PCB Bolg - PCB表面處理是什麼？

什麼是PCB表面處理？

iPCB介紹PCB表面處理是電路板可焊接區域的裸銅和元件之間的金屬間連接。 電路板有一個基底銅表面，如果沒有保護塗層，基底銅表面很容易被氧化，囙此需要表面光潔度。

PCB表面處理是PCB製造和組裝過程中最重要的步驟，具有兩個主要功能，一個是保護裸露的銅電路，另一個是在焊接時提供可焊表面元件到PCB。 如下圖所示，表面處理位於PCB的最外層，位於銅層之上，起到銅塗層的作用。

PCB表面處理種類

1、熱風焊料整平（HASL）

2、沉錫（浸錫）（ImSn）

3、化學鍍鎳沉金（ENIG）

4、有機可焊性防腐劑（OSP）

5、沉銀（ImAg）

6、化學鍍鎳化學鍍鈀浸金（ENEPIG）

7、硬金（電解硬金）

熱風焊料整平（HASL）

熱風焊料整平（HASL）是業內最常用的表面處理方法之一。 HASL分為兩種，一種是含鉛錫，一種是不含鉛錫。 HASL也是可用的最便宜的PCB表面處理類型之一。

為了形成HASL表面光潔度，將電路板浸入熔融焊料（錫/鉛）中，然後焊料覆蓋板上所有暴露的銅表面。 離開熔化的焊料後，高壓熱空氣通過氣刀吹過表面，這會使焊料沉積物平整並從電路板表面去除多餘的焊料。

