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印制插頭側面包鎳金加工工藝研究

Study on nickel /gold plating technology on side face of printed-circuit connector
2016-12-14
作者:唐殿軍 樊廷慧 朱虎敏 陳春
來源:惠州市金百澤電路科技有限公司

作者簡介:

唐殿軍,14年PCB相關工作經驗,現任金百澤科技制造工程部高級工程師

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摘要:隨著通訊領域的發展,光模塊產品的使用環境越來越復雜,采用傳統閃金+印制插頭硬金加工的PCB,因為印制插頭側面為蝕刻后殘留的銅面,焊盤側壁位置不能通過客戶的較為嚴格的鹽霧測試要求,同時存在金面容易掉油墨問題,因此客戶提出了印制插頭產品側面包裹鎳金(簡稱包金)的加工工藝需求。本文從工藝流程、性能方面對比評估,找出側面包金的印制插頭硬金+化學鎳金表面處理的加工工藝的解決方案。

關鍵詞:側面包金;印制插頭;化學鎳金

Abstract: With the development of communication, the working conditions of optical communication module has become increasingly complex, using the conventional flash gold and hard gold plating processing will fail to meet the customer' s harsh requirement of salt spray test, because the side face of printed-circuit connector will remain copper layer after etching process. Therefore, the customer requires the technology of printed-circuit connector covered with nickel and gold surface treatment. In this thesis, we will find out such a solution by analyzing the technological process and performance.

Keywords:Nickel /Gold Plating on Side Face;Printed-circuit Connector;Electroless Nickel Immersion Gold

1.前言

隨著通訊領域的發展,光模塊產品的使用環境越來越復雜,采用傳統閃金+印制插頭硬金加工的PCB因為印制插頭與焊盤側面為蝕刻后殘留的銅面,不能通過客戶的較為嚴格的鹽霧測試,因此客戶提出了側面包裹鎳金(簡稱包金)的鍍硬金印制插頭+化學鎳金表面處理的加工工藝需求。

針對光電產品印制插頭側壁包金的要求,本文從工藝流程、性能方面對比評估,找出側面包金的鍍硬金印制插頭+化學鎳金表面處理的加工工藝的解決方案,實現了印制插頭與焊盤位置包金要求工藝產品的批量生產。

2.傳統生產工藝制作帶印制插頭板的局限性:

以常見的閃金+印制插頭鍍硬金光模塊產品為例,探索和分析傳統印制插頭鍍硬金產品的局限性,傳統工藝主要流程如下圖1:

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圖1 傳統工藝流程圖

2.1傳統加工工藝局限性:

傳統工藝采用無引線的加工工藝,主要有三方面缺點:

2.1.1 表面處理完成后進行堿性蝕刻作業,蝕刻時依靠鎳金進行保護,蝕刻后的印制插頭側壁與焊盤側壁均會有露銅現象,由于側蝕因素的存在同時產生鎳金凸沿金屬,印制插頭與焊盤側壁因為有銅露出不能通過客戶的鹽霧測試的要求,示意圖如下圖2,切片如圖3,客戶要求的產品狀態為印制插頭與焊盤側壁均為鎳金包裹,切片示意圖如下圖4。

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圖2 閃金+印制插頭硬金樣品外觀照片及測試位置

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圖4客戶要求的產品狀態截面照片

2.1.2 表面處理加工完成后在完成的鎳金層上面制作阻焊,金面無法進行粗化,阻焊直接與金面結合,結合力較差,表面處理在阻焊前,顯影后的銅面容易清潔度不夠會產生可焊性問題;

2.1.3 閃金+印制插頭鍍硬金工藝加工的產品IPC接受側蝕形成的凸沿金屬,標準見下圖5,但在PCB加工過程中有鎳薄或側蝕量偏大時,金手指與卡槽位插拔接觸后有掉金絲導致短路的隱患。

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圖5 IPC-A-600H-2010 印制板的可接受性標準對凸沿金屬可接受性標準

3.新工藝加工方法

3.1 工藝流程設計需要解決的問題:要實現印制插頭位置阻焊后暴露出的印制插頭與焊盤側面包金,焊盤位置采用側壁化學鎳金工藝,印制插頭位采用閃金+鍍硬金工藝,實施方法與評估結果如下:

