如何为pcb选择最佳类型的表面成型工艺

印制电路板（PCB）负责在电子设备中加载和连接电子组件，以实现电子电路功能。对于PCBA（印制电路板组件），PCB上的组件与电路之间的电连接主要在于镀锡或引线键合，而很少采用插入和紧固连接。为了在PCB设计中组装连接，需要设计焊盘或焊盘。为了轻松可靠地实现焊盘或焊盘与组件之间的电连接，在PCB制造过程中必须在焊盘或焊盘的表面上进行表面处理，以防止铜氧化或变质，并提供便于镀锡的表面电镀键合和引线键合。

面对PCB焊盘或焊盘上的多种表面成型，我们应该如何为PCB选择最佳类型的表面成型？本文是供您参考的综合指南。

表面成型概述发展

初步阶段。现在，没有组件组装在板上的板称为裸板。超过四十年前，阻焊层不存在，铜线暴露在空气中。换句话说，这种成品的PCB实际上是裸露的裸板。在此阶段，通过引线插入焊接将组件组装在PCB上。PCB的焊盘为铜表面，并应用具有松香芯的焊锡线通过烙铁进行焊接。后来，为了保护电路和焊盘，在整个PCB表面涂覆了助焊剂，并且涂覆方法主要是通过松香和树脂喷涂的助焊剂来完成的。当然，有时会应用化学镀银。

初级阶段。自1970年代以来，PCB一直依靠助焊剂来保护其电路，并进行了钝化处理以通过焊盘的表面成型来阻止铜的氧化，目的是阻止铜表面的氧化。但是，在组装过程中通过二次焊剂涂层确保了可焊性。然后，出现了其他一些类型的表面成型，例如化学镀金，化学镀锡，电镀钎焊和热熔锡钎焊，以及一些具有高可靠性的产品应用了电子打孔和电烫金。

成熟期。在1980年代初，HASL开始应用于电镀焊接和热熔锡焊接。同时，用OSP代替了钝化处理，用松香涂层代替了停止铜表面氧化和助焊剂处理的钝化处理。在1990年代中期，ENIG起飞，ImAg和ImSn也变得成熟。

改善阶段。21问世ST世纪见证了由于印制电路板的发展对表面成型新的要求。为了符合RoHS法规并实施无铅PCB组装，必须完全消除电镀锡铅合金，并逐渐减少含HASL的铅，取而代之的是无铅HASL或其他类型的表面成型。随着PCB向高密度和精细间距的发展，焊盘空间必须精细且表面成型才能调整微型安装组件的焊接组件和芯片金属线组件，从而减少了无铅HASL的应用。现有OSP和ENIG的性能也在提高，并且ENEPIG变得无处不在。对PCB的高密度和高频率的要求导致出现了新的无镍涂层。

到目前为止，PCB应用市场的多样性导致表面成型要求的多样性，应根据不同的应用选择合适的表面成型和要求。

每种类型的表面成型的属性

•OSP

OSP是有机可焊性防腐剂的缩写，是指以化学方法在裸铜表面形成的薄膜。该膜具有抗氧化，抗热震和抗润湿性，更适合电子行业对SMT的开发要求。

OSP的主要成分是含有杂环氮的有机物，如烷基苯并咪唑，BTA（苯并三唑），苯并咪唑等。通过络合和交联反应，在PCB焊盘和通孔的纯铜表面上覆盖有机膜。OSP解决方案的关键成分决定了PCB的可焊性和热阻，可以从由于热和膜分解温度而引起的颜色变化状态来说明PCB的可焊性和热阻，这对于表面安装的焊接性能极为重要，

OSP膜的厚度应在0.2μm至0.5μm的范围内，既不能太厚也不能太薄。否则，如果太薄则无法阻止铜表面的氧化，而在组装过程中助焊剂不能完全溶解OSP平面在铜表面上，反而会导致焊接不良。

OSP的职责是切断湿度，以停止铜表面的氧化，抵抗高温并保持活化，并且很容易被助焊剂熔化，从而保持出色的镀锡能力。此外，与物理涂层不同，OSP具有出色的选择性，因此不会在阻焊膜，碳膜或金面上产生污染物。

