PCB廠常見(jiàn)的PCB表面處理工藝有噴錫，OSP，沉金，沉銀，沉錫，……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）

OSP的保護(hù)機(jī)理

故名思意，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。目前廣泛使用的兩種OSP都屬于含氮有機(jī)化合物，即連三氮茚（Benzotriazoles）和咪唑有機(jī)結(jié)晶堿（Imidazoles）。它們都能夠很好的附著在裸銅表面，而且都很專(zhuān)一―――只情有獨(dú)鐘于銅，而不會(huì)吸附在絕緣涂層上，比如阻焊膜。 連三氮茚會(huì)在銅表面形成一層分子薄膜，在組裝過(guò)程中，當(dāng)達(dá)到一定的溫度時(shí)，這層薄膜將被熔掉，尤其是在回流焊過(guò)程中，OSP比較容易揮發(fā)掉。咪唑有機(jī)結(jié)晶堿在銅表面形成的保護(hù)薄膜比連三氮茚更厚，在組裝過(guò)程中可以承受更多的熱量周期的沖擊。

OSP涂附工藝

OSP涂附過(guò)程

清洗: 在OSP之前，首先要做的準(zhǔn)備工作就是把銅表面清洗干凈。其目的主要是去除銅表面的有機(jī)或無(wú)機(jī)殘留物，確保蝕刻均勻。

微蝕刻（Microetch）：通過(guò)腐蝕銅表面，新鮮明亮的銅便露出來(lái)了，這樣有助于與OSP的結(jié)合?？梢越柚m當(dāng)?shù)母g劑進(jìn)行蝕刻，如過(guò)硫化鈉（sodium persulphate），過(guò)氧化硫酸（peroxide/sulfuric acid）等。Conditioner：可選步驟，根據(jù)不同的情況或要求來(lái)決定要不要進(jìn)行這些處理。

OSP：然后涂OSP溶液，具體溫度和時(shí)間根據(jù)具體的設(shè)備、溶液的特性和要求而定。

清洗殘留物：完成上面的每一步化學(xué)處理以后，都必須清洗掉多余的化學(xué)殘留物或其他無(wú)用成分。一般清洗一到兩次足夷。物極必反，過(guò)分的清洗反倒會(huì)引起產(chǎn)品氧化或失去光澤等，這是我們不希望看到的。整個(gè)處理過(guò)程必須嚴(yán)格按照工藝規(guī)定操作，比如嚴(yán)格控制時(shí)間、溫度和周轉(zhuǎn)過(guò)程等。

OSP的應(yīng)用，

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。

隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，OSP已經(jīng)歷經(jīng)了幾代改良，其耐熱性和存儲(chǔ)壽命、與Flux的兼容性已經(jīng)大大提高了。

3、化鎳浸金(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。

ENIG處理工藝

ENIG(Electroless nickel/immersion gold)工藝過(guò)程

清洗:清洗的目的與OSP工藝一樣，清楚銅表面的有機(jī)或無(wú)機(jī)殘留物，為蝕刻和催化做好準(zhǔn)備。

蝕刻（Microetch）：同OSP工藝……

催化劑：這一步的作用是在銅表面沉積一層催化劑薄膜，從而降低銅的活性能量，這樣Ni就比較容易沉積在銅表面。鈀、釕都是可以使用的催化劑。

化學(xué)鍍鎳：這里就不詳細(xì)介紹其具體過(guò)程了。鎳沉積含有6～11％的磷，根據(jù)實(shí)際的具體用途，鎳可能用作焊接表面，也可能作為接觸表面，但不論怎樣，必須確保鎳有足夠的厚度，以達(dá)到保護(hù)銅的作用。

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。

清洗殘留物：完成上面的每一步化學(xué)處理以后，都必須清洗掉多余的化學(xué)殘留物或其他無(wú)用成分。一般清洗一到兩次足夷。物極必反，過(guò)分的清洗反倒會(huì)引起產(chǎn)品氧化或失去光澤等，這是我們不希望看到的。

ENIG的應(yīng)用

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。

4、沉銀(Immersion silver)

浸銀的工作原理

通過(guò)浸銀工藝處理，薄（5～15μin，約0.1～0.4μm）而密的銀沉積提供一層有機(jī)保護(hù)膜，銅表面在銀的密封下，大大延長(zhǎng)了壽命。浸銀的表面很平，而且可焊性很好。

浸銀的工作步驟

其他步驟這里不再贅述，預(yù)浸的目的主要是防止污染物的引入。浸銀過(guò)程也是一個(gè)在銅表面銀替換銅的置換反映過(guò)程。銀沉積層同時(shí)含有有機(jī)添加劑和有機(jī)表面活性劑，有機(jī)添加劑用來(lái)確保浸銀平整，而有機(jī)表面活性劑則可以保護(hù)PCB在儲(chǔ)藏過(guò)程中銀吸收潮氣。

浸銀的應(yīng)用

浸銀焊接面可焊性很好，在焊接過(guò)程中銀會(huì)融解到熔化的錫膏里，和HASL和OSP一樣在焊接表面形成Cu/Sn金屬間化合物。浸銀表面共面性很好，同時(shí)不像OSP那樣存在導(dǎo)電方面的障礙，但是在作為接觸表面（如按鍵面）時(shí)，其強(qiáng)度沒(méi)有金好。

浸銀的局限性

浸銀的一個(gè)讓人無(wú)法忽略的問(wèn)題是銀的電子遷移問(wèn)題。當(dāng)暴露在潮濕的環(huán)境下時(shí)，銀會(huì)在電壓的作用下產(chǎn)生電子遷移。通過(guò)向銀內(nèi)添加有機(jī)成分可以降低電子遷移的發(fā)生。

5、沉錫(Immersion Tin)

浸錫原理

由于兩個(gè)原因才采用了浸錫工藝：其一是浸錫表面很平，共面性很好；其二是浸錫無(wú)鉛。但是在浸錫過(guò)程中容易產(chǎn)生Cu/Sn金屬間化合物，Cu/Sn金屬間化合物可焊性很差。如果采用浸錫工藝，必須克服兩障礙：顆粒大小和Cu/Sn金屬間化合物的產(chǎn)生。浸錫顆粒必須足夠小，而且要無(wú)孔。錫的沉積厚度不低于40μin（1.0μm）是比較合理的，這樣才能提供一個(gè)純錫表面，以滿(mǎn)足可焊性要求。

浸錫的工藝步驟預(yù)浸銀基本相似，這里不再贅述。

浸錫的應(yīng)用和局限性

浸錫的最大弱點(diǎn)是壽命短，尤其是存放于高溫高濕的環(huán)境下時(shí)，Cu/Sn金屬間化合物會(huì)不斷增長(zhǎng)，直到失去可焊性。

結(jié)論，每種表面處理工藝各有起獨(dú)到之處，應(yīng)用范圍也不大相同?？蛻?hù)會(huì)根據(jù)不同板子的應(yīng)用進(jìn)行不同的表面處理要求，在制作工藝的限制下， 我們有時(shí)會(huì)根據(jù)板子的特性也會(huì)對(duì)客戶(hù)進(jìn)行建議，主要是根據(jù)客戶(hù)產(chǎn)品應(yīng)用和公司的制程能力對(duì)表面處理有一個(gè)合理的選擇。