7 种常用 PCB 表面处理方案指南

什么是PCB表面处理？

PCB表面处理是指印刷电路板裸铜与元器件可焊区域之间的金属互连。电路板的基铜表面如果没有保护涂层，容易氧化，因此需要保持表面清洁。

PCB表面处理是PCB制造和组装工艺中至关重要的一步，主要有两个作用：保护裸露的铜电路，并为元器件提供可焊接的表面。表面处理位于PCB的最外层，位于铜层之上，相当于给铜层覆上一层“保护层”。

PCB表面处理的类型

热风焊料整平 (HASL)
镀锡（浸锡）
化学镀镍沉金 (ENIG)
有机可焊性防腐剂 (OSP)
浸银（ImAg）
化学镀镍化学镀钯浸金 (ENEPIG)
硬金（电解硬金）

PCB表面处理工艺

热风焊料整平 (HASL)

HASL是业内最常用的表面处理方法之一。它有两种类型：含铅锡和无铅锡。HASL也是最便宜的PCB表面处理类型之一。

为了获得光滑的 HASL 表面，需要将电路板浸入熔融的焊料（锡/铅）中，覆盖电路板上所有裸露的铜表面。离开熔融焊料后，用风刀将高压热风吹过电路板表面，使焊料沉积物变得光滑，并去除电路板表面多余的焊料。

此过程中需要控制的重要参数包括焊接温度、气刀温度、气刀压力、浸入时间、剥离速度等。

HASL的优点：

• 供应充足
• 可返工
• 极佳的保质期
• 出色的可焊性
• 便宜/低成本
• 允许更大的处理窗口
• 更长的储存时间
• PCB完成后，焊盘完全覆盖锡，然后进行焊接
• 适用于无铅焊接
• 成熟的表面处理选择
• 允许进行目视检查和电气测量

HASL的缺点：

• 凹凸不平的表面
• 不适合细间距
• 含铅（HASL）
• 热冲击
• 焊锡桥接
• PTH（镀通孔）堵塞或减少
• 大垫和小垫之间的厚度/外观差异
• 不适用于小于 2000 百万分之一英寸的 SMD 和 BGA
• 不适用于HDI产品
• 不适合引线键合

镀锡（浸锡）

浸锡 (ImSn) 是一种通过化学置换反应直接沉积在电路板基底金属（即铜）上的金属涂层。浸锡可在预期保质期内保护底层铜免受氧化。由于所有焊料均以锡为基础，因此锡层可以与任何类型的焊料匹配。

通过在浸锡溶液中添加有机添加剂，使锡层结构呈颗粒状，克服了锡须和锡迁移的问题，同时还具有良好的热稳定性和可焊性。浸锡工艺可以形成平整的铜锡金属间化合物，使其具有良好的可焊性，不存在平整度和金属间化合物扩散的问题。

镀锡的优点：

• 优异的平整度（适合SMT），适合细间距/BGA/小型元件
• 中等成本的无铅表面处理技术
• 合适的压制清洁度
• 多次热偏移后仍保持良好的可焊性
• 适用于水平生产线
• 适用于精细几何加工、无铅装配

镀锡的缺点：

• 对处理敏感
• 保质期短，6个月后出现锡须
• 腐蚀阻焊层
• 不建议与可剥离面膜一起使用
• 不适合触摸开关
• 电气测试需要特殊设置（软探针着陆）

化学镀镍沉金 (ENIG)

ENIG（化学镀镍浸金）表面处理一直是细间距（平坦）表面和无铅的最佳选择。
化镍金 (ENIG) 工艺分为两步：首先在铜层上覆盖一层薄薄的镍，然后再覆盖一层薄薄的金。镍起到阻挡铜的作用，也是元件实际焊接的表面；而金则在镍的储存过程中起到保护作用。

化学镀镍沉金 (ENIG)

Ni内层厚度一般为3-6μm，Au外层厚度一般为0.05-0.1μm。

Ni 在焊料和铜之间形成阻挡层。

Au 的作用是防止 Ni 在储存过程中氧化，从而延长保质期，但镀金工艺也能产生出色的表面平整度。

ENIG的工艺流程如下：清洗->蚀刻->催化剂->化学镀镍->镀金->残留物清洗

虽然这种涂层工艺具有较长的保质期，并且有利于电镀通孔，但它是一种复杂且昂贵的工艺，不可返工，并且已知会导致信号射频电路的损失。

ENIG的优点：

平坦的表面
无铅
适用于PTH（镀通孔）
保质期长

ENIG的缺点：

昂贵
不可返工
黑垫/黑镍
外星人造成的损害
信号丢失（射频）
复杂的过程

有机可焊性防腐剂 (OSP)

OSP（有机可焊性防腐剂）或防腐剂通常使用传送带工艺应用于暴露的铜，通过一层非常薄的材料保护铜表面免受氧化。

这层膜必须具备抗氧化、耐热冲击、耐潮湿等性能，以保护铜表面在正常条件下不生锈（氧化或硫化等）。

然而，在随后的高温焊接过程中，这层保护膜必须能够被助焊剂轻松快速地去除，以使干净的铜表面能够立即与熔融的焊料结合，在很短的时间内形成牢固的接头。

换句话说，OSP 充当了铜和空气之间的屏障。

OSP的一般工艺流程为：除油->微蚀->酸洗->纯水漂洗->有机涂覆->清洗。

OSP的优点：

• 平坦的表面
• 工艺简单，表面非常光滑，适合无铅焊接和SMT
• 可返工，适用于水平生产线
• 经济高效
• 环保

OSP的缺点：

• 无法测量厚度
• 不适用于 PTH（镀通孔）
• 保质期短
• 可能导致ICT问题
• 最终组装时露出的铜
• 敏感处理
• 焊接（返工）不得超过两次
• 不适用于压接技术和线装订
• 不方便进行视觉和电气测试

