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PCB表面處理流程有哪些？
PCB上未覆蓋阻焊層的銅表面，如焊盤、金手指、機械孔等。如果沒有保護塗層，銅表面很容易氧化，這會影響裸銅與 PCB 可焊區域內元件之間的焊接。
如下圖所示，表面處理位於 PCB 的最外層，銅層之上，扮演銅表面「塗層」的角色。
表面處理的主要作用是保護裸露的銅表面不會產生氧化電路，從而在焊接時為焊接提供可焊的表面。
02
PCB表面處理工藝的分類
PCB表面處理流程分為以下幾類：
熱風整平焊料 (HASL)
浸錫（ImSn）
化學鎳金（浸金）（ENIG）
有機可焊性防腐劑（OSP）
化學銀（ImAg）
化學鍍鎳、化學鍍鈀、沉金（ENEPIG）
電解鎳/金
熱風整平焊料 (HASL)
熱風整平（HASL），俗稱噴錫，是一種應用最廣泛且相對經濟的表面處理製程。它分為無鉛噴錫和含鉛噴錫。
PCB的保存期限可達12個月，製程溫度為250℃，表面處理厚度範圍為1-40um。
噴錫製程是將電路板浸入熔融焊料（錫/鉛）中，以覆蓋PCB上裸露的銅表面。當PCB離開熔融焊料後，高壓熱風會透過氣刀吹過表面，使焊料平整沉積並去除多餘的焊料。
噴錫製程需熟練焊接溫度、刀片溫度、刀片壓力、浸焊時間、提升速度等參數。確保PCB板完全浸沒在熔化的焊錫中，並且氣刀能在焊錫凝固前將其吹走。氣刀的壓力可以最大限度地減少銅表面上的彎月面，防止焊錫橋接。
熱風整平焊料 (HASL)
優點：
保質期長
良好的焊接性
耐腐蝕、抗氧化
可以進行目視檢查
缺點：
表面不平整
不適用於間距較小的設備
易於生產錫珠
高溫變形
不適合通孔電鍍
浸錫（ImSn）
沉錫（ImSn）是透過化學置換反應沉積的金屬鍍層，直接塗在電路板的基底金屬（即銅）上，可以滿足小間距元件對PCB表面平整度的要求。
錫沉積層可在3-6個月的保質期內保護底層銅免受氧化。由於所有焊料都是錫基的，因此錫沉積層可以與任何類型的焊料相匹配。在錫浸液中添加有機添加劑後，錫層結構呈現顆粒狀，克服了錫須和錫遷移帶來的問題，同時也具有良好的熱穩定性和焊接性能。
沉錫製程溫度50℃，表面處理厚度0.8-1.2um，特別適合通訊背板等需要壓接連接的PCB。
浸錫（ImSn）
優點：
適合小間距/BGA
良好的表面光滑度
符合 RoHS
良好的焊接性
穩定性好
缺點：
容易被污染
錫須可能造成短路
電氣測試需要軟探針
不適用於接觸開關
對阻焊層有腐蝕作用
化學鎳金（浸金）（ENIG）
化學鎳浸金（ENIG）可以滿足小間距元件（BGA和μBGA）對PCB表面平整度和無鉛加工的要求。
ENIG鍍層由兩層金屬塗層組成，首先透過化學方法在銅表面沉積鎳，然後透過置換反應在其上鍍上一層金原子。鎳層厚度為3-6 μm，金層厚度為0.05-0.1 μm。鎳層起到阻隔銅的作用，也是元件實際焊接的表面。金層的作用是防止鎳在儲存過程中氧化，其保存期限約一年，並能確保優異的表面平整度。
沉金製程廣泛應用於高密度板、傳統硬板、軟板，可靠性高，支援鋁線鍵合，廣泛應用於消費性電子、通訊/運算、航空航太、醫療保健等產業。
化學鎳金（ENIG）
優點：
保質期長
高密度板（μBGA）
鋁線鍵合
表面平整度高
適用於電鍍孔
缺點：
昂貴的價格
射頻訊號衰減
無法返工
黑墊/黑鎳
加工過程複雜
有機可焊性防腐劑（OSP）
有機可焊性保護劑 (OSP) 是一種非常薄的材料保護層，塗在暴露的銅上，以保護銅表面免受氧化。
有機薄膜具有抗氧化、抗熱震和防潮等特性，在正常條件下可保護銅表面免受氧化或硫化。在高溫焊接後，有機薄膜很容易被助焊劑去除，使裸露的潔淨銅表面能夠立即與熔化的焊料結合，在極短時間內形成牢固的焊點。
OSP是一種水性有機化合物，可以選擇性地與銅結合，在焊接前保護銅表面。與其他無鉛表面處理製程相比，它非常環保，因為其他表面處理製程可能具有毒性或更高的能耗。
有機可焊性防腐劑（OSP）
優點：
簡單又便宜
無鉛環保
光滑的表面
引線接合
缺點：
不適合 PTH
