PCB 表面镀层的选择
2017-11-22迦南伟业科技
PCB可焊性表面处理按照用途分为3类：
焊接用：铜的表面必须有涂覆层（镀层）保护，否则很容易氧化；
接插用：比如金手指，电镀Ni-Au或化学镀Ni-Au；
绑定（Wire Bonding）工艺线焊用：化学镀Ni-Au
用于SMT焊接的PCB表面涂覆技术的选择主要取决于最终组装元器件的类型；表面处理工艺将影响PCB的生产、组装和最终使用。
PCB可焊性表面镀层的选择依据
选择PCB可焊性表面镀层时，要考虑所选择的焊接合金成分、产品的用途
（1）焊料合金成分
PCB焊盘涂镀层与焊料合金的相容性是选择PCB可焊性表面涂（镀）层的首要因素。这点直接影响焊点在焊盘二侧的可焊性和连接可靠性。例如，Sn-pb合金应选择Sn-Pb热风整平，无铅合金应选择非铅金属或无铅焊料合金热风整平。
（2）可靠性要求
高可靠性要求的产品首先应选择与焊料合金相同的热风整平，这是相容性最好的选择。另外，也可以考虑采用高质量的Ni-Au（ENIG），因为Sn与Ni的界面合金Ni3Sn4的连接强度最稳定。如果采用ENIG,必须控制Ni层〉3µm（5～7µm），Au层≤lµm（0.05～0.15µm），并对PCB加工厂提出可焊性要求。
（3）制造工艺
选择PCB可焊性表面涂（镀）层时还要考虑PCB焊盘涂镀层与制造工艺的相容性。热风整平（HASL）可焊性好，可用于双面再流焊，能经受多次焊接。但由于焊盘表面不够平整，因此不适合窄间距。OSP和浸锡（I-Sn）较适合单面组装、一次焊接工艺。
（4）产品的用途和成本
浸银工艺（I-Ag）比Ni-Au（ENIG）的加工成本低，可替代ENIG,用于消费类电子产品的接触一开关焊盘。考虑成本，还可以尽量采用OSP和浸锡（I-Sn）表画处理方式。选择PCB可焊性表面涂（镀）层时还要综合考虑。如果使用的是OSP,在2次焊接以上的混装工艺中，再流焊和波峰焊时使用氮气或者腐蚀性很小的助焊剂，可以根据产品灵活掌握，如果使用ENIG就不需要使用氮气。在选择表面镀覆层时，要考虑氮气的使用、助焊剂的类型和对成本的影响。
1.热风整平
热风整平曾经在PCB表面处理工艺中处于主导地位。二十世纪八十年代，超过四分之三的PCB使用热风整平工艺，但过去十年以来业界一直都在减少热风整平工艺的使用，估计目前约有25％-40％的PCB使用热风整平工艺。热风整平制程比较脏、难闻、危险，因而从未是令人喜爱的工艺，但热风整平对于尺寸较大的元件和间距较大的导线而言，却是极好的工艺。在密度较高的PCB中，热风整平的平坦性将影响后续的组装；故HDI板一般不采用热风整平工艺。随着技术的进步，业界现在已经出现了适于组装间距更小的QFP和BGA的热风整平工艺，但实际应用较少。目前一些工厂采用有机涂覆和化学镀镍/浸金工艺来代替热风整平工艺；技术上的发展也使得一些工厂采用浸锡、浸银工艺。加上近年来无铅化的趋势，热风整平使用受到进一步的限制。虽然目前已经出现所谓的无铅热风整平，但这可将涉及到设备的兼容性问题。
2. 有机涂覆
估计目前约有25％-30％的PCB使用有机涂覆工艺，该比例一直在上升（很可能有机涂覆现在已超过热风整平居于第一位）。有机涂覆工艺可以用在低技术含量的PCB，也可以用在高技术含量的PCB上，如单面电视机用PCB、高密度芯片封装用板。对于BGA方面，有机涂覆应用也较多。PCB如果没有表面连接功能性要求或者储存期的限定，有机涂覆将是最理想的表面处理工艺。
