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什么是PCB表面处理工艺？
铜表面 PCB 如果没有阻焊层覆盖，例如焊盘、金手指、机械孔等，铜表面很容易氧化，这会影响PCB可焊区域内裸铜与元件之间的焊接。
如下图所示， 表面 处理层位于 PCB 的最外层，铜层之上，起到铜表面“涂层”的作用。
表面处理的主要功能是保护裸露的铜表面免受氧化电路的影响，从而在焊接过程中提供可焊表面。
02
PCB表面处理工艺的分类
PCB表面处理工艺分为以下几类：
热风焊料整平 (HASL)
锡浸法 (ImSn)
化学镍金（浸金）（ENIG）
有机可焊防腐剂（OSP）
化学银（ImAg）
化学镀镍、化学镀钯、浸金（ENEPIG）
电解镍/金
热风焊料整平 (HASL)
热风整平（HASL），俗称喷锡，是一种应用最广泛且相对经济的表面处理工艺。它分为以下几种类型： 无铅 喷漆罐和铅喷漆罐。
PCB的保质期可达12个月，工艺温度为250℃，表面处理厚度范围为1-40μm。
喷锡工艺是将电路板浸入熔融的锡中。 焊接 （锡/铅）用于覆盖PCB板上裸露的铜表面。当PCB板离开熔化的焊料时，高压热风通过气刀吹过表面，使焊料平整沉积并去除多余的焊料。
喷锡工艺需要掌握焊接温度、刀片温度、刀片压力、浸焊时间、提升速度等参数。确保PCB完全浸没在熔化的焊锡中，并且气刀能在焊锡凝固前将其吹走。气刀的压力可以最大限度地减少焊锡液面的弯月面。 铜面 并防止焊锡桥接。
热风焊料整平 (HASL)
优点：
保质期长
良好的焊接性
耐腐蚀、抗氧化
可进行目视检查
缺点：
表面不平整
不适用于间距较小的设备
易于生产锡珠
高温引起的变形
不适用于通孔电镀
锡浸法 (ImSn)
浸锡（ImSn）是一种通过化学置换反应沉积的金属涂层，直接涂覆在电路板的基材（即铜）上，可以满足小间距元件对PCB表面平整度的要求。
锡沉积层可以保护底层铜在3-6个月的保质期内免受氧化。由于所有焊料都是锡基的，因此锡沉积层可以与任何类型的焊料相匹配。在锡浸液中添加有机添加剂后，锡层结构呈颗粒状，克服了锡须和锡迁移带来的问题，同时还具有…… 良好的热性能 稳定性和可焊接性。
锡沉积工艺温度为50℃，表面处理厚度为0.8-1.2μm。特别适用于通过压接连接的PCB，例如通信背板。
锡浸法 (ImSn)
优点：
适用于小间距/BGA封装
良好的表面光滑度
符合 RoHS
良好的焊接性
稳定性好
缺点：
容易受到污染
锡须可能导致短路
电气测试需要使用软探针。
不适用于接触开关
对焊锡掩膜层有腐蚀性
化学镍金（浸金）（ENIG）
化学浸镍金（ENIG）可以满足小间距器件（BGA 和 μ BGA）PCB 的表面平整度和无铅加工要求。
ENIG镀层由两层金属涂层组成，首先通过化学方法在铜表面沉积镍，然后通过置换反应在其上镀上一层金原子。镍层厚度为3-6μm，金层厚度为0.05-0.1μm。镍层起到阻隔铜的作用，也是元件实际焊接的表面。金层的作用是防止镍在储存过程中氧化，其保质期约为一年，并能确保镀层的牢固性。 极佳的表面平整度.
