7 种类型的 PCB 表面处理

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

裸铜PCB

铜表面处理优点:

  1. 更低的花费
  2. 平坦的表面
  3. 优良的可焊性(在没有氧化的情况下)。

铜表面光洁度缺点:

  1. 敏感,易受酸和湿气影响
  2. 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。
  3. 不能用于双面PCB,因为第一面回流后第二面会被氧化。
  4. 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 / Lead Free HASL(热风焊料整平)

HASL pcb表面光洁度优势:

  1. 较低的价格
  2. 良好的焊接性能
  3. 可以修
  4. 保质期长。

HASL pcb表面光洁度缺点:

  1. 不适用于细间距元件和小型元件
  2. 不平整的表面,
  3. 冷热冲击
  4. 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(有机可焊性防腐剂)

OSP pcb表面光洁度优势:

  1. 平坦的表面
  2. 无铅
  3. 简单的过程
  4. Cost Effective
  5. 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:

  1. 保质期短,
  2. 无法测量厚度
  3. 不利于 PTH(镀通孔)
  4. 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(化学镀镍沉金)

Enig pcb表面处理优势:

  1. 不易氧化
  2. 保质期长
  3. 平坦的表面
  4. 无铅
  5. 可以修
  6. PTH(镀通孔)的良好导电性
  7. 适用于细间距元器件和小型元器件及焊盘小的元器件
  8. 首选配键盘PCB板
  9. 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

  1. 更昂贵
  2. 焊接强度差
  3. 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)

沉银 (IAg)

浸银pcb优点:

  1. 比 ENIGFlat surface 便宜
  2. 适用于细间距元件、小型和 BGA 元件
  3. 良好的可焊性
  4. 无铅 可修复

浸银pcb缺点:

  1. 对处理非常敏感
  2. 要求高储存条件
  3. 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 (ISn)

浸锡pcb表面处理优点:

  1. 平面 无 Pcb 可修复
  2. 良好的可焊性
  3. 适用于细间距元件、小型和 BGA 元件

浸锡pcb表面光洁度缺点:

  1. 组装后容易露锡
  2. 不适合多次回流焊
  3. 对处理敏感 含有致癌物质
  4. 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)

化学镀镍化学镀钯浸金 (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)。

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