PCB電路板表面處理工藝簡(jiǎn)述

 

 PCB一般的表面處理有噴錫，OSP，沉金……等，這里的“表面”指的是PCB上為電子元器件或其他系統(tǒng)到PCB的電路之間提供電氣連接的連接點(diǎn)，如焊盤(pán)或接觸式連接的連接點(diǎn)。裸銅本身的可焊性很好，但是暴露在空氣中很容易氧化，而且容易受到污染。這也是PCB必須要進(jìn)行表面處理的原因。

 

1、噴錫（HASL）

    在穿孔器件占主導(dǎo)地位的場(chǎng)合，波峰焊是最好的焊接方法。采用熱風(fēng)整平（HASL， Hot-air solder leveling）表面處理技術(shù)足以滿(mǎn)足波峰焊的工藝要求，當(dāng)然對(duì)于結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度（尤其是接觸式連接）要求較高的場(chǎng)合，多采用電鍍鎳/金的方法。HASL是在世界范圍內(nèi)主要應(yīng)用的表面處理技術(shù)，但是有三個(gè)主要?jiǎng)恿ν苿?dòng)著電子工業(yè)不得不考慮HASL的替代技術(shù)：成本、新的工藝需求和無(wú)鉛化需要。

    從成本的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，許多電子元件諸如移動(dòng)通信和個(gè)人計(jì)算機(jī)正變成平民化的消費(fèi)品。以成本或更低的價(jià)格銷(xiāo)售，才能在激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中立于不敗之地。組裝技術(shù)發(fā)展到SMT以后， PCB焊盤(pán)在組裝過(guò)程中要求采用絲網(wǎng)印刷和回流焊接工藝。在SMA場(chǎng)合，PCB表面處理工藝最初依然沿用了HASL技術(shù)，但是隨著SMT器件的不斷縮小，焊盤(pán)和網(wǎng)板開(kāi)孔也在隨之變小，HASL技術(shù)的弊端逐漸暴露了出來(lái)。HASL技術(shù)處理過(guò)的焊盤(pán)不夠平整，共面性不能滿(mǎn)足細(xì)間距焊盤(pán)的工藝要求。環(huán)境的關(guān)注通常集中在潛在的鉛對(duì)環(huán)境的影響。

 

2、有機(jī)可焊性保護(hù)層（OSP）

    有機(jī)可焊性保護(hù)層（OSP, Organic solderability preservative）是一種有機(jī)涂層，用來(lái)防止銅在焊接以前氧化，也就是保護(hù)PCB焊盤(pán)的可焊性不受破壞。

    PCB 表面用OSP處理以后，在銅的表面形成一層薄薄的有機(jī)化合物，從而保護(hù)銅不會(huì)被氧化。Benzotriazoles型OSP的厚度一般為100A°，而 Imidazoles型OSP的厚度要厚一些，一般為400 A°。OSP薄膜是透明的，肉眼不容易辨別其存在性，檢測(cè)困難。在組裝過(guò)程中（回流焊），OSP很容易就熔進(jìn)到了焊膏或者酸性的Flux里面，同時(shí)露出活性較強(qiáng)的銅表面，最終在元器件和焊盤(pán)之間形成Sn/Cu金屬間化合物，因此，OSP用來(lái)處理焊接表面具有非常優(yōu)良的特性。OSP不存在鉛污染問(wèn)題，所以環(huán)保。

 

OSP的局限性:

①、由于OSP透明無(wú)色，所以檢查起來(lái)比較困難，很難辨別PCB是否涂過(guò)OSP。

②、OSP本身是絕緣的，它不導(dǎo)電。Benzotriazoles類(lèi)的OSP比較薄，可能不會(huì)影響到電氣測(cè)試，但對(duì)于Imidazoles類(lèi)OSP，形成的保護(hù)膜比較厚，會(huì)影響電氣測(cè)試。OSP更無(wú)法用來(lái)作為處理電氣接觸表面，比如按鍵的鍵盤(pán)表面。

③、OSP在焊接過(guò)程中，需要更加強(qiáng)勁的Flux，否則消除不了保護(hù)膜，從而導(dǎo)致焊接缺陷。

④、在存儲(chǔ)過(guò)程中，OSP表面不能接觸到酸性物質(zhì)，溫度不能太高，否則OSP會(huì)揮發(fā)掉。

 

3、沉金(ENIG)

ENIG的保護(hù)機(jī)理：

      通過(guò)化學(xué)方法在銅表面鍍上Ni/Au。內(nèi)層Ni的沉積厚度一般為120～240μin（約3～6μm），外層Au的沉積厚度比較薄，一般為2～4μinch （0.05～0.1μm）。Ni在焊錫和銅之間形成阻隔層。焊接時(shí)，外面的Au會(huì)迅速融解在焊錫里面，焊錫與Ni形成Ni/Sn金屬間化合物。外面鍍金是為了防止在存儲(chǔ)期間Ni氧化或者鈍化，所以金鍍層要足夠密，厚度不能太薄。

      浸金：在這個(gè)過(guò)程中，目的是沉積一層薄薄的且連續(xù)的金保護(hù)層，主要金的厚度不能太厚，否則焊點(diǎn)將變得很脆，嚴(yán)重影響焊電可靠性。與鍍鎳一樣，浸金的工作溫度很高，時(shí)間也很長(zhǎng)。在浸洗過(guò)程中，將發(fā)生置換反應(yīng)―――在鎳的表面，金置換鎳，不過(guò)當(dāng)置換到一定程度時(shí)，置換反應(yīng)會(huì)自動(dòng)停止。金強(qiáng)度很高，耐磨擦，耐高溫，不易氧化，所以可以防止鎳氧化或鈍化，并適合工作在強(qiáng)度要求高的場(chǎng)合。

ENIG處理過(guò)的PCB表面非常平整，共面性很好， 用于按鍵接觸面非他莫屬。其次，ENIG可焊性極佳，金會(huì)迅速融入熔化的焊錫里面，從而露出新鮮的Ni。

 

ENIG的局限性：

                ENIG的工藝過(guò)程比較復(fù)雜，而且如果要達(dá)到很好的效果，必須嚴(yán)格控制工藝參數(shù)。最為麻煩的是，ENIG處理www.pcblover.com過(guò)的PCB表面在ENIG或焊接過(guò)程中很容易產(chǎn)生黑盤(pán)效應(yīng)（Black pad），從而給焊點(diǎn)的可靠性帶來(lái)災(zāi)難性的影響。黑盤(pán)的產(chǎn)生機(jī)理非常復(fù)雜，它發(fā)生在Ni與金的交接面，直接表現(xiàn)為Ni過(guò)度氧化。金過(guò)多，會(huì)使焊點(diǎn)脆化，影響可靠性。