长短印制插头产品工艺研究

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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。