在這個過程中，需要掌握以下幾個重要參數：焊接溫度、風刀風溫、風刀壓力、浸焊時間、提升速度等。

熱風焊料整平（HASL）現在廣泛應用於SMT工藝。 主要有3個PCB熱風整平要點：

1、PCB應浸入熔融焊料中。

2、在焊料凝固之前，風刀將液態焊料吹走。

3、風刀可以最大限度地减少銅表面焊料的彎月面並防止焊料橋接。

4、由於表面粗糙度問題，SMT存在局限性，不能用觸摸開關。

5、如果電路板受到高溫，銅會溶解

6、特別是厚板或薄板，噴錫受限，生產加工不方便。

熱風焊料整平（HASL）的優點

1、貨源充足

2、可返工

3、出色的保質期

4、優异的可焊性

5、便宜/低成本

6、允許較大的處理視窗

7、更長的儲存時間

8、PCB完成後，焊盤在焊接前完全被錫覆蓋

9、適用於無鉛焊接

10、成熟的表面處理選擇

11、可進行目視檢查和電力量測

熱風焊料整平（HASL）的缺點：

1、不平整的表面

2、不適合細間距

3、含鉛（HASL）

4、熱衝擊

5、焊錫橋接

6、堵塞或减少的PTH（鍍通孔）

7、大焊盤和小焊盤之間的厚度/形貌差异

8、不適合小於2000萬間距的SMD和BGA

9、不適合HDI產品

10、不適合線裝訂。

浸錫（ImSn）

浸錫（ImSn）是一種通過化學置換反應沉積的金屬飾面，直接施加在電路板的基礎金屬（即銅）上。

ISn保護底層銅在其預期的保質期內不被氧化。 由於所有焊料都是錫基的，錫層可以匹配任何類型的焊料。

在錫浸液中加入有機添加劑後，錫層結構呈顆粒狀結構，克服了錫須和錫遷移帶來的問題，同時還具有良好的熱穩定性和可焊性。

浸錫工藝可以形成扁平的銅錫金屬間化合物，使浸錫具有良好的可焊性，沒有平整度問題和金屬間化合物擴散問題。

浸錫的優點：

1、浸錫表面處理可實現出色的平整度（適用於SMT），適用於細間距/BGA/較小的組件

2、浸錫具有中等成本的無鉛表面處理科技

3、壓合合適的光潔度

4、在多次熱偏移後保持良好的可焊性

5、適用於臥式生產線。

6、適合精細幾何加工，無鉛裝配。

浸錫的缺點：

1、對處理敏感。

2、保質期短，6個月後會出現錫須

3、對阻焊層具有侵蝕性

4、不建議與可剝離面膜一起使用

5、不是接觸開關的合適選擇。

6、電力測試需要特殊設定（軟探頭著陸）

化學鍍鎳沉金（ENIG）

ENIG（化學鍍鎳浸金）表面處理歷來是最好的細間距（平坦）表面和無鉛選項。

ENIG是一個兩步工藝，在一層薄薄的鎳塗層上覆蓋一層薄薄的金塗層。 鎳充當銅的屏障，並且是組件實際焊接到的表面，而金在儲存期間保護鎳。

Ni的內層厚度一般為3~6μm，Au外層的沉積厚度一般為0.05~0.1μm。

Ni在焊料和銅之間形成阻擋層。

Au的作用是在儲存過程中防止Ni氧化，從而延長保質期，但沉金工藝也產生了優异的表面平整度。

ENIG的處理流程如下：清洗->蝕刻->催化劑->化學鍍鎳->沉金->清洗殘渣

雖然這種塗層工藝具有較長的保質期並且有利於電鍍通孔，但它是一個複雜且昂貴的工藝，不可返工並且已知會導致訊號射頻電路中的損耗。

化學鍍鎳沉金（ENIG）的優點：

1、平坦的表面

2、無鉛

3、適用於PTH（鍍通孔）

4、保質期長

化學鍍鎳沉金（ENIG）的缺點：

1、昂貴的

2、不可返工

3、黑墊/黑鎳

4、訊號損失（RF）

5、複雜的過程

有機可焊性防腐劑（OSP）

OSP（有機可焊性防腐劑）或抗鏽蝕劑通常使用傳送帶工藝在暴露的銅上塗上一層非常薄的資料保護層，從而保護銅表面免受氧化。

這層膜必須具有抗氧化、抗熱震、防潮等特性，以保護銅表面在正常環境下不生銹（氧化或硫化等）。

但在後續的高溫焊接中，這層保護膜必須很容易被助焊劑快速去除，使裸露的乾淨銅面能立即與熔化的焊錫結合，在極短的時間內形成牢固的焊點。

換句話說，OSP的作用是充當銅和空氣之間的屏障。

OSP的一般流程是：脫脂->微蝕->酸洗->純水清洗->有機塗層->清洗。

OSP使用一種水基有機化合物，可選擇性地與銅結合，並提供有機金屬層，在焊接前保護銅。 與其他常見的無鉛飾面相比，它也非常環保，因為後者的毒性更大或能耗更高。

有機可焊性防腐劑（OSP）的優點：

1平坦的表面

2簡單的工藝，非常光滑的表面，無鉛焊接和SMT

3可返工，適用於臥式生產線

4成本效益

5環保

有機可焊性防腐劑（OSP）的缺點：

1、無法量測厚度

2、不適合PTH（鍍通孔）

3、保質期短

4、可能導致ICT問題

5、最終組裝時暴露的銅

6、不能焊接（返工）超過兩次

7、不適用於壓接科技和線裝訂

8、不方便目測和電測

9、需要注入氮氧化物的SMT

沉銀

沉銀是通過將銅PCB浸入銀離子槽中而應用的非電解化學表面處理。 它是具有EMI遮罩的電路板的理想選擇，也用於圓頂觸點和引線鍵合。 銀的平均表面厚度為5-18微英寸。

考慮到RoHS和WEE等現代環境問題，沉銀比HASL和ENIG更環保。 它也很受歡迎，因為它的成本低於ENIG。

即使經過沉銀工藝加工的PCB暴露在高溫、潮濕和污染環境中，它仍然可以提供良好的電效能並保持良好的可焊性，即使它會失去光澤。

浸銀是一種置換反應，直接給銅鍍上一層純銀。

有時，浸銀與OSP塗層結合使用，以防止銀與環境中的硫化物發生反應。

常見應用包括平面要求，其中可能包括：薄膜開關、EMI遮罩、鋁線鍵合、非常精細的痕迹

沉銀的優點

1、可焊性高。

2、良好的表面平整度。

3、低成本和無鉛（符合RoHS標準）。

4、適用於鋁線鍵合。

沉銀的缺點

1、存儲要求高。

2、容易被污染。

3、從包裝中取出後組裝視窗短。

4、難以進行電力測試。

化學鍍鎳-化學鍍鈀浸金（ENEPIG）

化學浸金鍍層資料具有銅-鎳-鈀-金層結構，可直接引線鍵合到鍍層。 最後一層金非常薄，就像ENIG中的情况一樣。 金層很軟，就像在ENIG中一樣，囙此過度的機械損傷或深度劃痕可能會暴露鈀層。

與ENIG相比，ENEPIG在鎳和金之間有一層額外的鈀層，進一步保護鎳層免受腐蝕，防止ENIG飾面可能出現的黑墊。

Ni的沉積厚度約為3~6μm，鈀的厚度約為0.1~0.5μm，金的厚度為0.02~0.1μm。

ENEPIG表面處理由四個金屬層組成：銅-鎳-鈀-金

ENEPIG和ENIG之間的區別在於添加的鈀層。 鈀有助於保護鎳層免受腐蝕，這有助於防止出現“黑墊”。 這是ENEPIG相對於ENIG表面光潔度的顯著優勢之一。 位於鈀頂部的沉金層通過保護和保存下方的鈀來提供幾乎完整的電路板保護。