浸金工艺广泛应用于高密度电路板、传统硬板和软板，具有高可靠性，并支持使用铝线进行引线键合。广泛应用于消费电子、通信/计算机、航空航天和医疗保健等行业。
化学镍金（ENIG）
优点：
保质期长
高密度板（μ BGA）
铝线键合
高表面平整度
适用于电镀孔
缺点：
价格昂贵
射频信号的衰减
无法重做
黑垫/黑镍
处理过程很复杂
有机可焊防腐剂（OSP）
有机可焊性保护剂（OSP）是一种非常薄的材料保护层，涂覆在裸露的铜上，以保护铜表面免受氧化。
有机薄膜具有抗氧化、抗热震和防潮等特性，在正常条件下可以保护铜表面免受氧化或硫化。在高温焊接后，有机薄膜很容易被焊剂去除，使裸露的洁净铜表面能够立即与熔化的焊料结合。 焊接在很短的时间内形成牢固的焊点。
OSP是一种水基有机化合物，能够选择性地与铜结合，在焊接前保护铜表面。与其他无铅表面处理工艺相比，OSP非常环保，因为其他表面处理工艺可能存在毒性或更高的能耗。
有机可焊防腐剂（OSP）
优点：
简单又便宜
无铅环保
光滑的表面
引线接合
缺点：
不适合 PTH
保质期短
不便于进行目视和电气检查。
信息通信技术设备可能会损坏印刷电路板
化学银（ImAg）
浸银（ImAg）是一种通过将PCB浸入银离子浴中，利用置换反应在铜表面直接镀上一层纯银的工艺。银具有稳定的化学性质。采用浸银工艺处理的PCB即使在高温、潮湿和污染的环境中，表面失去光泽，也能保持良好的电气性能和可焊性。
有时，为了防止银与环境中的硫化物发生反应，会将银沉积与有机硅防污涂层（OSP）结合使用。在大多数应用中，银可以替代金。如果您不想在印刷电路板（PCB）中引入磁性材料（镍），可以选择使用银沉积。
银沉积层的表面厚度为0.12-0.40 μm，保质期为6至12个月。银沉积工艺对加工过程中表面的清洁度要求较高，必须确保整个生产过程不会对银沉积层造成表面污染。该银沉积工艺适用于需要电磁干扰屏蔽的应用，例如印刷电路板（PCB）、薄膜开关和铝线键合等。
沉银（ImAg）
优点：
良好的表面平整度
高焊接性
稳定性好
良好的屏蔽性能
适用于铝线键合
缺点：
对污染物敏感
易于进行电迁移
银色金属须
拆箱后组装时间很短
电气测试困难
化学镀镍、化学镀钯、浸金（ENEPIG）
与ENIG相比，ENEPIG在镍和金之间增加了一层钯，这进一步保护了镍层免受腐蚀，并防止了ENIG表面处理过程中可能出现的黑斑，从而提高了表面光滑度。镍的沉积厚度约为3-6 μm，钯的厚度约为0.1-0.5 μm，金的厚度为0.02-0.1 μm。尽管厚度为0.02-0.1 μm，但ENEPIG在表面处理过程中仍具有一定的保护作用。 金层 比ENIG薄，但更贵。
铜镍钯金层状结构可以直接通过引线键合连接到镀层上。最外层的金层非常薄且柔软，过度的机械损伤或深度划痕可能会导致钯层暴露。
化学镀镍、化学镀钯、浸金（ENEPIG）
优点：
极其平坦的表面
引线接合
可多次回流焊接
焊点可靠性高
保质期长
缺点：
价格昂贵
金线键合不如软金键合可靠。
易于生产锡珠
复杂的过程
加工过程难以控制
电解镍/金
电镀镍金分为“硬金”和“软金”。
硬金纯度较低（99.6%），通常用于制作金手指。 （PCB边缘连接器）PCB触点或其他易磨损区域。镀金厚度可根据具体要求而定。
软金纯度更高（99.9%），常用于导线键合。
硬电解金
硬金是一种含有钴、镍或铁络合物的金合金。低应力镍用于镀金层和铜层之间。硬金适用于频繁使用且极易磨损的部件，例如载板、金手指和键盘。
硬质金表面处理的厚度可能因应用而异。对于IPC等级，推荐的最大可焊接厚度为：IPC1和2级应用中，金层厚度为17.8 μin，镍层厚度为25 μm；IPC3级应用中，金层厚度为50 μm，镍层厚度为100 μm。
软电解金
主要用于需要引线键合和高可焊性的PCB，软金焊点比硬金焊点更牢固。
软电解金表面处理
电解镍/金
优点：
保质期长
焊点可靠性高
耐用的表面
缺点：
非常贵
金手指需要电路板上额外的导电线路。
硬金焊接性能差。
03
如何选择PCB表面处理工艺？
印刷电路板的表面处理工艺将直接影响产量。 返工数量现场故障率、测试能力和废品率。为了保证最终产品的质量和性能，必须选择满足设计要求的表面处理工艺。在工程方面，可以从以下几个方面考虑：
垫子平整度
焊盘的平整度直接影响PCBA的焊接质量，尤其是在板上有较大间距的BGA或较小间距的μ BGA时，当需要焊盘表面的保护层薄而均匀时，可以选择ENIG、ENEPIG和OSP。
可焊性和润湿性
可焊性始终是PCB的关键因素。在满足其他要求的同时，建议选择具有高可焊性的表面处理工艺，以确保回流焊的良率。
焊接频率
PCB需要焊接或返工多少次？OSP表面处理工艺不适用于超过两次的返工。此时，会选择沉金+OSP等复合表面处理工艺。目前，智能手机等高端电子产品会采用这种处理工艺。
符合RoHS指令
PCBA中的引线主要来自元件引脚。 PCB焊盘和焊锡。 为了符合RoHS指令，PCB的表面处理方法也必须符合RoHS标准。例如，ENIG、锡、银和OSP等表面处理方法均符合RoHS标准。
金属键合
如果需要金线或铝线键合，则可能仅限于 ENIG、ENEPIG 和软电解金。
焊点可靠性
PCB的表面处理工艺也会影响最终效果。 PCBA的焊接质量如果需要高可靠性的焊点，可以选择采用浸金或镍钯金工艺。
