侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

长短印制插头产品工艺研究

2019-11-22 09:25
金百泽科技
关注

长短印制插头PCB利用印制插头长度不同的设计,满足印制插头与座子插拔时先接地后接电保护的作用,利用这种延时防错设计,预防器件无保护而产生烧毁问题,这种设计得到了广泛应用,其中光模块产品此类设计应用较多,随着5G通讯的商业应用,配套的5G光模块、数据中心产品将有巨大的市场潜力,行业高端高速光模块,一般需要满足金丝键合工艺要求和印制插头耐磨要求,表面处理趋于采用镍钯金(或沉厚金)+长短印制插头镀硬金工艺,这类产品PCB加工时为保证印制插头电镀硬金工艺,需要添加电镀金辅助引线,电镀金后需要将引线去除,常规工艺加工容易生产引线位置渗镀、蚀刻引线后引线残留等缺陷,本文以这类典型的长短印制插头产品为例,对产品加工工艺进行研究改良。

相关表面处理加工说明

长短印制插头PCB相关的表面处理,主要有电镀闪金、电镀硬金、镍钯金(或沉厚金)。

电镀闪金又称为电镀镍金,意思就是快速镀金,在铜面上镀镍后,再在镍层表面电镀一层致密较薄的镀金层,电镀上的金层为纯金,质地较软,也称为软金,可应用于直接焊接,也多用于电镀硬金的预镀金程序,作为电镀硬金的基地,它提供了类似化镍金的镍层与薄金层,镍层厚度一般控制在≥3μm,金层一般控制≥0.025μm;

电镀硬金是金钴合金,含钴0.25%左右,硬度比较硬,一般厚度控制在0.25-1μm,适合用在受力摩擦的地方,如板与卡槽接触的接触点,或按压测试点,俗称“金手指”、或“印制插头”。

化学镍钯金:利用还原与置换反应的化学镀的方式,在铜面上生成平整的镍层、钯层、金层,厚度与电镀镍金接近,由于金层为纯金,其同闪金一样,也经常被称为软金,钯厚度≥0.05μm,金厚度≥0.05μm,如果不沉钯层,金层厚度达到0.1μm以上(沉厚金),可应用金丝键合工艺,并且能够满足良好的焊接性能。

在不考虑水洗的情况下,不同表面处理的主要流程如下:

电镀闪金:除油→微蚀→酸洗→电镀镍→电镀金(纯金、软金、薄金)

电镀硬金:除油→酸洗→电镀硬金(钴金合金、硬金、厚金)

化学镍钯金:除油→微蚀→酸洗→活化→酸洗→化学沉镍→化学钯→化学沉金(纯金、软金、薄金)

长短印制插头PCB工艺难点分析

长短印制插头PCB工艺难点描述

印制插头镀硬金时需要保证印制插头与板边电镀夹点位置连通导电,为便于工程资料处理和加工,采用在长短印制插头前端添加的引线方式,添加的引线在电镀硬金前需要进行保护,防止表面电镀上硬金产生抗蚀层,电镀硬金后需要采用蚀刻的方式去除添加的导电引线,以形成长度不一致的长短印制插头,优化前的关键常规加工工艺流程如下所示:

优化前的工艺保护引线、印制插头电镀、阻焊是关键工序,处理方法不当容易产生可靠性问题:

引线保护工艺:蚀刻后线路较高,一般和基材间形成40μm左右高度差,干膜厚度一般为38μm左右,贴膜过程中干膜在高温条件下熔融态,由于时间短,排气困难,难以充分填充引线侧面与基材底部结合的夹角位置,电镀金过程中在设备震动,药水攻击因素影响下,镍金药水渗入干膜填充不良位置,造成引线侧面电镀上镍金,由于镍金层抗蚀导致引线残留、印制插头前端不平。

图1印制插头引线与基材底部夹角高度差示意图

 蚀刻引线加工工艺流程长,部分PCB工厂没有电镀闪金生产线,无法承接此类订单。

图2  印制插头引线残留

图3  印制插头引线残留前端不平

 阻焊前由于印制插头位置已经镀硬金,阻焊覆盖的铜面容易产生氧化,阻焊前处理机械研磨处理容易损伤金面、化学处理方式会腐蚀镍面,一般建议采用1000目尼龙针刷+喷砂方式处理。

