我们完成PCB设计后,送PCB厂进行PCB原型制作或量产,会附上一份PCB工艺文件,一份是说明PCB表面处理,不同的PCB表面处理,它们的成本,以及应用情况不同了。
首先,为什么我们需要对PCB表面进行特殊处理?
铜在空气中很容易被氧化,氧化的铜层对PCB焊接影响很大。 所以很容易形成虚焊不良,造成元器件不能很好的焊接。 因此,我们在PCB生产中会有一道工序(pcb表面光洁度)来精确处理这些可能出现的问题。 焊盘上涂有特殊材料(电镀),以防止焊盘氧化。
PCB 表面处理有带铅/无铅的 HASL、OSP、浸金 (ENIG)、浸锡、浸银、化学镀镍、化学镀钯金 (ENEPIG)、硬金等。 当然,也会有一些针对特殊应用场合的特殊PCB表面处理。
不同PCB表面处理的优缺点
1.裸铜PCB
铜表面处理优点:
- 更低的花费
- 平坦的表面
- 优良的可焊性(在没有氧化的情况下)。
铜表面光洁度缺点:
- 敏感,易受酸和湿气影响
- 保质期短,开封后需要在2小时内焊接,因为铜暴露在空气中容易氧化。
- 不能用于双面PCB,因为第一面回流后第二面会被氧化。
- 如果有测试点,一定要在测试焊盘上加锡膏,防止氧化,否则后面跟探针接触不好。
2. HASL / Lead Free HASL(热风整平)
HASL pcb表面光洁度优势:
- 较低的价格
- 良好的焊接性能
- 可以修
- 保质期长。
HASL pcb表面光洁度缺点:
- 不适用于细间距元件和小型元件
- 不平整的表面,
- 冷热冲击
- 不适合 HDI PCB。
PCB组装过程中容易产生焊珠,容易造成细间距元器件短路。 用于双面PCB SMT工艺时,由于第二面经过高温回流焊,在重力作用下极易重新熔化产生焊珠或类似水珠滴落的球形焊球,造成表面凹凸不平,从而影响焊接。
HASL pcb表面处理技术确实在PCB表面处理技术中起着主导作用。 在过去几年中,超过四分之三的 PCB 是 HASL,但在过去十年中,该行业一直在减少 HASL 的使用。 HASL pcb 表面处理工艺脏、臭、危险,因此它一直不是人们喜欢的工艺,但它非常适用于较大的元件和较宽间距的线路。
在高密度PCB中,HASL工艺的平整度会影响后续组装; 因此,HDI板一般不采用HASL作为表面光洁度。 随着技术的发展,现在业界出现了适合更小装配间距的QFP和BGA HASL工艺,但实际应用较少。 目前,部分工厂采用OSP工艺和ENIG工艺来替代HASL工艺。
技术的发展也使得一些工厂使用了沉锡和沉银。 再加上近年来无铅化的趋势,进一步限制了HASL pcb表面处理技术的使用。 虽然已经出现了无铅HASL表面处理,但这会涉及到设备兼容性问题。
3. OSP(有机可焊性防腐剂)
OSP pcb表面光洁度优势:
- 平坦的表面
- 无铅
- 简单的过程
- Cost Effective
- 板子过期(三个月)可以修,但一般只能修一次。
OSP pcb表面光洁度缺点:
- 保质期短,
- 无法测量厚度
- 不利于 PTH(镀通孔)
- 敏感,易受酸和湿气影响。
用于二次回流焊,需要在一定时间内完成。 通常,第二次回流焊接结果会很差。 OSP是绝缘层,因此在接触探针进行电气测试之前,必须用焊膏覆盖测试焊盘以去除原来的OSP。
我们可以对低技术含量的 PCB 使用 OSP 表面处理。 它也可以用于高科技PCB,如单面电视PCB和高密度芯片封装PCB。 对于BGA,OSP应用广泛。 如果PCB没有表面连接功能要求或保质期限制,OSP工艺将是最理想的表面处理。 但是,OSP不适用于少量多样化的产品,也不适合需求预估不确定的产品。 如果公司印制电路板的库存经常超过六个月,不建议使用OSP表面处理的印制电路板。
4. ENIG(化学镀镍浸金)
Enig pcb表面处理优势:
- 不易氧化
- 保质期长
- 平坦的表面
- 无铅
- 可以修
- PTH(镀通孔)的良好导电性
- 适用于细间距元器件和小型元器件及焊盘小的元器件
- 首选配键盘PCB板
- 能够多次重复回流焊并不一定会降低其可焊性。 Enig pcb surface finish 可以作为COB(Chip On Board)的基材。
Enig pcb表面光洁度缺点
- 更昂贵
- 焊接强度差
- 使用镀镍工艺容易出现Black Pad / Black Nickel的问题。
与OSP表面处理不同,ENIG pcb表面处理主要用在有功能表面连接要求和保质期长的PCB板上。 由于HASL工艺的平坦度和OSP工艺中助焊剂的去除,ENIG得到了广泛的应用。 但由于ENIG pcb表面光洁度出现黑焊盘,减少了ENIG技术的应用。 通常,便携式电子产品(如手机),几乎都使用OSP、沉锡、沉银。 并采用ENIG形成按键区、接触区、EMI屏蔽区,称为选择性ENIG pcb表面处理技术。
5. 浸银 (IAg)
浸银pcb优点:
- 比 ENIGFlat surface 便宜
- 适用于细间距元件、小型和 BGA 元件
- 良好的可焊性
- 无铅 可修复
浸银pcb缺点:
- 对处理非常敏感
- 要求高储存条件
- 容易被污染、氧化
沉银工艺介于ENIG和化学镀镍之间,简单快捷。 即使暴露在高温和潮湿的环境中,银仍能保持良好的可焊性,但会失去光泽。 如果PCB有连接功能要求,需要降低成本,沉银是一个不错的选择。
银浸pcb具有良好的平整度和接触性,广泛应用于通信、汽车、计算机产品和高速信号设计。 由于其良好的电性能,沉银也可用于高频信号。 EMS推荐沉银工艺,因为它易于组装且具有良好的检查性能。
6. 浸锡 (ISn)
浸锡pcb表面处理优点:
- 平面 无 Pcb 可修复
- 良好的可焊性
- 适用于细间距元件、小型和 BGA 元件
浸锡pcb表面光洁度缺点:
- 组装后容易露锡
- 不适合多次回流焊
- 对处理敏感 含有致癌物质
- 对阻焊层有腐蚀作用
浸锡在焊接时不引入任何新元素,因此特别适用于通讯PCB板。 锡会在超过电路板的保质期后失去其可焊性,因此浸锡需要更好的储存条件。 此外,浸锡表面处理因含有致癌物质而限制使用。
7. 化学镀镍化学镀钯金(ENEPIG)
优点:
它可以在广泛的应用中使用。 同时,ENEPIG surface finish 可有效防止黑焊盘缺陷带来的连接可靠性问题,可替代 ENIG surface finish。
缺点:
虽然 ENEPIG 具有许多优点,但 Pd 价格昂贵且是稀缺资源。 同时,制造过程控制要求严格而复杂。
与ENIG相比,ENEPIG在Ni和Au之间多了一层Pd。 在置换 Au 的沉积反应中,化学镀 Pd 涂层保护镍层不被置换 Au 过度腐蚀。 Pd为Au浸出做好充分准备,同时防止置换反应引起的腐蚀。 Ni的沉积厚度一般为120~240μin(约3~6μm),Pd的沉积厚度为4~20μin(约0.1~0.5μm),Au的沉积厚度一般为1~4μin(约0.02~0.1μm)。
