PCB 表面处理工艺简介

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PCB 表面处理工艺简介
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PCB 表面处理最基本的目的是保证良好的可焊性或电性能。由于铜在空气中很容易被氧化，而铜的氧化层对焊接有很大的影响，如果铜层被氧化则很容易造成假焊、虚焊，严重时会造成焊盘与元器件无法焊接，虽然可以采用强助焊剂除去大多数铜的氧化物，但强助焊剂本身的残留也会给产品带来腐蚀。因此业内普遍的处理方式是在 PCB 生产制造时增加一道工序，即在焊盘表面涂覆（镀）上一层物质，保护焊盘不被氧化。

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目前国内的 PCB 表面处理工艺有：喷锡（Hot Air Solder Leveling，HASL 热风整平）、OSP（防氧化）、全板镀镍金、沉金、沉锡、沉银、化学镍钯金、电镀硬金，某些特殊应用场合还会有一些特殊的 PCB 表面处理工艺。下面进行简要介绍。



（1）热风整平（喷锡）

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7 D3 {, f, a2 t6 w热风整平又名热风焊料整平（俗称喷锡），它是在 PCB 表面涂覆熔融锡（铅）焊料并用加热压缩空气整（吹）平的工艺，以形成一层既抗铜氧化又可提供良好的可焊性的镀层。热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属间化合物。PCB 进行热风整平时要沉在熔融的焊料中，风刀在焊料凝固之前吹平液态的焊料，风刀能够将铜面上焊料的弯月状最小化并阻止焊料桥接。热风整平分为垂直式和水平式两种，一般认为水平式较好，其镀层比较均匀，且便于实现自动化生产。
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① HASL 工艺的优点是：价格较低，焊接性能佳。

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0 s, @; A) H$ }, T② HASL 工艺的缺点是：不适合用来焊接细间隙的引脚及过小的元器件，因为喷锡板的表面平整度较差，且在后续组装过程中容易产生锡珠（solder bead），对细间隙引脚（fine pitch）元器件较易造成短路。
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（2）有机可焊性保护剂（OSP）工艺
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有机可焊性保护剂工艺是 PCB 铜箔表面处理的符合 RoHS 指令要求的一种工艺。世界范围内，目前有 25％～30％的 PCB 使用 OSP 工艺，且该比例还在持续上升。OSP 工艺可以用在低技术含量的 PCB 上，也可以用在高技术含量的 PCB 上，如单面电视机用 PCB、高密度芯片封装用 PCB。对于含 BGA 器件的 PCB，OSP 应用也较多。事实上，对于没有表面连接功能性要求或储存期限定的应用场合，OSP 工艺将是最理想的表面处理工艺。
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4 U/ h; `+ U: c: r6 m& |" Q* `1 I① OSP 工艺的优点是：制程简单，表面非常平整，适合无铅焊接和 SMT。
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② OSP 工艺的缺点是：焊接时需要氮气，且回流焊次数受限（多次焊接会导致膜被破坏，2 次没有问题），不适合压接技术，不适合返修且存储条件要求高。
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（3）全板镀镍金
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1 \+ k8 U0 n/ b  V3 W/ f全板镀镍金是在 PCB 表面导体上先镀一层镍再镀一层金，镀镍主要是为了防止金和铜间的扩散。目前电镀镍金主要有两类：镀软金（纯金，表面看起来不亮）和镀硬金（表面平滑且坚硬，耐磨，含有钴等其他元素，表面看起来较光亮）。软金主要用于芯片封装时打金线，硬金主要用在非焊接处的电性互连。

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① 镀金工艺的优点是：较长的存储时间（＞12 个月），适合接触开关设计和金线邦定，适合电测试。
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② 镀金工艺的缺点是：较高的成本，金比较厚且金层厚度一致性差，焊接过程中，可能因金太厚而导致焊点脆化，影响强度。

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（4）化学镀镍／浸金（ENIG）

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化学镀镍／浸金也叫沉金，是在铜面上包裹一层厚厚的、电性良好的镍合金，这可以长期保护 PCB。ENIG 具有其他表面处理工艺所不具备的对环境的忍耐性，此外沉金也可以阻止铜的溶解，这将有益于无铅组装。
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① ENIG 工艺的优点是：不易氧化，可长时间存放，表面平整，适合用于焊接细间隙引脚及焊点较小的元器件，可耐受多次回流焊，适合返修，适合用作 COB（Chip On Board）打线的基材。

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) ?0 U) F% S- A0 b# l" `$ H& s② ENIG 工艺的缺点是：成本较高，焊接强度较差，容易产生黑盘问题，镍层会随时间逐渐氧化，长期可靠性不良。

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（5）其他表面处理工艺
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其他表面处理工艺还包括沉锡工艺、沉银工艺、化学镍钯金和电镀硬金等。
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① 沉锡工艺：由于与焊料的良好兼容性，使其具有良好的可焊性，同时其平整度优良，适合无铅焊接和压接；缺点是不耐存储。焊接过程最好有 N2 保护，且容易产生“锡须”。
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② 沉银工艺：介于有机涂覆和化学镀镍／沉金之间，工艺比较简单，即使暴露在热、湿和有污染的环境中，银仍然能够保持良好的可焊性；缺点是不具备化学镀镍／沉金所具有的好的物理强度，存储条件要求高，易污染，易氧化，同时焊接强度不好，易出现微空洞问题。
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8 |$ w; {; s$ \③ 化学镍钯金：较沉金在镍和金之间多了一层钯，从而具有更好的抗腐蚀性，抵抗环境攻击性强，适合长时间存储，适用于无铅焊接、厚板和开关接触设计等。
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' {$ B4 m' v8 [! k, B④ 电镀硬金：常用于对耐磨性能要求高的电连接器“接触对”中。
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它焊接时需要氧气 并且不能焊接时间太长有点不好控制