以下是OSP表面成型的优点：1）。适用于具有SMT和精细线间距的PCB；2）。能够阻止铜表面氧化，经受反复的热冲击，并与多种焊料兼容，易于焊接；3）。有利于PCB的光滑度；4）。环境友好型;5）。有助于降低成本；

当然，OSP膜太薄，容易刮擦，工程师必须非常小心，因为一旦膜破裂，就无法保证可焊性。此外，使用OSP作为表面成型的PCB必须在干燥室温下，无腐蚀性气体（通常为15℃至25℃，≤60％RH）的环境中存储。此外，存储时间不会超过三个月。

•HASL

HASL是“热空气焊料调平”的缩写，是指将PCB浸入熔化的锡槽中，然后将多余的焊锡从PCB表面吹走或通过热风将其金属化，从而获得光滑，均匀且光亮的焊锡涂层。随着用户对在裸铜上涂有助焊剂的PCB的要求不断提高，HASL得到了快速的发展。

在执行HASL之后，板必须满足以下要求：1）。所有的焊料涂层都必须光滑，均匀且光亮，且没有诸如打结或裸露铜的缺陷。此外，阻焊层绝不会遭受气泡，脱落或颜色变化的影响，并且阻焊层下方的铜也绝不能被氧化或改变颜色。PCB的表面或通孔中也不应有异物，也不应在其中焊锡。2）。焊锡层的厚度应在3μm至8μm的范围内，并以整体覆盖焊锡层和可焊性为原则。3）。越来越多地取消了传统的含铅锡焊层，而以锡为核心并结合了最小量的铜或镍的无铅锡焊层被取消了。关键是保持可焊性。无铅焊料的熔点比铅的熔点高30℃，因此基板材料的耐热性和板上通孔的可靠性将受到挑战。

HASL的主要优点在于可焊性。这种类型的焊锡与组装焊料基本相同，并且在焊接时通过相互熔化而结合在一起。但是，HASL的缺点非常明显，以至于涂层的光滑度不佳且温度很高，以至于会影响PCB性能。随着高密度电路设计的升级，微型组件的组装需要光滑的表面，否则会影响连接的可靠性。而且，高密度的PCB被设计得很薄，以至于材料不能浸入高温熔化的材料中。因此，HASL处于困难的道路上。

•ENIG

ENIG是化学镀镍和沉金的缩写，是指首先通过化学电镀在PCB的铜表面上沉积镍层，然后沉积金层。化学镀镍剂和金层由于具有良好的分散性，可焊性，接线键合性能，焊接性能以及与各种助焊剂的相容性等优点而得到了广泛应用。与OSP和HASL相比，ENIG具有可焊性，连接，布线和散热功能，能够满足多种组装要求。此外，电路板表面和SMD焊盘均光滑，适合细线。

化学镀镍层实际上是含有磷的Ni-P合金，其含量在7％至9％的范围内。溶液中的PH值和稳定剂在决定镀层中磷的含量方面起着重要作用，因此有必要将PH值控制在5.1左右。镍层的厚度必须大于3μm，这决定了ENIG的可靠性。

将金浸在镍表面实际上是一种置换反应。原则上，当镍表面完全被铜覆盖时，金的沉淀将停止。然而，由于金层表面上的孔太多，具有多个孔的金下面的镍仍将被溶解，并且金将继续以越来越低的速度继续沉积在镍上，直到停止为止。浸金层的厚度在0.03μm至0.1μm的范围内。铜仅起到保护镍层免于氧化和渗析的作用。但是，铜的厚度不能太高，否则会因脆性和不安全性而导致击穿。

ENIG操作简单，无需技术指导。但是在焊接过程中可能会出现黑焊盘，从而导致可靠性问题。黑焊盘的原因在于，浸金是替代反应，镍层被金溶液部分溶解和腐蚀。然后在镍和金层之间产生金属化合物，并在该层上被污染。PCB的长时间存放会由于加热而导致金层或黑色焊盘的颜色变化。

