造物工场技术分享：印制插头侧面包镍金加工工艺研究

造物工场pcb · 发表于 2020-5-9 15:12:51

1、前言

随着通讯领域的发展，光模块产品的使用环境越来越复杂，采用传统闪金+印制插头硬金加工的PCB因为印制插头与焊盘侧面为蚀刻后残留的铜面，不能通过客户的较为严格的盐雾测试，因此客户提出了侧面包裹镍金（简称包金）的镀硬金印制插头+化学镍金表面处理的加工工艺需求。
针对光电产品印制插头侧壁包金的要求，本文从工艺流程、性能方面对比评估，找出侧面包金的镀硬金印制插头+化学镍金表面处理的加工工艺的解决方案，实现了印制插头与焊盘位置包金要求工艺产品的批量生产。
2、传统生产工艺制作带印制插头板的局限性
以常见的闪金+印制插头镀硬金光模块产品为例，探索和分析传统印制插头镀硬金产品的局限性，传统工艺主要流程如下图1 。

图1 传统工艺流程图
2.1 传统加工工艺局限性
传统工艺采用无引线的加工工艺，主要有三方面缺点。
2.1.1 表面处理完成后进行碱性蚀刻作业，蚀刻时依靠镍金进行保护，蚀刻后的印制插头侧壁与焊盘侧壁均会有露铜现象，由于侧蚀因素的存在同时产生镍金凸沿金属，印制插头与焊盘侧壁因为有铜露出不能通过客户的盐雾测试的要求，示意图如下图2，切片如图3，客户要求的产品状态为印制插头与焊盘侧壁均为镍金包裹，切片示意图如下图4。

图2 闪金+印制插头硬金样品外观照片及测试位置

图3 图电金+印制插头镀硬金样品印制插头截面照片

图4 客户要求的产品状态截面照片
2.1.2 表面处理加工完成后在完成的镍金层上面制作阻焊，金面无法进行粗化，阻焊直接与金面结合，结合力较差，表面处理在阻焊前，显影后的铜面容易清洁度不够会产生可焊性问题；
2.1.3 闪金+印制插头镀硬金工艺加工的产品IPC接受侧蚀形成的凸沿金属，标准见下图5，但在PCB加工过程中有镍薄或侧蚀量偏大时，金手指与卡槽位插拔接触后有掉金丝导致短路的隐患。

图5 IPC-A-600H-2010 印制板的可接受性标准对凸沿金属可接受性标准
3、新工艺加工方法
3.1 工艺流程设计需要解决的问题
要实现印制插头位置阻焊后暴露出的印制插头与焊盘侧面包金，焊盘位置采用侧壁化学镍金工艺，印制插头位采用闪金+镀硬金工艺，实施方法与评估结果如下：
（1）镀金引线添加：印制插头镀硬金引线需要设计在印制插头以外的区域，同时引线的添加不能够影响到与印制插头连接的阻抗线与其他区域的阻抗线路的精度要求，影响信号的传输，所以引线选择添加在方形焊盘的角位、阻焊覆盖过孔的焊环位，采用两侧引线的方式提高电镀镍金均匀性，设计资料见下图6；

图6 镀金引线添加后顶底层线路的GERBER资料
（2）镀金渗镀预防：电镀硬金对干膜攻击强，需要解决线路上的干膜附着力不良造成的渗镀问题，所以采用了湿膜打底+干膜后一次性曝光的工艺，如下图7，利用湿膜的结合力好与干膜的良好封孔性能，同时曝光可预防对位不良导致的渗镀问题，未渗镀的产品图片如下图8；

图7 印制插头湿膜打底+干膜保护图片

图8 镀金退膜后无渗镀产品图片
（3）蚀刻引线时保护工艺的选择：为防止线路后蚀刻引线前贴膜不紧密，导致的金手指位置腐蚀，蚀刻引线时其他位置的保护选用2mil的厚干膜，图形转移后状态见图9；采用碱性蚀刻工艺，防止药水对金面的攻击导致的金面氧化，蚀刻后产品外观符合要求，如图10；方形焊盘、过孔焊环连接引线的位置引线残留约3mil左右，不影响产品外观及功能，如图11、12。

图9 蚀刻引线前厚干膜保护图片

图10 蚀刻引线退膜后图片

图11 方形焊盘角位引线残留图片

图12 过孔焊环位蚀刻引线残留图片
（4）成品印制插头位置的顶底层各取了50个unit产品测量印制插头位置的金厚，每面10个印制插头，要求金厚≥15u”，实际产品平均金厚度数据分析表见表1，单位：um
表1 实际产品印制插头平均金厚度数据

（5）产品按板内拉镀金引线，镀金手指并蚀刻引线工艺后，成品功能与外观符合客户要求，见下图13；可焊性测试后焊盘全部润湿，无绿油变色、起泡、甩油等缺陷, 外观如图14所示；插头位置金相切片观察，产品实现了印制插头位置的侧面包金要求，见下图15；同时产品可通过客户的盐雾测试要求，客户耐腐蚀测试条件：50g/L NaCl溶液，测试温度35℃，PH 6.5-7.2（25℃），样品垂直方向角度15 º，盐雾沉降率（1.0-2.0）ml/80cm²·h，金手指与焊盘及侧面均具有良好的耐腐蚀性能, 测试图片见下图16。

图13 成品顶底层外观图片

图14 可焊性测试图片

图15 印制插头位侧面包金图片

图16 印制插头位盐雾测试正常图片
3.2 小结
通过传统工艺的分析找出其加工印制插头板的生产局限性，经验证使用新工艺加工方法可以有效解决传统工艺的加工局限性，新工艺流程如下图17示。

图17 新工艺流程图
通过工艺流程优化，成功的实现了印制插头侧面包金板的加工制作，经验证，新工艺能保证产品靠性，实现了侧面包金的印制插头镀硬金+化学镍金表面处理工艺的批量加工，满足客户对光电产品的特殊要求。
4、结论
本文提供了一种侧面包金的印制插头镀硬金+化学镍金表面处理的加工方法，通过工艺改进，有效解决了渗金、引线残留等技术难题。通过前期的试验结果与批量测试，其品质稳定，工艺优化取得了良好效果，完全能满足客户的盐雾测试要求。
5、结束语
随着产品应用领域的延伸，客户对产品的品质要求会越来越严，如何利用现有资源高效地改善品质问题，是业内每位技术人员所面临的课题。本文阐述的侧面包金的印制插头镀硬金+化学镍金表面处理工艺，通过优化流程设计与加工方法，满足了客户品质需求，在此基础上可以根据客户需求搭配延伸开发出更多的新工艺。本文仅供同行借鉴和参考，不足之处请大家指正。