常用的涂层种类

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（1）HASL-Sn、SnPb

1）涂层特征

HASL（热风整平）可获得平滑、均匀、光亮的Sn、SnPb涂层，热风整平分垂直和水平两种。

① 垂直式：在PCB进行热风整平提升过程中，由于钎料的自重及表面张力作用，易导致焊盘涂层出现上薄下厚的“锡垂”现象。焊盘表面的不平整，共面性差导致SMT的焊接质量问题。

② 水平式：为了克服垂直式的问题，20世纪80年代后期出现了水平式，它的优点如下：

浸钎料时间短，受热冲击小，板子不易翘曲；

钎料分布均匀，平整度高，涂层厚度可达2.54～12.7μm；

自动化程度高，生产效率高，产能大。

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2）对热风整平质量要求

① 外观应光亮均匀完整、无半润湿、无结瘤、无露铜等缺陷；

② 阻焊层不应起泡、脱落和变色；

③ PCB表面及孔内无异物；

④ 钎料厚度均匀，并符合IPC-6012标准；

⑤ 附着力不小于2N/mm；

⑥ 可焊性要求：使用中性助焊剂，3s内应完全润湿。

（2）ENIG Ni（P）/Au涂层

1）涂层特征

ENIG Ni（P）/Au工艺是在PCB板涂覆阻焊层（绿油）之后进行的。ENIG Ni（P）/Au层既适合压焊（邦定），又适合高温焊接。

ENIG Ni（P）/Au向PCB板提供了集可焊、导电、散热功能于一身的理想镀层，由于无电沉积的化学镀层，镀层厚度均匀一致性可达施镀的任何部位，且设备和操作都不复杂。

对ENIG Ni（P）/Au的最基本要求是可焊性和焊点的可靠性，需经受2～3次焊接。就该镀层的实质而言，化学镀Ni是主体，化学镀Au只是为了防止Ni层的钝化而存在。化学镀Ni层厚度为3～5μm，含P 6%～10%，镀层成分为Ni3P，无定形结构，非磁性。由于化学镀镍层是处于元器件引脚和铜焊盘之间，为保证焊点的可靠性，要求化学镀镍层有较高的延伸率。

化学镀Au纯度99.99%，薄Au层（又称浸Au、置换Au）厚度0.025～0.1μm。化学镀厚Au层（又称还原Au），厚度为0.3～1μm，一般在0.5μm左右，镀层硬度HV0.160，它应在薄Au层上施镀。

化学镀镍的含P量，对镀层可焊性和耐腐蚀性是至关重要的。一般以含P7%～9%为宜（中磷）。含P量太低，镀层耐腐蚀性差，易氧化，而且在腐蚀环境中由于Ni/Au的腐蚀原电池作用，会对Ni/Au的Ni表面层产生腐蚀，生成Ni的黑膜（NixOy），这对可焊性和焊点的可靠性都是极为不利的。

P含量高，镀层抗腐蚀性提高，可焊性也可以改善。

2）ENIG Ni（P）/Au质量要求

ENIG Ni（P）/Au质量要求：金黄色，色泽不发白、发污，无氧化迹象，无细小凹凸斑点，无渗镀、漏镀。3M胶带试验不剥离、分离、无露铜。可焊性试验为全润湿，厚度通常为：Ni，2～5μm；Au，0.05～0.1μm。

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3）ENIG Ni（P）/Au的问题

① 成本高。

② 黑盘问题很难根除，虚焊缺陷率往往居高不下。

③ ENIG Ni/Au表面的二级互连可靠性要比使用OSP、Im-Ag、Im-Sn及HASL-Sn涂覆层的可靠性差。

④ 由于ENIG Ni/Au用的是镍和5%～12%的磷一起镀上去的，因此，当PCBA工作频率超过5GHz趋肤效应很明显时，信号传输中由于镍磷复合镀层的导电性比铜差，所以信号的传输速度变慢。

⑤ 焊接中Au溶入钎料后与Sn形成的AuSn4金属间化合物碎片，导致高频阻抗不能“复零”。

⑥ 存在“金脆”问题，降低焊点的可靠性。

（3）Im-Sn涂层

1）涂层特征

在PCB裸Cu板上化学镀Sn也是近年来无铅化过程中受重视的可焊性镀层。

Cu基上化学镀Sn从本质上讲是化学浸Sn，是Cu与镀液中的络合Sn离子发生置换反应，生成Sn镀层，当Cu表面被Sn完全覆盖，反应即停止。

当铜转移到溶液中时，锡沉积在基材铜上，Sn厚0.064～1.50μm，含有机金属化合物，表面平滑，不能进行引线键合。

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2）涂层问题

① 成本比ENIG Ni/Au及Im-Ag低，大致与OSP相当。

② 存在锡晶须问题，对精细间距与长使用寿命器件有一定的影响。

③ 存在Sn瘟现象：Sn相变点为13.2℃，低于这个温度时变成粉末状的灰色锡（α锡），使强度完全丧失。

④ 纯Sn层在温度环境下会加速与Cu层的扩散运动，导致铜锡金属间化合物（IMC）的生长

⑤ 新板的润湿性好，但存储一段时间后，或多次再流后润湿性下降快，因此后端应用工艺性较差。

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（4）OSP涂覆

1）涂层特征

20世纪90年代出现的Cu表面有机助焊保护膜（Organic Solderability Preservative，OSP），它利用某些环氮化合物很容易和清洁的铜表面起反应，这些化合结构中的氮杂环与Cu表面形成络合物，这层保护膜防止了Cu表面的氧化这一化学原理。根据不同的储存条件，反应生成的铜的络合物，理论上可使PCB保存期超过一年。

