電路板制作在“綠色電子”趨勢下，將受到多面向的衝擊，新式無鉛焊料將導致迴焊(Reflow)溫度與操作時間的急遽增加，對基材組成的耐熱需求以及下游可焊接、可打線等表面處理的期待；都將對于內(nèi)層處理到完工板表面處理等製程，帶來史無前例的全新挑戰(zhàn)。
無鹵的需求對于電路板介質(zhì)材料的軔性是一個相當大的挑戰(zhàn)。板材玻璃態(tài)轉(zhuǎn)換。溫度(Tg)的提高與吸水率的降低，已成為下世代板材的重要目標．本文將針對RCF背膠銅箔提供藝術(shù)境界的全新解決方案，即使對于無鹵式困難的HDI板材，從實做中証明也能展現(xiàn)最精良的性質(zhì)。
電路板面的最終表面處理與下游無鉛組裝有著密切的關(guān)系，所產(chǎn)生的各種效用皆應加以深入探討。此外，業(yè)界將可能放棄無鉛噴錫(HASL)的強熱折磨，而另尋其他替代方案，例如化學浸錫、化學浸銀等。本文亦將就過去幾年來持續(xù)對新式浸錫、浸銀及化學鎳金等各種改善成果，在此一併加以整理與呈現(xiàn)。
一、板材的改善
（一）、背膠銅箔
手機電路板板微盲孔製作之量產(chǎn)中已大量使用背膠銅箔RCF或RCC 。全新研發(fā)的尺RCC對于環(huán)境危害已大爲降低。其材料部份之內(nèi)容可分爲兩部分：其一是介質(zhì)層配方的改變，其二則爲背膠銅箔本身製程的革命，阿托公司決定針對這兩部分同時進行改善。
（二）、友善背膠銅箔之製程
目前既有電路板廠家做背膠銅箔的標準程序，首先是將所有組成物（樹脂、硬化劑、添加劑、耐燃劑等)混和攪拌于有機溶液中，再以精密涂佈機將此流體混和物涂佈于銅箔上，然后以烤箱將濕膜中的溶劑驅(qū)走烘乾。
阿托公司已發(fā)展出一種全新無溶劑(So1Vent一1eSS)式之背膠銅箔：是將固態(tài)原料先行均勻混和，然后經(jīng)由熔融擠出方式得到整體均勻的粉體，如此即無需再使用溶劑。事實上此種製造技術(shù)早巳應用在裝飾性的領(lǐng)域中，而且也已非常成熟與廣用。新法只是將原來的粉體技術(shù)，利用一種專密性涂佈方式，將之均勻涂佈在銅箔表面，再利用涂佈設(shè)備之改良系統(tǒng)，即可得到尋E常均勻的粉體層，然后再逐步利用烤箱在特定條件下使之熔融，冷卻后即可在銅箔上得到均勻之皮膜。按此種做法所得到的皮膜，由于受限于流性的不大，因而會出現(xiàn)微粗糙的外表但卻也使得所生產(chǎn)的RCF在后續(xù)壓合作業(yè)中，能夠快速的排出氣體。
（三）、無鹵板材之組成
過去含臭式耐燃劑的環(huán)氧樹脂，一直是基材板、膠片、及背膠銅箔的主要成分。但是自從歐盟立法，明文禁止某些有毒物質(zhì)在電子產(chǎn)品的應用以來，業(yè)界也就加速對此類有毒物質(zhì)的取代工作，未來這些有毒物質(zhì)將無法繼續(xù)存在于介質(zhì)材料配方中。
阿托公司最新開發(fā)的介質(zhì)材料，是一種不含鹵素的環(huán)氧樹脂，并已通過無鹵的相關(guān)規(guī)范。這種以磷化物做為耐燃劑并且改為粉體的配方。其在材料特性的表現(xiàn)上，并未因無鹵化而被犧牲掉應有的特性，特別是在關(guān)鍵性的吸水性方面，仍舊可保持在很低的水淮，右表即為無臭板材壓合后各種特性的概觀。

