环保型PCB材料及PCB表面无铅处理
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作者: 杨端 庞前娟
摘 要： 作者介绍了无卤阻燃型PCB材料，以及PCB无铅表面处理技术在电子制造业的推广应用。
关键词： 环保型PCB 无卤素PCB 无铅表面处理
在大力提倡环保的时代，PCB材料及PCB表面处理是否符合环保要求，是电子制造产业重视的问题了。事实上PCB行业正在开发推广环保PCB材料的使用及PCB表面无铅处理工艺。下面我对环保PCB材料及PCB表面无铅处理谈谈看法。
一、环保型PCB材料
PCB行业应重视对环保材料的开发应用，对三废处理的控制，以及环保支撑的研究。目前的研究主要集中在以下三个方面：1.环保基材和半固化片面性的研究；2.环保化进程和表面处理的研究；3.针对无铅要求而进行耐高温材料和表面处理的研究。
出于安全的考虑，传统的PCB材料在制造时必须在环氧树脂中加入阻燃剂，加入的方式有掺合型与反应型两种。加入掺合型阻燃剂的材料虽然加工容易、成本较低，但因其主要由金属氧化物或氢氧化物等组成，其化合物具有低发烟及低毒性的特点。因此，掺合型的方式对材料本身性质的影响较大且会污染PCB的后制程。反应型的阻燃材料利用化学反应将阻燃剂与环氧树脂以化学键的方式组合起来，具有较持久的耐热和较佳的阻燃效果。一般采用卤素系阻燃剂，其具有较好的阻燃性能和较低的成本，以及较成熟制造工艺，但其在500―700度环境中焚烧时会产生对环境有害的物质，近来随着对环保的考虑，对PCB提出了无卤化要求。
目前，无卤素材料的开发仍属反应型阻燃材料，以磷系和氮系为主。氮磷系以聚磷酸脂胺为主，主要通过捕捉氢自由基和氢氧自由基，形成不燃性或安全性气体，从而延迟或阻止燃烧的进一步进行，达到阻燃的目的。
与常规材料相比，无卤素提高了PCB的热稳定性和可靠性，提高了介电常数，以及绝缘性能，同时也降低了材料的流动性和结合力，压合后刚性高、硬度大、脆性强，其特性更加适合环保要求、适合阻抗板的制作，但从加工性能上讲，由于其基板铜箔剥离强度低，易在蚀刻过程产生蚀刻不净的现象，需采取相关改善工艺应对。
无卤素PCB制作流程与常规PCB制作流程的主要差异有以下四个方面：1.图形转移中工作底片的调整；2.层压操作视窗的范围和控制方法；3.钻孔工艺参数的调整；4.阻焊制作中阻焊剂的调整与印制参数的调整。
无卤素材料将有助于减少有害物质对人类的危害，有利于环保和人们生命财产安全，对于其缺点可随着制造技术的日益完善和成熟在制造工艺上加以调整和革新，在环保时代，无卤材料将在电子制造业迅速得到推广应用。
二、PCB无铅表面处理
传统的表面处理HASL（热风整平即喷锡铅）已经逐步被无铅表面处理取代，以适应环保的要求。无铅表面处理主要有OSP、ENIG、化Ag、化Sn，等等。
OPS是Organic Solderability Preservativives的简称，为有机保焊膜，又称为护铜剂。它的原理是有机物与铜面形成一种有机鳌合物，从而防止焊接前铜面被氧化。这种方式由于存放时间短和难重工而少被推广应用。
ENIG就是化镍金，是通过置换反应在铜的表面置换成化学镍层后再在镍层表面置换一层薄金，从而防止镍层及铜层被氧化，并增加可焊性。此工艺已较成熟。其流程为：清洁→微蚀→酸洗→酸浸→活化→化镍→化金→金回收→后处理。其优点是存放时间长、可焊性高，缺点是成本较高。
化Ag也是通过在有机添加剂下的银铜置换反应形成保护膜的，由于沉镀层在空气中容易出现变黄、发黑氧化等变色问题制约了化银的利用。可在化银层增加一道抗氧化工序加以改善。虽然银也是贵重金属，但由于膜厚较低，成本相对也较低。
化Sn由于使用的高温槽液只能维持一周的使用时间，虽然加入硫脲可延长使用寿命，但硫脲是一种致癌物，所以此法不佳。
从成本考虑ENIG＞化Sn＞化Ag＞OPS。
从可焊性和存放时间考虑ENIG＞化Ag＞化Sn＞OPS。综合因素考虑以化Ag方案较好，化Ag大有前景。
展望PCB行业前景，只有符合环保要求的材料和制造工艺才有生存发展的空间。我们期待更多的既环保又先进的PCB材料和制作工艺的诞生，推动电子制造业的不断完善发展，使电子产品都打上环保的标志。
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