工艺改善方案

通过分析确认,确定长短印制插头工艺难点改善及试验方案:

引线工艺:按优化前方式采用从印制插头前端拉引线的方式,降低资料处理难度、减少对阻抗的影响,评估印刷油墨保护引线工艺的可行性,利用油墨的印刷过程中产生的流动性充分填充线路侧,解决引线侧面保护困难问题。油墨需要选择显影型选化油墨,显影型的目的是可以通过图形转移工艺,提高印制插头的精度;专用选化油墨能够耐化学沉金、镍钯金、电镀金工艺,需要具备良好的耐化学药水攻击的性能,同时预防油墨内的成分析出,造成镍缸药水污染导致的镍腐蚀问题;油墨具有良好的流动性和填充能力,能够增加线路侧面底部位置填充效果,专用油墨需要具备容易去除的性能,退除引线保护油墨后不伤阻焊油墨。

印制插头镀金和蚀刻引线流程设计在阻焊后,阻焊前可进行常规化学处理和机械研磨处理,可解决阻焊下面铜面氧化问题。

加工工艺流程长:合并流程,印制插头区域、焊接区域沉镍钯金工艺同时进行,加工后,采用干膜保护焊接区域,露出印制插头位置进行电镀硬金。

试验设计

蚀刻引线设计

为了得到宽度一致的印制插头,引线添加可以参考以下设计:引线宽度可以与印制插头一致,也可以以相同宽度外延0.1mm,再缩小引线宽度0.2mm,此方式可以降低引线残留几率。

图4 电镀辅助引线添加

工艺流程设计

根据改善方案,将印制插头镀金与蚀刻引线流程由阻焊前制作改为阻焊后制作,引线保护采用的油墨需要选择显影型选化油墨。以下优化设计了两种加工工艺,其中流程设计方法2流程相对简单。

流程设计方法1:印制插头镀硬金前采用镀闪金做为电镀硬金的基地:

图5 电镀闪金+长短印制插头镀硬金工艺

流程设计方法2:印制插头区表面处理由镍钯金代替镀闪金工艺作为电镀硬金的基地,与焊接区域表面处理同时进行,优化后工艺流程如下:

图6 镍钯金(或沉厚金)+长短印制插头镀硬金工艺

试验结果

引线保护采用显影型选化油墨,表面处理后没有油墨脱落和渗镀问题。

图7 显影型选化油墨保护引线状态

改良的两种流程设计方法加工的产品,印制插头镀硬金后,常规退膜参数可去除保护引线的油墨,对阻焊油墨不会造成攻击,蚀刻后印制插头前端引线位置没有引线残留和平齐度良好。

图8 流程设计方法1产品无引线残留

图9 流程设计方法2产品无引线残留

可靠性评估

改良后2种工艺的产品各取10PNL产品进行外观、结合力等可靠性检测,各项目指标合格,说明产品可靠性符合要求。

表1 改良后工艺可靠性测试

分析与结论

镍钯金+长短印制插头镀硬金产品,通过显影型选化油墨应用,解决了引线渗镀问题,流程设计方法2采用镍钯金表面处理替代闪金作为电镀硬金的基地,可同时节省了一道镀闪金的关键工艺,流程更简单,并且可靠性符合要求,工艺更优。

表2 长短印制插头优化前后工艺对比

本文通过对镍钯金+长短印制插头镀硬金产品加工出现的主要技术难点研究,找出原因并对其进行流程优化试验,结合试验结果和生产验证,有效改善了加工过程中蚀刻引线渗镀导致印制插头引线残留问题,对流程进行重排,同时达到流程精简的目的。

光模块长短印制插头产品,代表了长短印制插头产品当中较难的工艺,本文的制造工艺可以延伸到普通长短印制插头的产品加工,也可以根据客户要求和工程实际加工能力将流程重排,应用于加工印制插头镀硬金+其他表面处理的长短印制插头产品。


唐殿军

19年PCB相关工作经验

金百泽工程部高级工程师

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号