Ag处在Cu表面上的。

　　

 

　　图2 Gu、在Cu上浸Ag和在Cu上OM/Ag的“电位一时间”曲线

　　OM/Ag纳米颗粒络合物对铜的表面涂覆的关系是取决于浸渍时间的，其情况表示于图3中。电位(压)大小表明，铜表面将随着开始加工的进行而缓慢地减少，在40s一60s之间具有最高的覆盖率，而在60s以后的无铜的覆盖率将缓慢地下降，并在9 0 s后检测(电化学可看出)不到铜。

　　OM基纳米表面涂覆层优良的可焊性结果是由客观评价而证明了的。对广泛应用的有机可焊性保护剂(OSP)与OM基纳米表面涂覆层之间的比较也进行了，主要是采用可焊性分析和湿润平衡(wetting Balance)来确定它们的润湿力(Wetting Force)。试验结果表明OM基纳米表面涂覆层的润湿力(1.0mN) 几乎是OSP保密涂覆层润湿力(0.55m)的两倍。

　　焊料焊接

　　一个外部的客观分析表明，采用0M/Ag纳米级表面涂覆层的BGA焊盘进行无铅锡焊料焊接是具有高质量的焊接结构的。可以期望采用OM/Ag纳米级表面涂覆层的焊接是具有长期可靠性的。

　　3结论

　　OM/Ag纳米级(颗粒大小)络合物可作为PCB可焊性表面涂覆(镀)层。它具有更薄的厚度(50nm，仅为最薄的化学镀银的1/6左右)，可用于无铅焊接条件。同时，OM/Ag纳米级可焊表面涂覆层比起非纳米级的常规可焊性表面涂(镀)层(包括0 S P涂覆层等)来说，在抗老化、抗变(退)色和可焊性等方面有更好的性能。