阻焊层和选择性表面涂层之间的共生关系并不是新的概念。
阻焊层的应用是确保能够成功应用选择性表面涂层的主要考虑因素之一。选择性表面涂层是PCB制造工艺中最后一个化学步骤；此时的在制板价值最高，且不可返工。即使产品外观完美，也不能容忍有任何的缺陷。对于质量问题，制造商、阻焊膜供应商和所选择表面涂层供应商常常互相推诿。如果没有切实的证据，这些讨论很难解决问题，而选择性表面涂层工艺通常被认为是责任重大的工艺。
人们已经使用最先进的技术对这个领域内的“关键”阻焊层进行了测试，目的是评估能否找到影响性能的关键因素。本文将以化学特性为重点，在问题出现之前利用材料的化学特性来预测或鉴定潜在的问题，而不是特别命名“关键”阻焊层。本文的另一个目的在于解决阻焊层对常见提高良率方法（例如UV固化）的潜在反应。希望能够切实帮助制造商确保实现最高良率。
关键阻焊层会对所有的选择性表面涂层产生影响。本文将通过浸锡来强调关键阻焊层和该领域内一些问题之间的关系。本文将总结一种新的方法来鉴定回流焊后再沉积的挥发物。
阻焊层的作用是保护有源电路并界定选择性表面涂层。阻焊层基本属性包括对光刻成像的光敏性以及有足以保护有源电路的生产环境电阻。原则上来讲这些功能是简单的，但产生的影响却是深远的。本文所提到的影响主要是与表面缺陷有关，并以浸锡作为表面涂层实例进行详细阐述。
关键阻焊层的不良影响主要有两方面（不包括显影残留物）：浸出到化学品中，以及多个组装步骤过程中出现的可焊性问题。
阻焊层最初设计用于促进热风整平（HASL）。随着对共面性的需求不断增加，人们开始使用化学选择性表面涂层，如ENIG、ENEPIG和浸锡等等。这种应用的转变显然带来了一些明显的影响。在HASL工艺过程中，在制板要承受10秒的热焊料冲击（共晶焊料的温度约为260℃，无铅焊料的温度约为280℃），但湿化学选择性表面涂层要求在制板在恶劣的化学环境下停留更长时间，而且通常温度更高。理想情况下，阻焊层的选择与所采用的选择性表面涂层要进行优化组合。但在现实情况下，成本是进行选择时普遍考虑的第一因素。为了解决这一问题，本文试图让人们意识到阻焊层中的成分可能对生产有着“关键”的影响。
如今，同样令人费解的是高科技六西格玛工艺控制，阻焊层工艺的质量还是要按照增加重量、Stouffer楔形、断点测试以及烤箱温度来评断。虽然这些控制能够保证得到良好的涂层，但却无法提供固化状态的相关信息或选择性表面涂层加工或组装过程中可能释放出的挥发物的相关信息。
必须要强调的是，在此阶段阻焊层作为线路制造的基本组成部分非常成功地完成了它的作用。显影后阻焊层残留物能够被根除也证明了成像领域的进步。本文中我们假设阻焊剂残留物已经被完全去除，我们关注的重点是阻焊层浸出所带来的影响。阻焊层浸出到化学品中会对产品的的寿命和质量带来影响。这一点对于所有主流选择性表面涂层都是成立的。
本文将确定哪些阻焊层成分对使用先进分析设备的生产过程而言是至关重要的，并且将证明采用传统的行业固定方法（例如UV固化）对消除不利于良率的风险几乎没有影响。所选用的关键阻焊层是根据现场经验而决定的。
方法
此项研究根据现场经验选用了8个样品，还有4个样品是从“关键”客户那里拿来的在制板（用A、B、C、D表示），如表1所示。
表1：测试样品说明
所采用的分析方法如图1所示，分别为：
· 元素分析（CHNS）：碳、氢、氮、硫化学成分的量化方法
