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1、常见的 PCB 表面处理工艺这里的 “ 表面 ” 指的是 PCB 上为电子元器件或其他系统到PCB 的电路之间提供电气连接的连接点，如焊盘或接触式连接的连接点。裸铜本身的可焊性很好，但是暴露在空气中很容易氧化，而且容易受到污染。这也是PCB 必须要进行表面处理的原因。1、HASL 在穿孔器件占主导地位的场合，波峰焊是最好的焊接方法。采用热风整平（HASL ， Hot-air solder leveling ）表面处理技术足以满足波峰焊的工艺要求， 当然对于结点强度 （尤其是接触式连接） 要求较高的场合，多采用电镀镍 /金的方法。 HASL 是在世界范围内主要应用的表面处理技术，但是有三个主要动
2、力推动着电子工业不得不考虑HASL 的替代技术：成本、新的工艺需求和无铅化需要。从成本的观点来看， 许多电子元件诸如移动通信和个人计算机正变成平民化的消费品。 以成本或更低的价格销售，才能在激烈的竞争环境中立于不败之地。组装技术发展到SMT 以后，PCB 焊盘在组装过程中要求采用丝网印刷和回流焊接工艺。 在 SMA 场合，PCB 表面处理工艺最初依然沿用了HASL 技术，但是随着SMT 器件的不断缩小，焊盘和网板开孔也在随之变小， HASL 技术的弊端逐渐暴露了出来。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。环境的关注通常集中在潜在的铅对环境的影响。2、有机可焊性
3、保护层（OSP）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - OSP 的保护机理故名思意，有机可焊性保护层（OSP, Organic solderability preservative ）是一种有机涂层，用来防止铜在焊接以前氧化，也就是保护PCB 焊盘的可焊性不受破坏。目前广泛使用的两种OSP 都属于含氮有机化合物，即连三氮茚（Benzotriazoles）和咪唑有机结晶碱（Imidazoles ）。它们都能够很好的附着在裸
4、铜表面，而且都很专一 只情有独钟于铜，而不会吸附在绝缘涂层上，比如阻焊膜。连三氮茚会在铜表面形成一层分子薄膜，在组装过程中， 当达到一定的温度时，这层薄膜将被熔掉，尤其是在回流焊过程中，OSP 比较容易挥发掉。咪唑有机结晶碱在铜表面形成的保护薄膜比连三氮茚更厚，在组装过程中可以承受更多的热量周期的冲击。OSP 涂附工艺清洗: 在 OSP 之前，首先要做的准备工作就是把铜表面清洗干净。其目的主要是去除铜表面的有机或无机残留物，确保蚀刻均匀。微蚀刻（ Microetch ）：通过腐蚀铜表面，新鲜明亮的铜便露出来了，这样有助于与OSP 的结合。可以借助适当的腐蚀剂进行蚀刻，如过硫化钠（ sodium
5、 persulphate），过氧化硫酸（peroxide/sulfuric acid）等。Conditioner：可选步骤，根据不同的情况或要求来决定要不要进行这些处理。OSP：然后涂 OSP 溶液，具体温度和时间根据具体的设备、溶液的特性和要求而定。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 清洗残留物： 完成上面的每一步化学处理以后，都必须清洗掉多余的化学残留物或其他无用成分。一般清洗一到两次足夷。物极必反，过分的清洗反
6、倒会引起产品氧化或失去光泽等，这是我们不希望看到的。整个处理过程必须严格按照工艺规定操作，比如严格控制时间、 温度和周转过程等。OSP 的应用PCB 表面用 OSP 处理以后，在铜的表面形成一层薄薄的有机化合物，从而保护铜不会被氧化。 Benzotriazoles型 OSP 的厚度一般为100A ，而 Imidazoles型 OSP 的厚度要厚一些，一般为400 A 。OSP 薄膜是透明的，肉眼不容易辨别其存在性，检测困难。在组装过程中（回流焊），OSP 很容易就熔进到了焊膏或者酸性的Flux 里面，同时露出活性较强的铜表面，最终在元器件和焊盘之间形成Sn/Cu 金属间化合物，因此，OSP 用
7、来处理焊接表面具有非常优良的特性。OSP 不存在铅污染问题，所以环保。OSP 的局限性1、由于 OSP 透明无色， 所以检查起来比较困难，很难辨别 PCB 是否涂过 OSP。2、OSP 本身是绝缘的，它不导电。 Benzotriazoles类的 OSP 比较薄，可能不会影响到电气测试，但对于Imidazoles类 OSP ，形成的保护膜比较厚，会影响电气测试。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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页
8、 - - - - - - - - - 3、OSP 在焊接过程中，需要更加强劲的Flux ，否则消除不了保护膜，从而导致焊接缺陷。4、在存储过程中， OSP 表面不能接触到酸性物质，温度不能太高，否则 OSP 会挥发掉。随着技术的不断创新，OSP 已经历经了几代改良，其耐热性和存储寿命、与 Flux 的兼容性已经大大提高了。3、化镍浸金 (ENIG)ENIG 的保护机理通过化学方法在铜表面镀上Ni/Au 。内层 Ni 的沉积厚度一般为120 240in（约 36m ），外层 Au 的沉积厚度比较薄，一般为2 4inch （0.050.1 m ）。Ni 在焊锡和铜之间形成阻隔层。焊接时，外面的 A