3. 化学镀镍/浸金
化学镀镍/浸金工艺与有机涂覆不同，它主要用在表面有连接功能性要求和较长的储存期的板子上，如手机按键区、路由器壳体的边缘连接区和芯片处理器弹性连接的电性接触区。由于热风整平的平坦性问题和有机涂覆助焊剂的清除问题，二十世纪九十年代化学镀镍/浸金使用很广；后来由于黑盘、脆的镍磷合金的出现，化学镀镍/浸金工艺的应用有所减少，不过目前几乎每个高技术的PCB厂都有化学镀镍/浸金线。考虑到除去铜锡金属间化合物时焊点会变脆，相对脆的镍锡金属间化合物处将出现很多的问题。因此，便携式电子产品（如手机）几乎都采用有机涂覆、浸银或浸锡形成的铜锡金属间化合物焊点，而采用化学镀镍/浸金形成按键区、接触区和EMI的屏蔽区。估计目前大约有10％-20％的PCB使用化学镀镍/浸金工艺。
4. 浸银
浸银比化学镀镍/浸金便宜，如果PCB有连接功能性要求和需要降低成本，浸银是一个好的选择；加上浸银良好的平坦度和接触性，那就更应该选择浸银工艺。在通信产品、汽车、电脑外设方面浸银应用的很多，在高速信号设计方面浸银也有所应用。由于浸银具有其它表面处理所无法匹敌的良好电性能，它也可用在高频信号中。EMS推荐使用浸银工艺是因为它易于组装和具有较好的可检查性。但是由于浸银存在诸如失去光泽、焊点空洞等缺陷使得其增长缓慢（但没有下降）。估计目前大约有10％-15％的PCB使用浸银工艺。
5. 浸锡
锡被引入表面处理工艺是近十年的事情，该工艺的出现是生产自动化的要求的结果。浸锡在焊接处没有带入任何新元素，特别适用于通信用背板。在板子的储存期之外锡将失去可焊性，因而浸锡需要较好的储存条件。另外浸锡工艺中由于含有致癌物质而被限制使用。估计目前大约有5％-10％的PCB使用浸锡工艺。
焊接用：铜的表面必须有涂覆层（镀层）保护，否则很容易氧化；
接插用：比如金手指，电镀Ni-Au或化学镀Ni-Au；
绑定（Wire Bonding）工艺线焊用：化学镀Ni-Au
用于SMT焊接的PCB表面涂覆技术的选择主要取决于最终组装元器件的类型；表面处理工艺将影响PCB的生产、组装和最终使用。
PCB可焊性表面镀层的选择依据
选择PCB可焊性表面镀层时，要考虑所选择的焊接合金成分、产品的用途
（1）焊料合金成分
PCB焊盘涂镀层与焊料合金的相容性是选择PCB可焊性表面涂（镀）层的首要因素。这点直接影响焊点在焊盘二侧的可焊性和连接可靠性。例如，Sn-pb合金应选择Sn-Pb热风整平，无铅合金应选择非铅金属或无铅焊料合金热风整平。
（2）可靠性要求
高可靠性要求的产品首先应选择与焊料合金相同的热风整平，这是相容性最好的选择。另外，也可以考虑采用高质量的Ni-Au（ENIG），因为Sn与Ni的界面合金Ni3Sn4的连接强度最稳定。如果采用ENIG,必须控制Ni层〉3µm（5～7µm），Au层≤lµm（0.05～0.15µm），并对PCB加工厂提出可焊性要求。
（3）制造工艺
选择PCB可焊性表面涂（镀）层时还要考虑PCB焊盘涂镀层与制造工艺的相容性。热风整平（HASL）可焊性好，可用于双面再流焊，能经受多次焊接。但由于焊盘表面不够平整，因此不适合窄间距。OSP和浸锡（I-Sn）较适合单面组装、一次焊接工艺。
（4）产品的用途和成本