现在，由于镍层腐蚀而产生了黑焊盘，如何减少镍腐蚀在于控制磷含量。此外，必须在浸金溶液中控制金含量，这有助于减少镍的腐蚀。另外，添加剂和一些操作参数的改变也能够帮助减少黑焊盘。

到目前为止，浸金溶液中含有氰化物。由于它是一种剧毒物质，会极大地影响环境和人们的健康，因此建议减少或根本不使用氰化物。

目前，ENIG仍然是表面成型的重要类型，并且已经开发了新的镍涂层溶液，该溶液能够有效地控制溶液的稳定性并降低镍层的脆性，从而具有更大的柔韧性。新型浸金溶液的PH值趋于中性，金含量大大降低，导致成本和腐蚀明显降低。

•ENEPIG

ENEPIG是化学镍，化学钯和浸金的简称，它的完全目标是通过在镍和金层之间形成一种稳定的金属层钯来阻止镍和金层之间的金属化合物的产生。钯层完全阻止了镍的迁移和新化合物的产生，有效地避免了ENIG中出现的黑焊盘。

ENEPIG作为一种表面成型剂，融合了其他类型表面成型剂的优点，例如可焊性，可焊性，光滑度，抗氧化性，耐热性和长期可靠性，因此被业界视为“多功能”表面成型剂。

在将ENEPIG用作表面成型的过程中，将钯添加到原始的镍镀浸金中，要求在原始生产线中使用钯镀槽。结果，可以节省成本。从金属材料的成本的角度来看，金层厚度的减小导致镍/钯/金涂层的成本低于镍/金涂层的成本。

从ENIG到ENEPIG表面成型的提高对确保组件组装后的可靠性很有帮助。通过对ENEPIG中钯层的分析，可以证明钯层由纯钯和硬度不同的钯磷合金组成。因此，应根据接线键合或电镀的要求选择不同的钯层。此外，钯的厚度应该是正确的，因为存在微量钯会增加铜锡生产的厚度，而过多的钯会增强钯锡合金的脆性，从而降低焊接强度。

•镍/金镀层

作为PCB的传统技术，镍/金镀层主要用于PCB侧面或开关触点侧面的插头的表面镍/金镀层，在提高耐磨性和导电性方面发挥作用，或者应用于镍/金镀层。电路和焊盘的表面，起到保护铜层和提高电镀或接线连接可靠性的作用。

镍/金镀层的优势在控制和质量保证方面显示出简单性。但是，最主要的缺点是必须依靠技术引线来确保端子和镍/金之间的某些镀层连接。添加和消除技术引线会增加工作量，因此不适合用于高密度PCB.因此，这种类型的表面成型越来越少地得到应用。

•ImAg和ImSn

ImAg（浸银）和ImSn（浸锡）都是传统技术。在开发之初，由于稳定性和可靠性差，它们很少得到应用。目前，随着ImAg和ImSn的进步和改进，两种表面成型都保持在PCB上。换句话说，这两种技术都在通过自身的属性不断改进。

a.ImAg

银是良好的导体，具有出色的导电性，并且银的表面光滑可焊，有利于信号传输的完整性。但是，银对环境非常敏感，以至于它会通过化学反应变成黄色，并且当氧化层变成黑色时，无疑会影响可焊性。为了避免这种情况，一方面，应该改善存储环境并减少存储时间。另一方面，在银层中应该包含微量的有机物，以便停止氧化。

以下是ImAg表面成型的属性：

1）优良的可焊性，较高的润湿能力，能够满足多次回流的要求；

2）适用于接线键合和压力接触技术；

3）涂层均匀，表面成型高，适合空间狭窄的装配；

4）优良的导电性能和可靠的粘接；

5）工作温度低，适用于薄板；

6）成本相对较低；

b.ImSn

作为焊料的主要元素，锡涂层具有光滑的表面和出色的可焊性。ImSn的最主要缺点在于，由于铜和锡之间的迁移而导致锡晶须的产生，从而影响了PCB的可靠性并阻碍了其发展。但是，随着锡技术的成熟，已经开发了特殊的添加剂来阻止锡晶须的生产。