· 傅里叶变换红外光谱(FTIR)：官能团的指纹/鉴定
· 浸出实验：用GC-MS和HPLC-MS对提取物进行分析——确定浸出物
· 高温分解：GC-MS——确定高分子量化合物
图1：所采用的先进分析方法
元素分析
这是一种破坏性方法，通过定量隔离碳、氢、氮、硫这4种元素（CHNS）来确定材料基本的化学特性。这种方法能够检验出阻焊层的特性，但只能作为初期预警指标。虽然关键阻焊层和非关键阻焊层之间存在明显的差异，但该方法无法确定这种差异对电镀工艺会产生怎样的影响。
图2显示出硫元素是区别关键阻焊层和非关键阻焊层的关键因素。图3给出了更详细的说明。
图2：测试样品的元素分析
图3：测试样品硫含量的元素分析
虽然很有可能存在一种合理解释能够说明硫元素出现的原因，但这里要考虑的问题是超过3.0的重量百分比是否是所要求的以及是否存在替代方案。因为这个问题并不属于我们的专业领域，所以在此未做进一步推断。
傅里叶变换红外光谱法（FTIR）
FTIR是一种非破坏性测试方法，并且可以在现场使用。这是一种不需要做任何准备的快速测试，可根据分子吸收红外光的能力得出波值。该方法可用于鉴定官能团。图4表明，当波值介于1075 cm-1和1077 cm-1之间时，可以在关键阻焊层样品中观察到信号。使用元素分析法时已经确定3号样品的含硫重量百分比是3.7%。1075 cm-1处的波值表示可能有硫元素。该方法同样也显示出了关键阻焊层和非关键阻焊层之间的差异。因为阻焊层化学成分比较复杂，这种方法可以作为指纹图谱技术来指导进一步的分析。
图4是测试样品横截面的对比图，图5是关键阻焊层测试样品的对比。可以看出，关键阻焊层几乎在同样的波值处展现出了类似的吸收信号。该方法可当作性能预警指标。
图4：关键阻焊层与非关键阻焊层及基准样品的对比
图5：所有关键阻焊层的相似点
浸出实验
这种方法是模拟阻焊层浸出到电镀化学品中的潜在可能。使用的溶剂是氰化甲烷（ACN）。样品暴露于溶剂中，从而提取出可能存在的浸出液。使用GC-MS和HPLC-ESI-TOF MS分析得到的提取物，本文只给出了HPLC-ESI-TOF MS的分析结果。所以使用液相色谱法将提取物的混合成分分离开，之后再使用质谱法进行分析。得到的高分辨率质谱根据计算求和公式，可预测出可以与基准物质进行比较的结构。因此可以鉴别出诸如光敏引发剂、交联剂、阻燃剂、其他塑料添加剂等添加剂。图6和图7是光敏引发剂信号的对比。
为了更好地进行对比，使用了提取出的离子色谱。所以理想的质量是从整个质谱数据中提取出来的。通过对样品进行对比，可以看出光敏引发剂的信号强度之间存在差异。需要注意的是，所确定的光敏引发剂中含有硫。表2表明了元素分析中的硫和质量信号反应之间的相关性。总体来看，含硫量较高的样品表现出强烈的浸出物信号。对于含硫的光敏引发剂而言尤其如此，如图6和图7所示。
表2：关键客户样品A、B、C、D的元素分析
图6：1号光敏引发剂提取出的离子色谱
图7：2号光敏引发剂提取出的离子色谱
图6、图7以及表2表明了元素分析中的硫和提取出的离子色谱的响应之间存在相关性。
高温分解和GC-MS
这种方法所使用的样品是从待检查材料上刮取的，质量小于200 µg。样品随后被暴露于550℃的温度下，这一步骤的作用是破坏分子结构。使用气相色谱法分离被破坏的分子，之后再使用质谱法进行鉴定。该方法可以用来确定阻焊层的聚合物成分。本文并未提供结果图表，因为这些图表有可能会涉及到技术机密。切记：虽然关键阻焊层的信号响应都类似，但它们与非关键阻焊层的信号响应有所不同。