9、u 会迅速融解在焊锡里面，焊锡与Ni 形成 Ni/Sn 金属间化合物。外面镀金是为了防止在存储期间Ni 氧化或者钝化，所以金镀层要足够密，厚度不能太薄。ENIG 处理工艺清洗:清洗的目的与OSP 工艺一样，清楚铜表面的有机或无机残留物，为蚀刻和催化做好准备。蚀刻（ Microetch ）：同 OSP 工艺 催化剂：这一步的作用是在铜表面沉积一层催化剂薄膜，从而降低铜的活性能量，这样Ni 就比较容易沉积在铜表面。钯、钌都是可以使用的催化剂。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第
10、 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 化学镀镍：这里就不详细介绍其具体过程了。镍沉积含有611的磷，根据实际的具体用途，镍可能用作焊接表面，也可能作为接触表面，但不论怎样，必须确保镍有足够的厚度，以达到保护铜的作用。浸金：在这个过程中，目的是沉积一层薄薄的且连续的金保护层，主要金的厚度不能太厚，否则焊点将变得很脆，严重影响焊电可靠性。与镀镍一样，浸金的工作温度很高，时间也很长。在浸洗过程中，将发生置换反应 在镍的表面，金置换镍，不过当置换到一定程度时，置换反应会自动停止。金强度很高，耐磨擦，耐高温，不易氧化，所以可以防止镍氧化或钝化，并适合工作在强度要求高的场合。清洗残留物
11、： 完成上面的每一步化学处理以后，都必须清洗掉多余的化学残留物或其他无用成分。一般清洗一到两次足夷。物极必反，过分的清洗反倒会引起产品氧化或失去光泽等，这是我们不希望看到的。ENIG 的应用ENIG 处理过的 PCB 表面非常平整，共面性很好，用于按键接触面非他莫属。其次， ENIG 可焊性极佳，金会迅速融入熔化的焊锡里面，从而露出新鲜的Ni。ENIG 的局限性ENIG 的工艺过程比较复杂， 而且如果要达到很好的效果，必须严格控制工艺参数。最为麻烦的是，ENIG 处理过的 PCB 表面在 ENIG 或焊接过程中很容易产生黑盘效应（Black pad ），从而给焊点的可靠性带来灾难性的影响。黑盘
12、的产生机理非常复杂，它发生在Ni 与金的交接面，直接表现为Ni 过度氧化。金过多，会使焊点脆化，影响可靠性。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 4、化镍钯浸金 (ENEPIG)化镍钯浸金的原理ENEPIG 与 ENIG 相比，在镍和金之间多了一层钯。Ni 的沉积厚度为120240in （约 36m ），钯的厚度为 420in （约 0.10.5 m ），金的厚度为 14in（约 0.020.1 m ）。钯可以防止出现
13、置换反应导致的腐蚀现象，为浸金作好充分准备。金则紧密的覆盖在钯上面，提供良好的接触面。化镍钯浸金的工艺步骤化镍钯浸金的工艺步骤见表3化镍钯浸金的应用化镍钯浸金的应用非常广泛，可以替代化镍浸金。在焊接过程中，钯和金都会融解到熔化的焊锡里面，从而形成镍/锡金属间化合物。化镍钯浸金的局限性化镍钯浸金虽然有很多优点，但是钯的价格很贵， 同时钯是一种短缺资源，主要发布在前苏联。同时与化镍浸金一样，其工艺控制要求很严。5、浸银 (Immersion silver)浸银的工作原理通过浸银工艺处理，薄（515in，约 0.10.4 m ）而密的银沉积提供一层有机保护膜，铜表面在银的密封下，大大延长了寿命。浸银
14、的表面很平，而且可焊性很好。浸银的工作步骤浸银的工作步骤见表4。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 其他步骤这里不再赘述，预浸的目的主要是防止污染物的引入。浸银过程也是一个在铜表面银替换铜的置换反映过程。银沉积层同时含有有机添加剂和有机表面活性剂，有机添加剂用来确保浸银平整，而有机表面活性剂则可以保护PCB 在储藏过程中银吸收潮气。浸银的应用浸银焊接面可焊性很好，在焊接过程中银会融解到熔化的锡膏里，和 HASL 和
15、OSP 一样在焊接表面形成Cu/Sn 金属间化合物。浸银表面共面性很好，同时不像OSP 那样存在导电方面的障碍，但是在作为接触表面（如按键面）时，其强度没有金好。浸银的局限性浸银的一个让人无法忽略的问题是银的电子迁移问题。当暴露在潮湿的环境下时， 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的发生。6、浸锡浸锡原理由于两个原因才采用了浸锡工艺：其一是浸锡表面很平，共面性很好；其二是浸锡无铅。 但是在浸锡过程中容易产生Cu/Sn 金属间化合物， Cu/Sn 金属间化合物可焊性很差。如果采用浸锡工艺，必须克服两障碍：颗粒大小和Cu/Sn 金属间化合物的产生。浸锡颗粒必须足
16、够小，而且要无孔。锡的沉积厚度不低于40in （1.0 m ）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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 浸锡的工艺步骤预浸银基本相似，这里不再赘述。浸锡的应用和局限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。7、比较：每种表面处理工艺各有起独到之处，应用范围也不大相同。 但化镍钯浸金(ENEPIG) 是一种万能的处理方法， 它能够满足各种组装场合的要求。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -