几种PCB表面处理工艺优缺点以及它们的适用场景

中信华 · 发表于 2020-10-21 09:40:55

　　几种PCB表面处理工艺优缺点以及它们的适用场景

　　PCB表面的处理工艺多种多样，这里介绍9中常见的处理工艺，以及它们的适用场景，下面跟小编来一起看看吧。

　　1.裸铜板
　　优缺点很明显：
　　优点：成本低、表面平整，焊接性良好(在没有被氧化的情况下)。
　　缺点：容易受到酸及湿度影响，不能久放，拆封后需在2小时内用完，因为铜暴露在空气中容易氧化;无法使用于双面板，因为经过第一次回流焊后第二面就已经氧化了。如果有测试点，必须加印锡膏以防止氧化，否则后续将无法与探针接触良好。
　　纯铜如果暴露在空气中很容易被氧化，外层必须要有上述保护层。所以就需要在电路板加工中进行表面处理。

　　2.OSP工艺板
　　OSP不同于其它表面处理工艺之处为：它的作用是在铜和空气间充当阻隔层，简单地说，OSP就是在洁净的裸铜表面上，以化学的方法长出一层有机薄膜。因为是有机物，不是金属，所以比喷锡工艺还要便宜。
　　这层有机物薄膜的唯一作用是，在焊接之前保证内层铜箔不会被氧化。焊接的时候一加热，这层膜就挥发掉了。焊锡就能够把铜线和元器件焊接在一起。但是这层有机膜很不耐腐蚀，一块OSP的电路板，暴露在空气中十来天，就不能焊接元器件了。电脑主板有很多采用OSP工艺。因为电路板面积太大了，OSP更加经济实惠。
　　优点：具有裸铜板焊接的所有优点，过期的板子也可以重新做一次表面处理。
　　缺点：1.OSP透明无色，所以检查起来比较困难，很难辨别是否经过OSP处理。2.OSP本身是绝缘的，不导电，会影响电气测试。所以测试点必须开钢网加印锡膏以去除原来的OSP层才能接触针点作电性测试。OSP更无法用来作为处理电气接触表面，比如按键的键盘表面。3.OSP容易受到酸及温度影响。使用于二次回流焊时，需在一定时间内完成，通常第二次回流焊的效果会比较差。存放时间如果超过三个月就必须重新表面处理。打开包装后需在24小时内用完。

　　3.热风整平(HASL)
　　热风整平又名热风焊料整平，它是在PCB表面涂覆熔融锡铅焊料并用加热压缩空气整平(吹平)的工艺，使其形成一层既抗铜氧化又可提供良好的可焊性的涂覆层。热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属化合物，其厚度大约有1～2mil。
　　在穿孔器件占主导地位的场合，波峰焊是最好的焊接方法，而HASL足以满足波峰焊的工艺要求，当然对于结点强度要求高的情况下多采用电镀镍/金的方法。
　　优点：成本低
　　缺点：1.HASL技术处理过的焊盘不够平整，共面性不能满足细间距焊盘的工艺要求。2.不环保，铅对环境有害。

　　4.镀金板
　　镀金使用的是真正的黄金，即便只镀了很薄一层，就已经占了电路板成本的近10%。使用金作为镀层，一是为了方便焊接，二是为了防腐蚀。即使是用了好几年的内存条的金手指，依然是闪亮如初，若是使用了相同时间的铜、铝、铁，现在已经锈成一堆废品。
　　镀金层大量应用在电路板的元器件焊盘、金手指、连接器弹片等位置。我们用的最广泛的手机电路板的主板大多是镀金板，沉金板，电脑主板、音响和小数码的电路板一般都不是镀金板。
　　优点：导电性强，抗氧化性好，寿命长。镀层致密，比较耐磨，一般用在邦定、焊接及插拔的场合。
　　缺点：成本较高，焊接强度较差。

　　5.化金/沉金(ENIG)
　　化镍浸金(ENIG)，也称化镍金、沉镍金，简称化金与沉金。ENIG是通过化学方法在铜面上包裹一层厚厚的，电性能良好的镍金合金并可以长期保护PCB。内层镍的沉积厚度一般为120~240μin(约3~6μm)，外层的金的沉积厚度一般为2~4μinch(0.05~0.1μm)。不像OSP那样仅作为防锈阻隔层，其能够在PCB长期使用过程中有用并实现良好的电性能。另外它也具有其它表面处理工艺所不具备的对环境的忍耐性。
　　优点：1.ENIG处理过的PCB表面非常平整，共面性很好，适合用于按键接触面。2.ENIG可焊性极佳，金会迅速融入融化的焊锡里面，焊锡与Ni形成Ni/Sn金属化合物。
　　缺点：工艺流程复杂，而且想要达到很好的效果需要严格控制工艺参数。最麻烦的是，EING处理过的PCB表面在ENIG或焊接过程中很容易产生黑盘效益。黑盘的直接表现为Ni过度氧化，金过多，会使焊点脆化，影响可靠性。