圖1、RCF粉體加工在銅面上之熔融與乎坦化

圖2、粉體涂佈之背膠銅箔

圖3、無函全新板材之特性
（四）、小結(jié)
阿托科技已開發(fā)出符合環(huán)保要求，全新背膠銅箔之涂佈技術(shù)，并結(jié)合了無鹵素配方而應用在介質(zhì)材料上，此技術(shù)的成功又朝IS]綠色材料及製程邁進了一大步。此外，相對于介質(zhì)層多樣厚度之要求，也已精確掌握了厚度公差，對于致力于環(huán)保之設(shè)計者與生產(chǎn)者，在微盲孔的製作方面將可提供最佳的利器。
二、表面處理與焊接
此部分內(nèi)容主要是在比較電路板各種最終表面處理，在一般空氣或氮氣中之焊接潤濕性。阿托公司所試驗過的表面處理包括：化學錫、化學銀、有機保焊膜、無鉛噴錫、中磷及高磷化學鎳金及鎳鈿金等。
為了要清楚瞭解各種表面處理與無鉛焊接的最佳搭配性，迴焊之后還需測量其其錫膏熔后的散錫直徑。多功能考試板所使用板材為Tg170之FR4，其板厚為1.6mm，表面鍍銅之厚度為30μm。
（一）、皮膜厚度(Layer Thickness)
所試焊的各種表面處理，均採用無鉛焊接最適宜的厚度范圍，而各種皮膜之厚度則利用不同方式予以小心量測與驗証。
（二）、迴流焊(Reflow Soldering)
柏林阿托總公司所試做的迴流焊，是採用“REHM  NITRO2100“”之五段加熱式迴流焊爐，所用之溫時曲線(Profile)是根據(jù)J一STD一020一C所訂定之曲線，板面最高溫為260℃，而整個迴流焊過程不超過10分鐘.。
各項試焊是在氮氣環(huán)境(殘氧率<100PPm)及一般空氣環(huán)境（180KppmO2)中所分別進行。所選用的錫膏為”KOKI S3X58一M406”之SAC305無鉛錫膏。而錫膏的印刷，則是採用“DEK248”之不鏽鋼板，該鋼板(Stencil)厚度為125μm。

圖4、試焊中各種皮膜所測得的厚度

圖5、迴流焊溫時曲線是依據(jù)J-STD-020-C(紅線)的參考曲線，并與傳統(tǒng)錫鉛共熔合金迴流焊曲線(藍線)兩者進行對比。
（三）、錫膏熔散后之直徑(Solder spread diameter)
本法包括了錫膏印刷(所印出之直徑為1000私m)，經(jīng)過迴流焊后，觀察液態(tài)及固態(tài)錫膏之擴散情況。當錫膏表面張力較小擴散能力良好時，就會在焊墊上展現(xiàn)較大之覆蓋性0于是可利用擴散面積的大小去評比表面處理皮膜在潤濕性方面之好壞。

圖6、鍚膏在種皮膜表面的印刷與焊后擴散（1）、印刷與擴散面積1000 μm／1100μm(直徑)    （2）、印刷與擴散面積1000μm／1400μm (直徑)    （3）、印刷與擴散面積1000μm／1760μm (直徑)
（四）、各種皮膜經(jīng)多次焊接后的比較
各種參與測試的表面處理層，首先是進行未經(jīng)老化之直接迴焊，之后另將其各皮膜先經(jīng)過一次、二次及三次模擬迴流焊之高溫老化，然后再去進行錫膏印刷與迴焊。各試驗樣品之表面，均預先印刷3O個錫膏測試點，然后再進行迴流焊。
此未經(jīng)老化之第一次迴焊的散錫面積比較

圖7、各種皮膜經(jīng)氮氣（綠）與空氣（藍）迴流焊后其"潤濕面積7原印直徑"之對照情形。請注意噴錫和化學浸錫皮膜之散錫，經(jīng)過氮氣迴流焊（指焊后原始狀態(tài)）很難加以測量，因爲錫膏熔融后的外觀與原噴錫或化錫表面的差異很少，無法進行量測。
先經(jīng)一次老化再做首次之迴焊后比較

圖8、不同表面處理經(jīng)過一次老化后再做迴焊，針對氮氣（綠）或空氣（藍）中所做"擴散面積/直徑"之對照情形
先經(jīng)過兩次老化再做迴焊之比較

圖9、各種表面處理先經(jīng)過兩次老化再做迴焊，其于氮氣（綠）或空氣（藍）中針對迴流焊"擴散面積/直徑"之比值對照
先經(jīng)過三次老化再做第四次迴焊

