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几种常用的PCB表面处理工艺及适用场景

行业资讯 / 2021-07-26 15:56

由于铜在空气中极易氧化,极易形成假焊、虚焊等问题,因此 当前国内PCB板厂商在生产过程中会通过热风平整(喷锡)、沉锡、沉银、OSP(防氧化)、化学沉金(ENIG)、电镀金等等工艺在焊盘表面涂镀一层材料,以防止焊盘氧化。下边我们来对比一下不同的PCB表面处理工艺的优缺点和适用场景。

1.热风平整 (HASL,Hot Air Solder Levelling)
热风整平-喷锡板
 
热风平整又名热风焊料整平(俗称喷锡),它是在PCB表面涂覆熔融锡(铅)焊料并用加热压缩空气整(吹)平的工艺,使其形成一层既抗铜氧化,又可提供良好的可焊性的涂覆层。近年来由于推行无铅化生产,喷锡工艺使用受到一定的限制。

2.有机可焊性保护剂(OSP)

有机可焊性保护剂(OSP)
 
 
OSP是印刷电路板(PCB)铜箔表面处理的符合RoHS指令要求的一种工艺。OSP是Organic Solderability Preservatives的简称,中译为有机保焊膜,又称护铜剂,英文亦称之Preflux。简单地说,OSP就是在洁净的裸铜表面上,以化学的方法长出一层有机皮膜。 

这层膜具有防氧化,耐热冲击,耐湿性,用以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈(氧化或硫化等);但在后续的焊接高温中,此种保护膜又必须很容易被助焊剂所迅速清除,如此方可使露出的干净铜表面得以在极短的时间内与熔融焊锡立即结合 成为牢固的焊点。

3.沉金(ENIG,Electroless Nickel Immersion Gold)
沉金板
 

 沉金是在铜面上包裹一层厚厚的、电性良好的镍金合金,这可以长期保护PCB;另外它也具有其他表面处理工艺所不具备的对环境的忍耐性。此外沉金也可以阻止铜的溶解,这将有益于无铅组装。 

4.沉银(ENIG,Electroless Nickel Immersion Gold)

沉银工艺介于有机涂覆和化学镀镍/沉金之间,工艺比较简单、快速;即使暴露在热、湿和污染的环境中,银仍然能够保持良好的可焊性,但会失去光泽。沉银不具备化学镀镍/沉金所具有的好的物理强度因为银层下面没有镍。 

沉银比沉金便宜,如果PCB有连接功能性要求和需要降低成本,沉银是一个好的选择;加上沉银良好的平坦度和接触性,那就更应该选择沉银工艺。在通信产品、汽车、电脑外设方面沉银应用得很多,在高速信号设计方面沉银也有所应用。由于沉银具有其他表面处理所无法匹敌的良好电性能,它也可用在高频信号中。EMS推荐使用沉银工艺是因为它易于组装和具有较好的可检查性。但是由于沉银存在诸如失去光泽、焊点空洞等缺陷使得其增长缓慢(但没有下降)。估计目前大约有10%-15%的PCB使用沉银工艺。


5.沉锡(ENIG,Electroless Nickel Immersion Gold)
沉锡板


在表面处理过程中引入沉锡是近十年的事,这是生产自动化需求的结果。沉锡在焊接处没有带入任何新元素,特别适用于通信用背板。在板子的储存期之外锡将失去可焊性,因而沉锡需要较好的储存条件。另外沉锡工艺中由于含有致癌物质而被限制使用。估计目前大约有5%-10%的PCB使用沉锡工艺。

6.化学镍钯金 

与沉金相比,化学镍钯金是在镍和金之间多了一层钯,钯可以防止出现置换反应导致的腐蚀现象,为沉金工艺做好充分准备。而金则紧密覆盖于钯表面,提供良好的接触表面。

7.电镀硬金 

为改善产品的耐磨性,增加插拔次数而电镀硬金。

8.全板镀镍合金 
 

镀镍金是在 PCB表面先镀一层镍,然后再镀一层金,其主要目的是防止金、铜之间的扩散。目前主要有两种电镀镍:软金(纯金,金表面不亮)和镀硬金(表面光滑、坚硬、耐磨,含钴等其它元素,金表面看起来较亮)。软黄金主要用于晶片封装时打金线;硬金主要用于非焊接处的电性互连。
 

总结:对比不同的PCB表面处理工艺,它们的成本不同,当然所用的场合也不同,只选对的不选贵的,目前还没有最完美的PCB表面处理工艺能够适合所有应用场景(这里讲的是性价比,即以最低的价格就能满足所有的PCB应用场景),所以才会有这么多的工艺来让我们选择,当然每一种工艺都各有千秋,存在的既是合理的,关键是我们要认识它们用好它们。