在制造过程中，锡表面趋于变黑，因为锡表面易于被氧化，因此浸锡后水清洗的高酸度会导致黑色锡表面发生氧化。而且，由于氧化，在传动辊上的酸性溶液的污染物也趋于变黑。锡的厚度与温度密切相关，而不是锡的浓度，酸度，硫脲的浓度和添加剂。

以下是ImSn表面成型的属性：1）。涂层的共面性极佳；2）。涂层厚度分布均匀；3）。无铅4）。能够进行多次焊接；5）。工作温度低；6）。成本相对较低；

•新型表面成型

随着PCB向高密度和高性能发展，目前的某些表面成型无法满足所有要求。以精细空间电路图为例。当相邻两个焊盘之间的间距为25μm且使用常规ENIG或ENEPIG时，间距将减小至约15μm。当减小率达到40％时，电路精度和绝缘性将受到影响。可以在下图中显示。

此外，镍具有差的电导率，约为铜的三分之一，而镍具有铁磁性，显然会导致信号损耗增加。但是，OSP，ImAg和ImSn对信号丢失没有明显影响。

根据ENIG和ENEPIG出现的问题，以下是一些解决方案。

a.EPIG或EPAG

由于镍层对精细电路和高频信号的不良影响以及镍的完全不足，因此采用薄的ENEPIG作为ENIG和ENEPIG缺点的解决方案。化学钯/金镀层可替代ENIG和ENEPIG。没有镍的参与，表面成型会变得很薄，以至于不会在电路上产生变形。此外，高速信号传输损耗也降低了。

ENIG的一种变型是EPIG（无电镀钯/浸金），其钯层的厚度为0.1μm，铜层的厚度为0.1μm。通过实验和测试，得出EPIG具有良好的可靠性和可扩展性。

另一个变型是EPAG（无电钯/自催化金），钯层的厚度为0.15μm，铜层的厚度为0.1μm，适用于金线和铜线的接线。EPAG的优点包括更好的高频特性，由于涂层薄而适用于精细空间电路，可靠的焊接或接线键合，并减少了工艺和成本。

b.化学镍ImAg（Ni / Ag）

尽管ImAg成本低廉且可焊性极佳，但由于其抗腐蚀能力差而易于氧化。结果，通过引入Ni / Ag已经取得了一些改进。镍具有良好的导电性和可焊性，而镍具有抗腐蚀能力。

使用与ENIG和ImAg类似的技术，从实际角度开发了Ni / Ag。Ni / Ag的特征是钯的厚度在2μm至6μm的范围内，银的厚度在0.1μm的范围内。

c.HASLEN

HASLEN是HASL和化学镍之间的组合。通常，镍在暴露于空气中时由于氧化而难以润湿和镀覆，因此基于DES开发了液态助焊剂。与HASL相比，HASLEN的优势包括：由于更高的抗氧化可靠性，使用寿命几乎不受限制；由于具有较高的耐高温性，因此可靠性更高；避免黑焊盘；低成本。

d.SENIG / OSP

电子封装引起了对PCB表面成型的许多要求。电子装配的小型化和无铅化趋势对表面成型提出了更高的要求，这就是为什么出现SENIG / OSP的原因。这种类型的技术很复杂，因为在形成PCB图案和阻焊剂图案之后，要进行成像以保护OSP的铜表面并露出ENIG的铜表面，然后去除光敏电阻层以完成OSP。这些技术的关键在于化学镀镍层的耐腐蚀性。

不同类型表面成型的比较

下表总结了不同类型的表面成型之间的比较。注意：从a到d的字符表示从优到坏的等级；L表示低，H表示高，M表示中，MH表示中高，ML表示中低。

哪种类型的表面成型最适合PCB？最佳的表面成型并不存在，您只需要选择最合适的类型即可。应根据PCB的性能和成本要求选择表面成型。

编辑：黄飞