　　6.化学镀镍钯浸金(ENEPIG)
　　相比化镍金，ENEPIG在镍和金之间多了一层钯，在置换金的沉积反应中，化学镀钯层会保护镍层防止它被交置换金过度腐蚀，钯在防止出现置换反应导致的腐蚀现象的同时，为浸金作好充分准备。镍的沉积厚度一般为120~240μin(约3~6μm)，钯的厚度为4~20μin(约0.1~0.5μm)。金的沉积厚度一般为1~4μin(0.02~0.1μm)。
　　优点：它的应用范围非常广泛，同时化学镍钯金表面处理相对化镍金表面处理可有效防止黑盘(Black Pad)缺陷引起的连接可靠性问题，可以代替化镍金。
　　缺点: ENEPIG虽然有很多优点，但是钯的价格昂贵，是一种短缺资源。同时与化镍金一样，其工艺控制要求严格。

　　7.喷锡电路板
　　银色的板子叫做喷锡板。在铜的线路外层喷一层锡，也能够有助于焊接。但是无法像黄金一样提供长久的接触可靠性。对于已经焊接好的元器件没什么影响，但是对于长期暴露在空气中的焊盘，可靠性是不够的，例如接地焊盘、弹针插座等。长期使用容易氧化锈蚀，导致接触不良。基本上用作小数码产品的电路板，无一例外的是喷锡板，原因就是便宜。
　　优点：价格较低，焊接性能佳。
　　缺点：不适合用来焊接细间隙的引脚以及过小的元器件，因为喷锡板的表面平整度较差。在PCB加工中容易产生锡珠(solder bead)，对细间隙引脚(fine pitch)元器件较易造成短路。使用于双面smt工艺时，因为第二面已经过了一次高温回流焊，极容易发生喷锡重新熔融而产生锡珠或类似水珠受重力影响成滴落的球状锡点，造成表面更不平整进而影响焊接问题。

　　8.浸银
　　浸银工艺介于OSP和化学镀镍/浸金之间，工艺较简单、快速。浸银是置换反应，它几乎是亚微米级的纯银涂覆(5~15μin，约0.1~0.4μm)。有时浸银过程中还包含一些有机物，主要是防止银腐蚀和消除银迁移问题，一般很难量测出来这一薄层的有机物，分析表明有机体的重量少于1%。即使暴露在热、湿和污染的环境中，仍能提供很好的电性能和保持良好的可焊性，但会失去光泽。因为银层下面没有镍，所以浸银不具备化学镀镍/浸金所有的好的物理强度。
　　优点：浸银焊接面可焊性良好，共面性很好，同时又不像OSP那样存在导电障碍，但是作为接触面(如按键面)时，其强度没有金好。
　　缺点：浸银有一个重要的问题就是银的电子迁移问题，当暴露在潮湿环境下时，银会在电压的作用下产生电子迁移，通过向银内添加有机成分可以降低电子迁移问题。

　　9.浸锡
　　由于目前所有焊料是以锡为基础的，所以锡层能与任何类型的焊料相匹配。但以前的PCB经浸锡工艺后易出现锡须，在焊接过程中锡须和锡迁移会带来可靠性问题，因此限制了浸锡工艺的采用。后在浸锡溶液中加入了有机添加剂，使锡层结构呈颗粒状结构，克服了之前的问题，而且还具有好的热稳定性和可焊性。
　　浸锡的最大弱点是寿命短，尤其是存放于高温高湿的环境下时，Cu/Sn金属间化合物会不断增长，直到失去可焊性。锡的沉积厚度不低于40μin(1.0μm)是比较合理的，这样才能提供一个纯锡表面，以满足可焊性要求。
　　缺点：浸锡的最大弱点是寿命短，尤其是存放于高温高湿的环境下时，Cu/Sn金属间化合物会不断增长，直到失去可焊性。也没有化学镀镍/浸金金属间的扩散问题;只是浸锡板不可以存储太久。

龙川布衣 · 发表于 2022-5-5 10:23:07

谢谢楼主分享

几种PCB表面处理工艺优缺点以及它们的适用场景

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