OSP与大多数有机助焊剂兼容，并能耐受3～4次组装焊接温度并保持其性能不变。当焊接加热时，铜的络合物很快分解，只留下裸铜。因为OSP只是一个分子层而且焊接时会被稀酸或助焊剂分解，所以不会有残留物或污染问题。工业应用已证实，OSP是可用的一种最低成本，也是一种可提供物理应力最小的表面可焊涂层。目前业界最通用的OSP产品系列如下所述。

Polyclad/Entek公司：Enteh 106A F2（无铅用）。

日本TAMURA公司：WPF-2O7（有铅制程，270℃下保护膜会破损分解，245℃可过三次IR）；

WPF-21（无铅制程，330℃下保护膜会破损分解，265℃可过5次IR）。

2）涂层特点

① 表面均匀，共面性好，膜厚0.2～0.5μm；目前较多采用0.2～0.4μm，不同的厚度对助焊剂的匹配性要求也不同。

② 水溶性，加工温度80℃以下，PCB变形小。

③ 膜层不脆，对有铅、无铅焊接均能较好兼容，并能承受三次以上热冲击。

④ 成本低，工艺较简单。

⑤ OSP涂层与有机助焊剂和RMA（中等活性）助焊剂兼容，但与较低活性的松香基免清洗助焊剂不兼容。

⑥ 较厚的涂覆层具有较高的抗氧化性和耐更高的温度，但也要求有更高活性的助焊剂。

⑦ 储存环境条件要求高，车间寿命短。

⑧ 对混合板，波峰焊接时需要更高活性的助焊剂。

⑨ 在温度高于70℃时，涂层可能退化，这种退化对可焊性可能产生影响。

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（5）Im-Ag涂层

1）涂层特征

Im-Ag层既可以焊接又可“邦定”（压焊），因而普遍受到重视。

Im-Ag层本质上也是浸Ag，Cu的标准电极电位为φ0Cu+/Cu=0.51V，而Ag的标准电极电位为φ0Ag+/Ag=0.799V，因而Cu可以置换溶液中的Ag离子而在Cu表面生成沉积Ag层。

Ag沉积在基材铜上厚约0.075～0.225μm，表面平滑，可引线键合。

2）涂层问题

① 与Au或Pd相比成本相对便宜。

② 有良好的引线键合性；先天具有与Sn基钎料合金的优良的可焊性。

③ 在Ag和Sn之间形成的金属间化合物（Ag3Sn）并没有明显的易碎性。

④ 在射频（RF）电路中由于趋肤效应，Ag的高电导率特性正好发挥出来。

⑤ 与空气中的S、Cl、O接触时，在表面分别生成AgS、AgCl、Ag2O，其表面会失去光泽发暗，影响外现。

⑥ 在焊接过程中，熔化的钎料合金开始时是在Ag涂层表面润湿、扩散，接着Ag被溶进熔化的钎料中。在Ag被完全溶解后，熔融钎料才对Ag下面的基材（铜焊盘）润湿和扩散。

⑦ 国外工业界对PCB表面Im-Ag涂层的组装性能进行了大量研究，确立了大量Im-Ag涂层的组装特性。例如，高温老化试验显示Ag层具有6个月的保存期，可焊性达到12个月。对于双面PCB或更复杂的PCBA组装件，Im-Ag表面多次再流焊接后仍具有良好的可焊性。

⑧ 美国Sandia国家实验室的研究试验结论：“与裸铜基板相比，Im-Ag表面确实改善了无铅SAC合金的可焊性。在使用相同助焊剂、焊接温度为245℃和260℃时，SAC合金在裸铜上的接触角分别为39°±1°和40°±1°；而在相同条件下，SAC合金在Im-Ag涂层上的接触角分别为30°±4°和23°±2°，Im-Ag涂层在较高焊接温度下可焊性具有优势。”

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3.PCB表面涂覆体系的比较

在PCB组装选择一个替代的表面涂覆工艺时，需要考虑的关键参数是可靠性、环境稳定性、高温稳定性、焊点的完整性、包括部件上引线键合在内的引线键合性及成本。

根据我们自己的大样本数工业应用的试验研究结果，发现Im-Sn（加热熔）在各种恶劣环境下暴露后，均表现了优良的可焊性，润湿性明显优于OSP、ENIG Ni/Au、Im-Ag等工艺。不同的PCB表面涂层上三种钎料在空气中的润湿性

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在PCB组装选择一个替代的表面涂覆工艺时，需要考虑的关键参数是可靠性、环境稳定性、高温稳定性、焊点的完整性、包括部件上引线键合在内的引线键合性及成本。

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HASL（热风整平）可获得平滑、均匀、光亮的Sn、SnPb涂层，热风整平分垂直和水平两种。

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垂直式、水平式