业内常用的提升良率的方法是使用紫外线（UV）固化。这是一种预选式涂层处理方法，旨在完全固化或聚合阻焊层，防止选择性表面涂层加工过程或回流焊过程中释放出挥发物。
图8：UV固化前后关键阻焊层和非关键阻焊层的GC-MS结果
图8显示在UV固化前后，关键阻焊层的信号是相同的。这表明阻焊层并没有被聚合或者阻焊层基体中含有过多光敏引发剂。
图9：聚合示例
图9说明了转化率（聚合作用）与照射时间有关。曲线上的文字表示3个不同的单体系统。最理想的情况就是在最短的照射时间之内完全聚合。图9还说明了完全聚合的状态可能永远都无法实现。当基体中存在过多光敏引发剂时通常无法实现完全聚合。光敏引发剂过多可能导致回流焊过程中释放出挥发物。
在实际操作中，关键阻焊层类型可能是引起焊接问题的原因。本文通过在PCB工厂进行测试来证明这一观点。测试使用到了4种阻焊层，阻焊层之后的烘烤时间有所不同，焊料固化的UV能量也会有变化（指表3中的测试条件）。
表3所呈现的结果是通过焊料间隙测试和离子污染测量（与阻焊层内的挥发物有关）对可焊性进行评估。
图10验证了离子污染可以代表阻焊层聚合程度。没有阻焊层的样品（标记为“没有”的那一列）的测试结果证明了阻焊层是引起离子污染的主要原因。阻焊层C的结果显示数值较低，说明已经完全聚合。
图10：阻焊层、UV能量和离子污染之间的关系
为了评估可焊性，选用了测试载体模拟润湿性。测试载体是化学品供应商生产的一种工具，该供应商负责为本文提供数据。测试样品如图11所示。
图11：测试载体上焊料的铺展情况
该测试方法的机理是在一个图形上印制焊膏，其中焊膏沉积之间的间隙逐渐增加。当样品进行回流焊时，焊膏会铺展开，从而表示其可焊性。
图12：回流焊之后，测试载体上焊料的铺展情况
测试载体是可以提供数据值的工具。数值的计算公式是：最大铺展值（红线）的总和减去中断值（黑色圆圈）除以2。所以图13的结果是(6+7+7+7+6+6) – 9/2 = 35。
这些数值用于评估简单方法会对提升生产良率有影响。
图13：离子污染和可焊性的结果及重要性
结果表明，从统计来看，离子污染与阻焊层类型和UV能量有关。需要强调的是并没有UV能量设置建议，因为不同的测试方法和设备可能会产生截然不同的结果，这一设置只能表示使用了较多或较少的能量。
在本测试中，使用较多UV能量可以减少离子污染，而根据焊料间隙测试结果，UV能量的影响从统计上来看也是非常重要的。换句话说，浸锡电镀工艺开始之前进行UV处理可显著改善离子污染和焊接效果。
本文得出的主要结论是：被确定为“关键”的阻焊层中含有硫（>3%），所以硫可作为关键阻焊层的重要标记。
本文测试的样品是由制造现场提供，并不代表任何供应商。正如上文所提到的，本文的目的是帮助用户学会针对其所使用的阻焊层探究正确的问题。虽然电镀之前的UV处理是有效的，但选择合适的阻焊层同样会对良率产生影响。在以客户为基础的测试中，阻焊层C的离子污染程度最低且可焊性结果最好。
有必要进一步研究本文测试所涉及的真正机理。虽然已经证明离子污染程度与UV能量的应用成反比，但目前还无法确定离子污染是源自于阻焊层还是电镀溶液。关于SM聚合作用的增强能够减少化学品的吸收的假设是可接受的。图10所示的没有阻焊层的样品也可以用来测量离子污染。