浸银工艺（I-Ag）比Ni-Au（ENIG）的加工成本低，可替代ENIG,用于消费类电子产品的接触一开关焊盘。考虑成本，还可以尽量采用OSP和浸锡（I-Sn）表画处理方式。选择PCB可焊性表面涂（镀）层时还要综合考虑。如果使用的是OSP,在2次焊接以上的混装工艺中，再流焊和波峰焊时使用氮气或者腐蚀性很小的助焊剂，可以根据产品灵活掌握，如果使用ENIG就不需要使用氮气。在选择表面镀覆层时，要考虑氮气的使用、助焊剂的类型和对成本的影响。
1.热风整平
热风整平曾经在PCB表面处理工艺中处于主导地位。二十世纪八十年代，超过四分之三的PCB使用热风整平工艺，但过去十年以来业界一直都在减少热风整平工艺的使用，估计目前约有25％-40％的PCB使用热风整平工艺。热风整平制程比较脏、难闻、危险，因而从未是令人喜爱的工艺，但热风整平对于尺寸较大的元件和间距较大的导线而言，却是极好的工艺。在密度较高的PCB中，热风整平的平坦性将影响后续的组装；故HDI板一般不采用热风整平工艺。随着技术的进步，业界现在已经出现了适于组装间距更小的QFP和BGA的热风整平工艺，但实际应用较少。目前一些工厂采用有机涂覆和化学镀镍/浸金工艺来代替热风整平工艺；技术上的发展也使得一些工厂采用浸锡、浸银工艺。加上近年来无铅化的趋势，热风整平使用受到进一步的限制。虽然目前已经出现所谓的无铅热风整平，但这可将涉及到设备的兼容性问题。
2. 有机涂覆
估计目前约有25％-30％的PCB使用有机涂覆工艺，该比例一直在上升（很可能有机涂覆现在已超过热风整平居于第一位）。有机涂覆工艺可以用在低技术含量的PCB，也可以用在高技术含量的PCB上，如单面电视机用PCB、高密度芯片封装用板。对于BGA方面，有机涂覆应用也较多。PCB如果没有表面连接功能性要求或者储存期的限定，有机涂覆将是最理想的表面处理工艺。
3. 化学镀镍/浸金
化学镀镍/浸金工艺与有机涂覆不同，它主要用在表面有连接功能性要求和较长的储存期的板子上，如手机按键区、路由器壳体的边缘连接区和芯片处理器弹性连接的电性接触区。由于热风整平的平坦性问题和有机涂覆助焊剂的清除问题，二十世纪九十年代化学镀镍/浸金使用很广；后来由于黑盘、脆的镍磷合金的出现，化学镀镍/浸金工艺的应用有所减少，不过目前几乎每个高技术的PCB厂都有化学镀镍/浸金线。考虑到除去铜锡金属间化合物时焊点会变脆，相对脆的镍锡金属间化合物处将出现很多的问题。因此，便携式电子产品（如手机）几乎都采用有机涂覆、浸银或浸锡形成的铜锡金属间化合物焊点，而采用化学镀镍/浸金形成按键区、接触区和EMI的屏蔽区。估计目前大约有10％-20％的PCB使用化学镀镍/浸金工艺。
4. 浸银
浸银比化学镀镍/浸金便宜，如果PCB有连接功能性要求和需要降低成本，浸银是一个好的选择；加上浸银良好的平坦度和接触性，那就更应该选择浸银工艺。在通信产品、汽车、电脑外设方面浸银应用的很多，在高速信号设计方面浸银也有所应用。由于浸银具有其它表面处理所无法匹敌的良好电性能，它也可用在高频信号中。EMS推荐使用浸银工艺是因为它易于组装和具有较好的可检查性。但是由于浸银存在诸如失去光泽、焊点空洞等缺陷使得其增长缓慢（但没有下降）。估计目前大约有10％-15％的PCB使用浸银工艺。
5. 浸锡
锡被引入表面处理工艺是近十年的事情，该工艺的出现是生产自动化的要求的结果。浸锡在焊接处没有带入任何新元素，特别适用于通信用背板。在板子的储存期之外锡将失去可焊性，因而浸锡需要较好的储存条件。另外浸锡工艺中由于含有致癌物质而被限制使用。估计目前大约有5％-10％的PCB使用浸锡工艺。