圖10、各種表面處理經(jīng)過三次老化再做迴焊，其氮氣(綠)或空氣(藍)迴流焊針對“擴散面積／直徑”之對照情形
等試焊樣點與散錫量測是從”X”及”Y”方向分別執(zhí)行。事先所做迴流焊式之老化及后續(xù)實際迴流焊過程，均同時在一般空氣及氮氣兩種情況中進行。
（五）、小結(jié)
大體而言，在氮氣中進行迴流焊的結(jié)果要比起在一般空氣中所得到的結(jié)果來得更好。此外，針對散錫面積或印刷直徑的量測時，發(fā)現(xiàn)化學鎳金的成績比較好（通常焊錫性良好并不代表焊接強度也佳，根據(jù)多項試驗結(jié)果看來，錫鎳銲點強度平均只有錫銅銲點的70％而已)，以下即為各種皮膜焊接成績的說明。
（l）、有機保焊膜(OSPs)
此種皮膜在氮氣中進行迴流焊后，發(fā)現(xiàn)錫膏擴散的直徑比起一般空氣中約增加70μm.不過OSP在一般空氣中經(jīng)過兩次迴流焊后，所印錫膏已經(jīng)不再具有擴散能力。經(jīng)量測所得之錫膏之直徑分別為只有999及998μm而已。
（2）、化學銀(Immersion Silver)
在氮氣環(huán)境中進行迴流焊后，其錫面擴散的直徑約增加了160μm。然而氣及一般空氣，兩者對于未經(jīng)老化的化學銀表面，并未出現(xiàn)太大的差異。
（3）、無鉛噴錫(SnCuNi)
未經(jīng)過老化的無鉛噴錫表面，在一般空氣中經(jīng)過一次迴流焊后，其散錫直徑約增加了400μm 。不過當此噴錫在空氣中經(jīng)過二次迴流焊后，錫膏擴散后的直徑卻不增反減，甚至還會發(fā)生縮錫的現(xiàn)象，其直徑比起當初印刷時還來得小一些。
但當繼續(xù)在氮氣中做第一次迴焊時，由于焊性太好而使錫膏與承墊上原本的噴錫層已完全混在一起，無法從外觀上加以分辨，致其散錫面積已難以估算。當噴錫表面于氮氣中進行第二次迴流焊后，其錫膏的直徑卻只增加45μm而已o
（4）、化學錫(Immersion Tin)
在氮氣中進行迴流焊比起在一般空氣中而言，其錫膏擴散的直徑差異十分顯著，特別是當樣品在先經(jīng)過老化再比較時尤其明顯。在氮氣中進行迴流焊后，因為外觀上并無法分辨是錫膏或是承墊上的錫層，因而無法加以估算。此外，相對于為未經(jīng)過老化之化學錫層，其于氮氣中仍有優(yōu)異的錫膏擴散能力，多次老化對迴流焊的負面影響并不明顯。

圖11、此二圖均爲臺灣阿托公司研發(fā)中心，利用美商FEI公司出品NOVA600型之FIB（離子束聚焦式電子顯微鏡）所攝之微切片圖。挖坑與截面左圖爲化學錫鍍后立即切攝；右圖爲迴焊三次后所切得之畫面。
在氮氣中進行迴流焊比一般空氣中其散錫直徑約增加了200μm相對而言，經(jīng)過老化后其氮氣與空氣的差異則并不明顯。如果單純在空氣中進行迴流焊時，其散錫直徑通常會到達1400μm或更大。
（5）、高磷化學鎳金(HighPENIG)
在氮氣與空氣進行迴流焊比較時，氮氣中散錫直徑約可增加280μm。但當樣品經(jīng)過老化后，其于氮氣或空氣的差別已經(jīng)不大。至于散錫直徑則均可以達到1300一1400μm。
（6）、學鎳鋁金(E-Ni  E-Pd  I-A u)
對于化學鎳鈿金而言，于氮氣中進行迴流焊時已出現(xiàn)明顯的改善。而在空氣者，其散錫程度與中磷化學鎳金的結(jié)果相類似。不過此種皮膜在氮氣中迴流焊之散錫直徑，卻比末焊前所印刷1000μm之錫膏面積，居然擴張了約4倍之多而達3977μm之巨大，甚至在經(jīng)過三次迴流焊后，其散錫直徑仍可增大2600μm 。此結(jié)果比一般化學鎳金皮膜要好上兩倍，也較噴錫或其替代製程好上2.6倍。

山東芯演欣電子科技發(fā)展有限公司   聯(lián)系電話：18865375835