(1)鍍金引線添加:印制插頭鍍硬金引線需要設計在印制插頭以外的區域,同時引線的添加不能夠影響到與印制插頭連接的阻抗線與其他區域的阻抗線路的精度要求,影響信號的傳輸,所以引線選擇添加在方形焊盤的角位、阻焊覆蓋過孔的焊環位,采用兩側引線的方式提高電鍍鎳金均勻性,設計資料見下圖6;

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圖6 鍍金引線添加后頂底層線路的GERBER資料

(2)鍍金滲鍍預防:電鍍硬金對干膜攻擊強,需要解決線路上的干膜附著力不良造成的滲鍍問題,所以采用了濕膜打底+干膜后一次性曝光的工藝,如下圖7,利用濕膜的結合力好與干膜的良好封孔性能,同時曝光可預防對位不良導致的滲鍍問題,未滲鍍的產品圖片如下圖8;

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圖7 印制插頭濕膜打底+干膜保護圖片       圖8 鍍金退膜后無滲鍍產品圖片

(3)蝕刻引線時保護工藝的選擇:為防止線路后蝕刻引線前貼膜不緊密,導致的金手指位置腐蝕,蝕刻引線時其他位置的保護選用2mil的厚干膜,圖形轉移后狀態見圖9;采用堿性蝕刻工藝,防止藥水對金面的攻擊導致的金面氧化,蝕刻后產品外觀符合要求,如圖10;方形焊盤、過孔焊環連接引線的位置引線殘留約3mil左右,不影響產品外觀及功能,如圖11、12。

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圖9 蝕刻引線前厚干膜保護圖片             圖10 蝕刻引線退膜后圖片

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圖11 方形焊盤角位引線殘留圖片     圖12 過孔焊環位蝕刻引線殘留圖片

(4)成品印制插頭位置的頂底層各取了50個unit產品測量印制插頭位置的金厚,每面10個印制插頭,要求金厚≥15u”,實際產品平均金厚度數據分析表見表1,單位:um

表1 實際產品印制插頭平均金厚度數據

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(5)產品按板內拉鍍金引線,鍍金手指并蝕刻引線工藝后,成品功能與外觀符合客戶要求,見下圖13;可焊性測試后焊盤全部潤濕,無綠油變色、起泡、甩油等缺陷, 外觀如圖14所示;插頭位置金相切片觀察,產品實現了印制插頭位置的側面包金要求,見下圖15;同時產品可通過客戶的鹽霧測試要求,客戶耐腐蝕測試條件:50g/L NaCl溶液,測試溫度35℃,PH 6.5-7.2(25℃),樣品垂直方向角度15 o,鹽霧沉降率(1.0-2.0)ml/80cm2·h,金手指與焊盤及側面均具有良好的耐腐蝕性能, 測試圖片見下圖16。   

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圖13 成品頂底層外觀圖片

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圖14 可焊性測試圖片

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圖15 印制插頭位側面包金圖片

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圖16 印制插頭位鹽霧測試正常圖片

3.3小結:

通過傳統工藝的分析找出其加工印制插頭板的生產局限性,經驗證使用新工藝加工方法可以有效解決傳統工藝的加工局限性,新工藝流程如下圖17示:

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 圖17 新工藝流程圖

通過工藝流程優化,成功的實現了印制插頭側面包金板的加工制作,經驗證,新工藝能保證產品靠性,實現了側面包金的印制插頭鍍硬金+化學鎳金表面處理工藝的批量加工,滿足客戶對光電產品的特殊要求。

4 結論

本文提供了一種側面包金的印制插頭鍍硬金+化學鎳金表面處理的加工方法,通過工藝改進,有效解決了滲金、引線殘留等技術難題。通過前期的試驗結果與批量測試,其品質穩定,工藝優化取得了良好效果,完全能滿足客戶的鹽霧測試要求。

5 結束語

隨著產品應用領域的延伸,客戶對產品的品質要求會越來越嚴,如何利用現有資源高效地改善品質問題,是業內每位技術人員所面臨的課題。本文闡述的側面包金的印制插頭鍍硬金+化學鎳金表面處理工藝,通過優化流程設計與加工方法,滿足了客戶品質需求,在此基礎上可以根據客戶需求搭配延伸開發出更多的新工藝。本文僅供同行借鑒和參考,不足之處請大家指正。

參考文獻

[1]IPC-A-600H-2010 印制板的可接受性[S]


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