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电路板后加工制程涵盖的范围

  电路板的后加工制程

  电路板多数以工作尺寸制作到止焊漆作业完毕,之后会进行金属表面处理、外形加工等后加工程序,以配合组装所需要的规格,这些都是电路板后加工制程涵盖的范围。

  一后加工流程

  为使电路板后续组装顺利,分片、外形加工等尺寸切割处理是必要的工作,而为了获得好的组装连结,会对接点表面作出适当的金属处理。因多数电路板厂都有广大的客群,因此随各家需求的不同,后加工程序也可能会有不同结果。蘑反以所示为后加工流程范例。

  完成止焊漆的电路板,会进行接点或端子的金属表面处理,其后依据组装需求将工作尺寸电路板切成合适的大小与形状,再经过清洗或排在较后段的金属处理、检验、包装出货。

  二金属表面处理

  金属接点及端子的金属表面处理,主要是为了装载、连接各种电子元件而作。常见的电路板金属表面处理如图1所示。

  现在最普遍用于焊接的焊锡为63/37的共熔锡铅组成,但由于环保因素未来将禁用含铅产品,因此有各种替代方案被提出。无铅焊锡目前所见的方案有Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Bi、Sn-Cu等,种类虽多但因都为锡膏,在组装方面似乎物料不是问题。但在电路板的金属表面处理方面,就无法找出完全兼容的产品。

  图1所示电路板金属表面处理

  (1)喷锡(HASL-HotAirSolderLeveling)

  电路板完成止焊漆涂布之后,必须将暴露于空气中的铜面保护起来,在铜面上附着一层焊锡就是其中一种方法。由于一般用于电子焊接的焊锡,熔点大约在200°C以下,若熔成一炉融熔的锡就可以直接用浸泡的方式在铜表面覆上一层焊锡保护膜。而这些銲锡又恰与未来焊接所用的锡组成相当,有利于元件的组装。但是浸泡的方式,电路板板面的锡沉积量将会过高且未受控制,因此以高压热风刮除表面的多余锡量并吹出通孔内的残锡,以达成保护铜面、孔内壁的目的。

  一般的喷锡处理程序为:脱脂—微蚀—酸洗—干燥—助熔剂涂布—HAL—冷却—清洗—干燥

  HASL是将电路板浸泡在熔融的焊锡中,在拉出时用风刀将高温高压的空气吹在面板上,以控制焊锡的厚度。由于短时间热风要将整个板面整平相当困难,因此组装元件时较细的铜垫会有安装问题。由于喷锡完的瞬间,锡尚未完全冷却凝固,因此水平置放一般会有较好的厚度分布。当然水平式喷锡和垂直式喷锡的锡厚度不尽相同,一般的经验水平喷锡的均匀度又比垂直略好,但水平喷锡机的维护比较麻烦。不久的未来,由于环保议题的无铅诉求,产生了喷锡制程是否会继续使用的疑虑,焊锡的选定已成当务之急。

  (2)有机保护膜(0SP)注113

  在止焊漆未覆盖的铜面覆盖耐热性的有机保护膜,是另一种金属表面处理的方式,也有称此为预助焊剂,因为紧接着的制程是焊接元件。由于新鲜的铜面才有可銲锡性(Solder-ability),如果能以有机析出层保有新鲜的铜面就可以保有后续的銲锡性。其实并非所有的有机保护膜都有助焊性,除了少数的松香系列保护膜外,多数的保护膜只有保护功能。因此在接下来的焊接时,保护膜必须与助焊剂有兼容性。一般而言如果使用有机保护膜,其焊接所使用的助焊剂活性需要略强,较强的助焊剂可以使有机膜在热环境下分解并使锡与铜底材直接连接。

