PCB表面处理的作用

 

由于PCB上的铜层很容易被氧化，因此生成的铜氧化层会严重降低焊接质量，从而降低最终产品的可靠性和有效性。为了避免这种情况的发生，需要对PCB进行表面处理。有些资料会说到表面成型，板厂工艺上会做区分，都认为PCB的最外层且在铜之上，起到铜的“涂层”作用。

表面处理的作用：保护暴露的铜面，提供可焊接性表面组件到PCB。当然也要满足一系列功能标准，比如环境要求、电气性能、物理性能和耐久性的要求

表面处理工艺从最开始会使用助焊剂在铜面焊接元件，产品需要大批量的时候，会使用电镀锡铅。当PCB出现涂敷阻焊的时候，开始出现热风焊料整平（HASL）。随着产品布线密度增加，出现有机可焊性保护膜（OSP）。清洁组装操作的需求，ENIG工艺广泛使用，再后来出现环保无铅的要求，开始出现化学沉银、化学沉锡、化学镍钯金、化学镍银（ENIAg）等。

表面处理工艺有两种主要类型：金属的和有机的。HASL，ENIG / ENEPIG，沉金和沉锡均属于金属表面成型，而OSP属于有机表面成型。

热风焊料整平（HASL）是将PCB沉浸在熔化的焊锡中，这样裸露的铜表面都被焊锡覆盖。这个处理过程，会让部分焊盘铜面与锡向合金锡铜转化，导致焊盘变薄。同时，PCB基板在高温下膨胀会使电路板扭曲变形，焊盘变得不平整，出现锡堵孔的情况。

 

化学镀镍/浸金（ENIG）和化学镍化学镀钯金（ENEPIG）ENIG是化学镀镍的缩写，由化学镀镍和浸入金的薄层组成，可保护镍免受氧化。金是PCB外层涂抹的理想元素，因为金不会形成氧化物，受温度和存储条件的影响比较小，同时易于焊接。但是金的含量超过焊料质量的3%，就会使得焊点变脆，所以焊接中金层最大厚度是0.3um。

 

金熔解入铜非常迅速，为了防止金与铜融合并最终使铜外露氧化，产生焊接问题，使用镀镍的方式使金和铜分离开。镀镍/浸金并不是电化学作用，只是让镍作为氧化剂被磷还原而最终沉积下来。通常情况下，浸金时会先沉3~5um的镍，在镍上再沉0.05~0.15um的金来防止氧化。

 

ENEPIG是化学镍化学镀钯金缩写，有时候会看到ENEPIG，会把两个混淆。ENEPIG与ENIG的不同之处在于，在镍和金之间多了一层钯，在置换金的沉积反应中，化学镀钯层会保护镍层，防止它被交置换金过度腐蚀，钯在防止出现置换反应导致的腐蚀现象的同时，为浸金做好充分准备。

 

镍腐蚀现象工艺之间的区别：ENIG（化学镍金）主要用于电路板的表面处理，用来防止电路板表面的铜被氧化或腐蚀，并且用于焊接及应用于接触，比如内存条上的金手指。

ENEPIG（化镍钯浸金）主要用于封装基板表面处理，在化镍钯浸金工艺过程中，通过对镍层上化学镀钯控制、浸金控制，获得精确的沉积厚度和金层均匀性，达到良好的接触面。

有机可焊性保护膜（OSP）非常薄的有机涂层，用于保证PCB表面铜的可焊性。不同于其他表面处理工艺，OSP只限于可焊性保护。

 

看似简单，但分子成分相当复杂，这个大型有机分子溶解于水和有机酸溶液里，PCB浸在溶液里，裸露的铜和这些分子形成化学键，在铜表面形成OSP-铜组合的沉积层，厚度可达0.10~0.60um。

缺点是，OSP涂层一旦太厚，就会影响焊接。也没办法检查铜有没有完全受到保护。还有需要注意的是：采用常规波峰焊和选择性波峰焊焊接工艺的 PCBA，不允许使用OSP表面处理方式。

 

化学沉银（IMS）PCB上的铜需要单独清洗和微蚀的预处理，在银溶液中，惰性的铜和惰性更强的银之间进行贾凡尼置换。

贾凡尼效应又称原电池效应、电偶腐蚀，即相连的、活性不同的两个金属与电解质溶解接触发生原电池反应，比较活泼的金属原子失去电子而被氧化（腐蚀）。

这个工艺，水洗和干燥很关键，保证杂质被清洗。如果需要多次沉银，或者银厚超过0.5um，贾凡尼效应会影响铜，甚至会造成电气开路。

 

焊盘连接处的贾凡尼现象

化学沉银的抗爬行腐蚀比较差，爬行腐蚀是指PCB或者PCBA暴露于潮湿及其他气体环境中，在一定时间内缓慢产生腐蚀晶体的现象，可能会引发短路或开路问题。

化学沉锡方式和化学沉银类似，只不过锡是两性金属，与酸和碱都可以发生反应，所以沉积后，要避免与强酸和强碱接触。

电镀镍/金这个是电镀工艺，将PCB放置在整流器连通的夹具上，并浸在金属离子的溶液里。在电场驱动下，溶液中金属离子还原，覆盖在PCB铜面上。金属镀层的厚度可以通过电镀时间、电流密度、电镀时间等来控制性能。

 

由于电镀镍/金成本高，一般用于插拔连接或打金线的工艺。先是沉积几微米的镍，再在镍上镀0.5~1.5um厚的金，保护镍不会被氧化。

无论是化学镍金或是电镀镍金，真正需要关注的是镍镀层，因为真正需要焊接形成金属间化物的是镍而不是金，金仅仅是为了保护镍不被氧化或腐蚀，金层在焊接一开始就溶解到焊料之中去了。

其他化学镍钯/金，化学镍银，自催化银沉等工艺，这里就不过多展开了。说到底，都是为了更好地提供电气连接和键合的良好性能。　　

      审核编辑：彭静