ENEPIG表面光潔度能够滿足超苛刻的要求

具有化學鍍鎳化學鍍鈀浸金（ENEPIG）表面處理的印刷電路板

化學鍍鎳化學鍍鈀浸金（ENEPIG）表面處理的優點：

1、極其平坦的表面

2、無鉛含量

3、多迴圈組裝

4、優秀的焊點

5、引線鍵合

6、無腐蝕風險

7、12個月或更長時間的保質期

8、沒有黑墊風險

化學鍍鎳化學鍍鈀浸金（ENEPIG）表面處理的缺點：

1、還是有點貴

2、可重用但有一些限制

3、處理限制

硬電鍍金

iPCB瞭解到，硬金，科技上稱為硬電鍍金，由鍍在鎳塗層上的一層金組成。 鍍金的純度將這種表面處理分為硬金（純度99.6%）或軟金（純度99.9%），通常用於邊緣連接器手指等高磨損區域。

硬金與軟金的選擇取決於你要創建的應用類型。

硬金電鍍或電解金電鍍在銅表面上的鎳層上使用薄金覆蓋。 該工藝產生了非常耐用的金層，這使得硬鍍金在PCB行業中非常普遍。 儘管金的存在使該過程變得昂貴，但它為焊接提供了完美的表面。

硬金表面處理

硬金是一種金合金，含有鈷、鎳或鐵的絡合物。 在鍍金和銅之間使用低應力鎳。 硬金不適合引線鍵合。

建議對使用量大且磨損可能性高的組件和應用使用硬金表面處理，例如：互連載板、邊緣連接器手指、鍵盤、連絡人

硬金表面處理的厚度會因應用而异。 當硬金用於軍事應用時，最小厚度應為50-100微英寸。

非軍事應用需要25到50微英寸。 以下是推薦的最小和最大厚度值：

IPC最大可焊厚度建議為17.8μin

25μin金超過100μin鎳，適用於IPC1類和2類應用

用於IPC3類應用的100μin鎳上的50μin金

硬金的優點：

1、堅硬、耐用的表面

2、無鉛

3、保質期長

硬金的缺點：

1、非常貴

2、額外加工/勞動密集型

3、抗蝕劑/膠帶的使用

4、需要電鍍/母線

5、劃界

6、其他表面處理的困難

7、蝕刻底切會導致開裂/剝落

8、17μin以上不可焊接

9、除手指區域外，飾面並未完全封裝走線側壁

軟金表面處理

顧名思義，柔軟的金飾面在外層鍍金上含有更高的金純度。 軟金的純度為99.9%。

軟金飾面用於主要設計用於需要引線鍵合、高可焊性和可焊性的應用的電路板。 與硬金相比，軟金產生更堅固的焊接接頭。

電解鎳/金具有不同厚度的鍍金層

一般來說，在所有其他因素相同的情况下，電解鎳/金是最昂貴的PCB表面處理。 但是，某些應用確實需要電解鎳/金表面光潔度。

PCB電路板

如何選擇PCB表面處理工藝？

PCB的表面處理選擇是PCB製造最重要的步驟，因為它直接影響工藝產量、返工數量、現場故障率、測試能力、廢品率和成本。 為了確保最終產品的高品質和效能，必須在表面光潔度選擇中考慮所有關於裝配的重要考慮因素。

1、PCB表面處理——焊盤平整度

如前所述，某些表面處理會導致表面不平整，這可能會影響效能、可焊性和其他因素。 如果平整度是一個重要因素，要考慮具有薄而均勻層的表面光潔度。 在這種情況下，合適的選項包括ENIG、ENEPIG和OSP。

2、可焊性和潤濕性

使用PCB時，可焊性始終是一個關鍵因素。 OSP和ENEPIG等特定表面處理已被證明會阻礙可焊性，而諸如HASL等其他表面處理則非常適合。

3、金線或鋁線鍵合

如果你的PCB需要金線或鋁線鍵合，可能僅限於ENIG和ENEPIG。

4、儲存條件

如前所述，某些表面處理（如OSP）會使PCB在處理時變得脆弱，而其他表面處理則提高了耐用性。 在考慮存儲和處理要求時應事先考慮，只有當可以滿足無風險存儲和處理要求時，才應使用使PCB變得脆弱的表面處理。

5、焊接週期

PCB要焊接和返工多少次？ 許多表面處理都是返工的理想選擇。 然而，諸如浸錫之類的其他方法並不適合返工。

6、PCB表面處理——RoHS合規性

在確定要使用的表面光潔度時，RoHS合規性至關重要。 通常，所有使用鉛的表面處理都不適合RoHS合規性，應避免使用。

根據上面對每種表面光潔度的介紹，一些内容是作為選擇標準的最重要的元素。 根據PCB產品的具體要求和特性，你可以按照此錶選擇完美的表面光潔度選項。

對於表面光潔度選擇的類型，必須選擇最佳類型，才能完成眾多功能。 每種類型的表面處理都有其自身的優點和缺點。 有一些工程技巧可以解决由表面光潔度的缺點引起的問題。 例如，對於OSP潤濕力較低的缺點，有一些解決方案，例如改變板可焊性電鍍或波峰焊合金，新增頂面預熱等。 關鍵是必須考慮所有可能的因素以獲得理想的效能。

以上是iPCB整理的關於PCB表面處理及PCB表面處理的工藝要求的介紹。