CN108135085A - 一种铜焊盘的表面喷锡处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铜焊盘的表面喷锡处理方法，所述喷锡处理时，使用锡铟合金，在220‑240℃进行喷锡作业，按重量百分比计，所述锡铟合金中铟含量为1‑5wt％；本发明还提供一种基于上述喷锡处理的铜焊盘表面处理方法，包括：焊盘清洗处理：采用水平喷淋Fel3彻底清洗焊盘表面氧化层及有机污染物，腐蚀深度为0.5～1.0微米，腐蚀后水洗热风快速吹干；焊盘预热及助焊剂涂敷，预热带长度为1.2米，采用红外加热的方式，预热温度为120～150℃，助焊剂采用有机弱酸作为活化剂的助焊剂；上文所述的喷锡处理；冷却与后清洗处理：采用气浮式传输方式对线路板缓慢冷却，采用上述技术方案，能够明显抑制界面金属间化合物的生长，提高焊点的使用可靠性。

Description

一种铜焊盘的表面喷锡处理方法
技术领域
本发明涉及一种印制线路板的表面处理技术，尤其是铜焊盘的表面喷锡处理技术。
背景技术
电子封装技术中，电子元器件与铜焊盘焊接后，锡基合金与焊盘表面产生冶金结合，生成的界面金属间化合物起到机械连接和电气连接的作用。随着电子产品小型化、便携化的发展趋势，焊点的可靠性问题备受关注。焊点在服役过程中，在温度的作用下界面金属间化合物会逐渐生长，并且服役温度越高，界面金属间化合物的生长越快。界面金属间化合物属于脆硬相，焊点在受力的过程中，最容易在界面金属间化合物处产生应力集中。因此，在焊接的过程中希望界面金属间化合物尽可能薄，并且在服役过程中希望其生长可以尽可能慢。
界面金属间化合物种类受到焊料合金成分的影响，同时也受到焊盘种类以及焊盘表面处理的影响。焊盘表面喷锡处理作为线路板表面处理的一种最为常见的表面处理方式，具有成本低，焊盘表面防氧化好，被广泛地应用于线路板的生产。但喷锡温度高使线路板产生较大的变形和内应力，线路板的平整度较差。喷锡质量的好坏会直接影响电子元器件焊接质量以及后期服役的可靠性，因此，喷锡的质量成为线路板生产厂家控制的一个重点。在最常用的喷锡处理的铜焊盘中，焊盘在与电子器件焊接前，在喷锡的过程中，焊盘表面与高温的锡产生冶金结合已经生成Cu6Sn5金属间化合物。在之后的SMT等焊接过程中，由于经历又一次重熔，界面金属间化合物Cu6Sn5会快速生长，对焊点的可靠性产生不利的影响。
发明内容
由于喷锡工艺中温度较高，焊接后界面金属间化合物存在生长快的缺陷，本设计人改进传统的喷锡处理工艺，采用锡铟合金制备一种抑制界面金属间化合物生长的焊盘，具有喷锡温度低，线路板平整度好，界面金属间化合物薄等优点，在产业上具有广发的利用价值。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种铜焊盘的表面喷锡处理方法，其技术方案为：喷锡处理时，使用锡铟合金，在220-240℃进行喷锡作业，按重量百分比计，所述锡铟合金中铟含量为1-5wt％，优选1-4wt％。
采用上述技术方案，SnIn合金热喷涂在Cu基板上，液态的SnIn合金会与铜发生反应，生成自由能更低的Cu6(Sn,In)5(而纯Sn和Cu反应是生成的是 Cu6Sn5)。由于In原子在Cu6(Sn,In)5中以置换原子的形式存在，因此会导致 Cu6(Sn,In)5产生晶格畸变，阻碍Sn和Cu原子在固态下的进一步反应，因此抑制了化合物Cu6(Sn,In)5的生长，降低了对焊点可靠性的影响。其次，对于Cu3(Sn,In) 这种性能较差的界面金属间化合物(硬而脆，并通常会形成孔洞)，基本是由 Cu6(Sn,In)5和Cu进一步反应而来，因此抑制了Cu6(Sn,In)5的生长变相的也减少了Cu3(Sn,In)的形成，使得该种化合物在焊点服役过程中(在温度的作用下)生长缓慢，有效的抑制了界面裂纹的产生。进一步提高了焊点在服役过程中的寿命。
此外，由于采用了锡铟合金代替锡来进行喷射，降低了熔点，使得线路板不容易产生折皱。
本发明还提供一种铜焊盘表面处理工艺，包括以下步骤：
(1)焊盘清洗处理：采用水平喷淋Fel3彻底清洗焊盘表面氧化层及有机污染物，腐蚀深度为0.5～1.0微米，腐蚀后水洗热风快速吹干；
(2)焊盘预热及助焊剂涂敷，其特征在于：预热带长度为1.2米，采用红外加热的方式，预热温度为120～150℃，助焊剂采用有机弱酸作为活化剂的助焊剂；
(3)上文中所述的喷锡处理过程；
(4)冷却与后清洗处理：采用气浮式传输方式对线路板缓慢冷却。