  现行组装常有超过一次以上的重熔制程,因此有机膜必须通过一定的耐热考验才能胜任。

  (3)选择性焊锡电镀

  在线路电镀法制作线路的制程中,可以将焊锡直接电镀在线路区作为蚀刻阻绝层,蚀刻后先将光阻膜剥离,再作第二次的光阻膜选别将要保留的銲锡区遮盖,之后以剥锡液将未覆盖区去除,保留需要銲锡的区域作为焊接之用。此种作法必须在线路电镀时执行,若线路已形成则失去了导线就无法执行,因此多数仍以喷锡制程制作焊锡涂布。

  多数焊锡电镀探用的是锡、铅的氟硼酸盐电镀系统,部份使用者采用有机酸电镀系统,电镀出的焊锡组成约为锡铅比60/40。

  为焊接而作的电路必须控制铜垫上的析出量,因此电流密度及分布都必须管制,否则不但厚度会偏离可能组成也会偏离。

  (4)镍/金电镀

  多层电路板及高密度增层板,在某些应用上会有裸晶组装、元件组装混用的现象。近来由于有机封装板的逐步成长,BGA、PGA、CSP等封装板会有打金属线(WireBonding)的需求,这些需要进行bonding的电路板必须进行全板镀镍金处理。

  常见的镀层厚度,镍大约需要1-5m、金则需要约0.05-0.75m,氨基磺酸镍镀液因为镀层应力少而被大量探用。

  一般用于镀金手指的镀金系统并不适用于打线镀金,有金属系统添加剂的镀液都会使镀层成为硬质。硬质金在连接器应用方面有良好的耐磨性,软质金与纯金相近,较适合用于打线。由于是使用电镀析出,因此电镀区必须与电极有接线导通,再在电镀后切断。由于残线在电路板内具有天线效果,部分厂商在电镀前以光阻将连线阻绝,电镀后将光阻剥除并将接脚蚀除,因而有所谓的回蚀(EtchBack)制程,这与早期美国军方所谈的除胶渣EtchBack不是同一件事。

  制作化学镍/金^16时并不须要使用电流,所以无须线路连通,对电路板制作的弹性大幅提升因此受到重视。多数厂商进行化学镍制程.时,是以次磷酸盐为还原剂,触媒与化学铜系统类似。由于探用磷酸盐系统还原剂,析出的镍会有磷共析的现象,而磷含量会影响镀层的物性,因此共析量必须加以控制。

  化学金析出基本上分为置换金系统及还原金系统两种,现在大部分所使用者为置换的化学金,所能制作的金厚度约为0.05-0.1m或此数值以下的薄镀层。厚镀层的应用仍以还原金较适合,部分的应用达到0.5m。进行金置换时由于与镍面有离子交换所以会生成针孔,但还原金是使用触媒析出故较无此现象。化学镀金溶液多为氰基系统,由于此类物质会伤害止焊漆有机层,某些厂商正努力于开发亚硫酸金系统.

  对于封装板使用打金线组装的应用而言,会要求高纯度且厚度较厚的金鑛层,至于以焊接为主或打铝线的产品应用而言,则会要求较低的镀金厚度。

  三机械加工

  电路板为符合最终组装需求,必须成型及机械加工外形尺寸,而电路板加工自由度高可以适应多种需求。为了组装效率问题,组装作业会在许多单一电路板整合在一起的状况下先行组装。在零件的组装测试后,再进行分割单片的工作。为了使后续分割容易,电路板常作折断V形槽加工、折断孔钻孔加工等,以使组装后处理容易。对产品外观要求较严的产品,切割会采用铣床(Router)作外框加工,对较不严格的产品也有使用冲床加工的模式。此阶段同时会进行组装工具孔的制作,部分过大的非电镀通孔也可在此加工。至于界面卡产品,由于时常插拔因此为使操作顺利会进行倒角修整.

  进行完整体机械加工后,电路板面会有不少的粉屑必须去除,因此必须进行最终的清洗动作以除切削粉或加工时的污物,干燥后再经过出货检查的作业即为成品。

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