保質期短
不便於目視和電氣檢查
ICT 夾具可能會損壞 PCB
化學銀（ImAg）
浸銀（ImAg）是將PCB板浸入銀離子槽中，透過置換反應，在銅上直接鍍上一層純銀的製程。銀具有穩定的化學性質。經過浸銀技術處理的PCB板即使暴露在高溫、潮濕、污染的環境中，即使表面失去光澤，也能保持良好的電氣性能和可焊性。
有時，為了防止銀與環境中的硫化物反應，銀沉積會與OSP塗層結合使用。在大多數應用中，銀可以替代金。如果您不想在PCB中引入磁性材料（鎳），則可以選擇使用銀沉積。
銀沉積表面厚度為0.12-0.40μm，保存期限為6至12個月。銀沉積製程對加工過程中表面的清潔度較為敏感，需要確保整個生產過程不會造成銀沉積表面的污染。銀沉積製程適用於PCB、薄膜開關、鋁線鍵結等需要EMI屏蔽的應用。
沉沒的銀子（ImAg）
優點：
表面平整度好
高焊接性
穩定性好
屏蔽性能好
適用於鋁線鍵合
缺點：
對污染物敏感
易於發生電遷移
銀色金屬晶須
拆包後組裝時間短
電氣測試困難
化學鍍鎳、化學鍍鈀、沉金（ENEPIG）
與ENIG相比，ENEPIG在鎳和金之間增加了一層鈀，這可以進一步保護鎳層免受腐蝕，並防止ENIG表面處理過程中可能出現的黑斑，從而在表面光滑度方面具有優勢。鎳的沉積厚度約為3-6 μm，鈀的厚度約為0.1-0.5 μm，金的厚度為0.02-0.1 μm。雖然金層厚度比ENIG薄，但成本更高。
銅鎳鈀金的層狀結構可直接與電鍍層進行引線鍵結。最後一層金非常薄且柔軟，過度的機械損傷或較深的刮痕可能會暴露鈀層。
化學鍍鎳、化學鍍鈀、沉金（ENEPIG）
優點：
極為平坦的表面
引線接合
可多次回流焊接
焊點可靠度高
保質期長
缺點：
昂貴的價格
金線鍵合不如軟金鍵合可靠
易於生產錫珠
複雜的過程
加工過程難以控制
電解鎳/金
電鍍鎳金分為「硬金」和「軟金」。
硬金純度較低（99.6%），常用於PCB邊緣連接器、PCB接點或其他易磨損區域。金的厚度可依具體需求而定。
軟金純度較高（99.9%），常用於引線鍵結。
硬質電解質金
硬金是一種含有鈷、鎳或鐵絡合物的金合金。低應力鎳層位於鍍金層和銅層之間。硬金適用於頻繁使用且易磨損的元件，例如載板、金手指和按鍵。
硬金表面處理的厚度可能因應用而異。 IPC 建議最大可焊厚度為 17.8 μ 英寸；IPC25 和 100 類應用建議最大可焊厚度為金 1 μ 英寸，鎳 2 μ 英寸；IPC50 應用建議最大可焊厚度為金 100 μ 英寸，鎳 3 μ 英寸。
軟電解金
主要用於需要引線鍵合和高可焊性的PCB，軟金焊點比硬金更安全。
軟電解金表面處理
電解鎳/金
優點：
保質期長
焊點可靠度高
耐用的表面
缺點：
非常貴
金手指需要在電路板上額外佈線
硬金可焊性差
03
PCB表面處理工藝該如何選擇？
PCB的表面處理製程直接影響產量、重工量、現場故障率、測試能力和廢品率。為了確保最終產品的品質和性能，必須選擇滿足設計要求的表面處理流程。在工程方面，可以從以下幾個方面來考慮：
墊平整度
焊盤的平整度直接影響PCBA的焊接質量，特別是當板上有比較大的BGA或間距較小的μBGA時，當需要焊盤表面的保護層薄而均勻時，可以選擇ENIG、ENEPIG、OSP。
可焊性和潤濕性
可焊性始終是PCB的關鍵因素，在滿足其他要求的同時，建議選擇可焊性高的表面處理工藝，以確保回流焊的良率。
焊接頻率
PCB需要焊接或返工幾次？ OSP這種表面處理製程不適合返工超過兩次。此時也會選擇沉金+OSP等複合表面處理製程。目前智慧型手機等高階電子產品都會選擇這種處理流程。
符合RoHS
PCBA中的鉛元素主要來自元件引腳、PCB焊盤和焊料。為了符合RoHS指令，PCB的表面處理方法也必須符合RoHS標準。例如，ENIG、錫、銀和OSP等表面處理方法均符合RoHS標準。
金屬鍵合
如果需要金線或鋁線鍵合，則可能僅限於 ENIG、ENEPIG 和軟電解金。
焊點的可靠性
PCB的表面處理流程也會影響PCBA的最終焊接品質。如果需要高可靠性的焊點，可以選擇浸金或鎳鈀金製程。