采用上述技术方案，与现有技术相比，无需对工艺设备进行改造，仅需替换喷锡处理时候的金属即可，通过小的改动，即大幅提高了焊点后期服役过程的可靠性。
附图说明
图1为本发明焊盘结构示意图；
图2为所述喷锡合金处理工艺后焊盘表面宏观形貌；
图3为为所述锡铟合金熔点；
图4为不同实施例下金属间化合物Cu6Sn5形貌对比图；
图5为不同实施例下金属间化合物Cu3Sn在190℃下生长960h后的形貌对比图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明中，使用铜焊盘，均通过下述工艺步骤进行表面处理：
(1)焊盘清洗处理：采用水平喷淋Fel3彻底清洗焊盘表面氧化层及有机污染物，腐蚀深度为0.5～1.0微米，腐蚀后水洗热风快速吹干。
(2)焊盘预热及助焊剂涂敷，其特征在于：预热带长度为1.2米，采用红外加热的方式，预热温度为120～150℃，助焊剂采用有机弱酸作为活化剂的助焊剂。
(3)喷锡处理：锡合金为锡铟合金，喷锡合金温度为220-240℃。
(4)冷却与后清洗处理：采用气浮式传输方式对线路板缓慢冷却。
实施例1
上述表面处理中的喷锡处理时，使用铟含量为1.0wt％的锡铟合金在240℃下进行喷锡处理。喷敷结束后，其初始界面金属间化合物Cu6(Sn,In)5厚度为1.02 微米，在190℃下生长960小时后，界面金属间化合物Cu3Sn厚度为7.89微米。
实施例2
上述表面处理中的喷锡处理时，使用铟含量为2.0wt％的锡铟合金在235℃下进行喷锡处理。喷敷结束后，其初始界面金属间化合物Cu6(Sn,In)5厚度为0.89 微米，在190℃下生长960小时后，界面金属间化合物Cu3Sn厚度为6.21微米。
实施例3
上述表面处理中的喷锡处理时，使用铟含量为3.0wt％的锡铟合金在230℃下进行喷锡处理。喷敷结束后，其初始界面金属间化合物Cu6(Sn,In)5厚度为0.79 微米，在190℃下生长960小时后，界面金属间化合物Cu3Sn厚度为5.41微米。
实施例4
上述表面处理中的喷锡处理时，使用铟含量为4.0wt％的锡铟合金在225℃下进行喷锡处理。喷敷结束后，其初始界面金属间化合物Cu6(Sn,In)5厚度为0.73 微米，在190℃下生长960小时后，界面金属间化合物Cu3Sn厚度为3.94微米。
实施例5
上述表面处理中的喷锡处理时，使用铟含量为5.0wt％的锡铟合金在220℃下进行喷锡处理。喷敷结束后其初始界面金属间化合物Cu6(Sn,In)5厚度为0.69 微米，在190℃下生长960小时后，界面金属间化合物Cu3Sn厚度为3.25微米。
对比例1
纯铜焊盘表面采用传统表面喷锡处理工艺，喷敷层为纯锡，喷敷温度为 260℃。喷敷结束后，其初始界面金属间化合物Cu6Sn5厚度为1.47微米，在190℃下生长960小时后，界面金属间化合物Cu3Sn厚度为10.24微米。
从上述实施例可以看出，仅需添加1％的铟，即可显著降低初始界面金属间化合物厚度以及使用过程中产生的界面金属间化合物，而随着铟含量的增加，效果更佳。不过面考虑到金属铟价格更高，所以考虑添加5％以内的铟即可。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种铜焊盘的表面喷锡处理方法，其特征在于，所述喷锡处理时，使用锡铟合金，在220-240℃进行喷锡作业，按重量百分比计，所述锡铟合金中铟含量为1-5wt％。
2.根据权利要求1所述的一种铜焊盘的表面喷锡处理方法，其特征在于，按重量百分比计，所述锡铟合金中铟含量为1-4wt％。
3.一种铜焊盘表面处理方法，包括以下步骤：
A.焊盘清洗处理：用以清洗表面氧化层及有机污染物；
B.焊盘预热及助焊剂涂敷；
C.权利要求1-2所述的表面喷锡处理步骤；
D.冷却与后清洗处理。
4.根据权利要求3所述的一种铜焊盘表面处理方法，其特征在于：所述焊盘清洗处理：采用水平喷淋FeI3彻底清洗焊盘表面，腐蚀深度为0.5～1.0微米，腐蚀后水洗热风快速吹干。
5.根据权利要求3所述的一种铜焊盘表面处理方法，其特征在于：所述焊盘预热及助焊剂涂敷：预热带长度为1.2米，采用红外加热的方式，预热温度为120～150度，助焊剂采用有机弱酸作为活化剂的助焊剂。
6.根据权利要求3所述的一种铜焊盘表面处理方法，其特征在于：所述冷却与后清洗处理：采用气浮式传输方式对线路板缓慢冷却。
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