浸银（ImAg）

浸银工艺是将铜质PCB板浸入银离子槽中，采用非电解化学表面处理技术。它是EMI屏蔽电路板的理想选择，也用于通信设备。

该方法特别适用于微波频率和传输线的电路。

银浸工艺可提供平整、可焊接的表面以及优异的电气性能。银浸工艺适用于各种电路板，包括刚性电路板和柔性电路板。

沉银的一般流程为：除油->微蚀->沉银->漂洗。

沉银的优点：

• 适用于细间距
• 适用于水平生产线
• 适合无铅组装，可焊性好，适合SMT
• 平坦度
• 保质期长，适用于双面板、线装订，适用于ICT
• 擅长保持高频电路中的信号质量

浸银的缺点：

• 保质期短，难以储存（黑点，需要真空包装）
• 化学品处置
• 储存期间的氧化
• 对处理敏感
• Ag3Sn形成
• 昂贵
• 不适用于触摸开关和可剥离掩模
• 不适合金线键合
• ICT 测试可能会导致故障
• 过程控制困难

化学镀镍化学镀钯浸金 (ENEPIG)

ENEPIG 是一种复杂的工艺，涉及三层：镍、钯和金，具有出色的导电性和保护性。

ENEPIG的加工流程为：清洗->蚀刻->催化剂->化学镀镍->钯->镀金->残留物清洗

ENEPIG 是最适合高可靠性和高速产品的表面处理，其平整度、高铜电阻和良好的防腐蚀性能尤为重要。

ENEPIG的优点：

非常适合引线键合
适合细间距和小部件
适用于金线键合
对 PTH 有好处
适用于压接技术和引线键合
适用于ICT和电气测试
保质期长
无铅

ENEPIG的缺点：

成本高
不适用于触摸开关
ICT 测试可能会导致故障
需要稳定的生产环境
不适合波峰焊

硬金（电解硬金）

硬金是PCB表面处理的一种，它使用一层与少量其他金属合金化的金来提高其耐用性。该工艺包括在PCB表面电镀一层金，然后再镀一层电解镍，以增加其硬度和耐磨性。

硬金通常用于需要反复插拔 PCB 的应用，例如连接器和开关。硬金涂层有助于防止金层随时间磨损，确保可靠的电气连接。

硬金的优点：

优异的耐用性和耐磨性
适用于需要反复插入和移除的应用
适用于高可靠性应用
适用于ICT和电气测试
适用于压接技术和引线键合
适合细间距和小部件

硬金的缺点：

成本高
不适合波峰焊
不适用于触摸开关
有限的厚度范围

如何选择PCB表面处理？

PCB表面处理工艺的选择是PCB制造过程中最关键的步骤之一，因为它直接影响工艺良率、返工量、现场故障率、可测试性、废品率和成本。为了确保最终产品的高质量和高性能，在选择表面光滑度时必须考虑所有与组装相关的因素。

在比较多种表面处理方案的成本、保质期、平整度和组装需求时，请参考本文。如果主要考虑的是热浸镀层 (HASL) 和电子镀镍层 (ENIG)，请阅读“HASL 与 ENIG 对比”；有关生产能力和报价说明，请参阅“PCB 表面处理选择”。

PCB表面处理

焊盘平整度：如前所述，某些表面处理会导致表面不平整，从而影响性能、可焊性和其他因素。如果平整度是关键因素，请考虑采用薄而均匀的表面处理层。在这种情况下，合适的选项包括ENIG、ENEPIG和OSP。

可焊性和润湿性

可焊性始终是使用PCB时的关键因素。某些表面处理工艺，例如OSP和ENEPIG，已被证明会影响可焊性，而其他工艺，例如HASL，则更为合适。

金线或铝线键合

如果您的 PCB 需要金线或铝线键合，您可能只能选择ENIG和ENEPIG。

储存条件

如前所述，某些表面处理（例如OSP）会使PCB在加工过程中变脆，而另一些表面处理则会增强PCB的耐用性。应提前考虑PCB的存储和处理要求，并且只有在满足存储和处理要求且不会带来风险的情况下，才应使用会使PCB变脆的表面处理。

焊接周期

PCB 需要焊接和返工多少次？许多表面处理工艺都非常适合返工。然而，浸锡等其他方法并不适合返工。

PCB表面处理-符合RoHS标准

RoHS合规性对于确定所使用的表面处理工艺至关重要。通常，所有含铅的表面处理工艺均不符合RoHS标准，应避免使用。

根据您的 PCB 产品的具体要求和特性，您可以使用此表来选择完美的表面处理选项。

结语

为了满足各种功能需求，必须选择最佳的表面光洁度类型。每种表面处理方式都有其自身的优缺点。一些工程技术可以解决表面光洁度不足带来的问题。例如，针对OSP（有机硅薄膜）润湿力低的问题，可以通过改变电路板的电镀层或波峰焊合金、增加顶面预热等方式来解决。关键在于综合考虑所有可能的影响因素，以达到预期的性能。