HCI杭晶电子——晶振焊盘表面处理：镀金的必要性、工艺方式与对比分析

1.卓越的可焊性和焊接可靠性(核心原因)

防止氧化:金(Au)是一种非常稳定的金属，在空气中不易氧化。而其他常用的焊盘表面处理方式，如镀锡(HASL)，在存放过程中容易氧化生成氧化锡膜，导致可焊性下降。

保证焊接强度:洁净的金表面能提供极佳的润湿性，使焊锡能够轻松、均匀地铺展，形成坚固、可靠的焊点。这对于自动化的SMT贴片生产至关重要，能大幅降低虚焊、假焊等缺陷率。

 

2.保证高频电性能

优异的导电性:金是电的良导体，其表面电阻极低。对于晶振这种高频元件(尤其是几十MHz甚至上百MHz的)，焊盘表面的微小电阻差异都可能引入不必要的损耗或信号完整性issues。

稳定的接触:镀金层表面平整光滑(称为“平整化处理”)，能与晶振的镀金电极或锡球形成均匀、稳定的电接触，减少信号传输中的损耗和反射，这对于保证时钟信号的纯净度和稳定性非常重要。

 

3.适合金线键合( Wire Bonding )

一些高端或特殊封装的晶振(如某些OCXO恒温晶振)内部芯片与外部引脚之间需要通过极细的金线进行连接。这个过程需要在晶振外壳的焊盘上进行。

只有金层与金层之间才能实现最可靠、最稳定的键合。镀金焊盘为这种工艺提供了必要条件。

 

4.延长保存期限( Shelf Life )

由于金不易氧化，镀金PCB的可焊性可以保持很长时间(通常1年以上)，方便物料管理

和库存周转。而镀锡板在潮湿环境中几个月后就可能出现可焊性问题。

 

5.适合多次回流焊( Reflow )

在复杂的PCBA组装过程中，板子可能需要经过多次高温回流焊。镀金层在高温下依然能保持稳定，不会像镀锡那样容易熔化或产生“锡须”Whiskers)，从而保证每次过炉后焊盘依然具有良好的可焊性。

 

镀金工艺的选择:ENIG

贴片晶振焊盘最常用的镀金工艺是 ENG( Electroless Nickel lmmersion Gold，化学沉镍浸金)。

底层镍(Ni)层:这是关键。镍层作为阻隔层，防止上层的金与底层的铜(Cu)在高温下相互扩散形成脆性的金属间化合物(IMC)，这些化合物会严重影响焊点机械强度。

表层金(Au)层:金层很薄(通常0.05-0.1μm)，仅用于保护镍层不被氧化，并提供优良的可焊表面。在焊接的瞬间，金会迅速溶解到焊锡中，真正形成焊点的是下方的镍层与焊锡(Sn)结合的Ni-Sn合金。

 

与其他表面处理方式的对比

表面处理方式的优点、缺点：(对于贴片晶振而言)

ENIG(化学沉金)平整度高、可焊性好、不易氧化、适合金线键合，成本较高。

HASL(喷锡)成本低，表面不平整，可能导致小尺寸元件焊接不良;易氧化。

OSP(防氧化助焊剂)成本低、非常平整，保护膜脆弱，不耐多次回流焊;保存期限短。Immersion Silver(沉银)平整、可焊性好、成本适中，易氧化和硫化(发黄)，长期可靠性不如ENIG。

ENEPIG(化学镍钯金)性能最优，非常适合金线键合，成本最高。

 

总结

给贴片晶振的焊盘镀金(ENIG)，核心目的是为了在高速、自动化的SMT生产中，确保这颗为系统提供“心跳”的关键元件能够一次性焊接成功，并形成长期稳定、可靠的电连接和机械连接。

虽然镀金成本更高，但为了避免因焊接不良导致的系统时钟故障、批量返工甚至产品召回，这笔投资在绝大多数对可靠性有要求的电子产品(如通信设备、工业控制、汽车电子、医疗设备)中都是完全值得的。