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幾種常用的PCB表面處理工藝及適用場景

行業資訊 / 2021-07-26 15:56

由于銅在空氣中極易氧化,極易形成假焊、虛焊等問題,因此 當前國內PCB板廠商在生產過程中會通過熱風平整(噴錫)、沉錫、沉銀、OSP(防氧化)、化學沉金(ENIG)、電鍍金等等工藝在焊盤表面涂鍍一層材料,以防止焊盤氧化。下邊我們來對比一下不同的PCB表面處理工藝的優缺點和適用場景。

1.熱風平整 (HASL,Hot Air Solder Levelling)
熱風整平-噴錫板
 
熱風平整又名熱風焊料整平(俗稱噴錫),它是在PCB表面涂覆熔融錫(鉛)焊料并用加熱壓縮空氣整(吹)平的工藝,使其形成一層既抗銅氧化,又可提供良好的可焊性的涂覆層。近年來由于推行無鉛化生產,噴錫工藝使用受到一定的限制。

2.有機可焊性保護劑(OSP)

有機可焊性保護劑(OSP)
 
 
OSP是印刷電路板(PCB)銅箔表面處理的符合RoHS指令要求的一種工藝。OSP是Organic Solderability Preservatives的簡稱,中譯為有機保焊膜,又稱護銅劑,英文亦稱之Preflux。簡單地說,OSP就是在潔凈的裸銅表面上,以化學的方法長出一層有機皮膜。 

這層膜具有防氧化,耐熱沖擊,耐濕性,用以保護銅表面于常態環境中不再繼續生銹(氧化或硫化等);但在后續的焊接高溫中,此種保護膜又必須很容易被助焊劑所迅速清除,如此方可使露出的干凈銅表面得以在極短的時間內與熔融焊錫立即結合 成為牢固的焊點。

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

 沉金是在銅面上包裹一層厚厚的、電性良好的鎳金合金,這可以長期保護PCB;另外它也具有其他表面處理工藝所不具備的對環境的忍耐性。此外沉金也可以阻止銅的溶解,這將有益于無鉛組裝。 

4.沉銀(ENIG,Electroless Nickel Immersion Gold)

沉銀工藝介于有機涂覆和化學鍍鎳/沉金之間,工藝比較簡單、快速;即使暴露在熱、濕和污染的環境中,銀仍然能夠保持良好的可焊性,但會失去光澤。沉銀不具備化學鍍鎳/沉金所具有的好的物理強度因為銀層下面沒有鎳。 

沉銀比沉金便宜,如果PCB有連接功能性要求和需要降低成本,沉銀是一個好的選擇;加上沉銀良好的平坦度和接觸性,那就更應該選擇沉銀工藝。在通信產品、汽車、電腦外設方面沉銀應用得很多,在高速信號設計方面沉銀也有所應用。由于沉銀具有其他表面處理所無法匹敵的良好電性能,它也可用在高頻信號中。EMS推薦使用沉銀工藝是因為它易于組裝和具有較好的可檢查性。但是由于沉銀存在諸如失去光澤、焊點空洞等缺陷使得其增長緩慢(但沒有下降)。估計目前大約有10%-15%的PCB使用沉銀工藝。


5.沉錫(ENIG,Electroless Nickel Immersion Gold)
沉錫板


在表面處理過程中引入沉錫是近十年的事,這是生產自動化需求的結果。沉錫在焊接處沒有帶入任何新元素,特別適用于通信用背板。在板子的儲存期之外錫將失去可焊性,因而沉錫需要較好的儲存條件。另外沉錫工藝中由于含有致癌物質而被限制使用。估計目前大約有5%-10%的PCB使用沉錫工藝。

6.化學鎳鈀金 

與沉金相比,化學鎳鈀金是在鎳和金之間多了一層鈀,鈀可以防止出現置換反應導致的腐蝕現象,為沉金工藝做好充分準備。而金則緊密覆蓋于鈀表面,提供良好的接觸表面。

7.電鍍硬金 

為改善產品的耐磨性,增加插拔次數而電鍍硬金。

8.全板鍍鎳合金 
 

鍍鎳金是在 PCB表面先鍍一層鎳,然后再鍍一層金,其主要目的是防止金、銅之間的擴散。目前主要有兩種電鍍鎳:軟金(純金,金表面不亮)和鍍硬金(表面光滑、堅硬、耐磨,含鈷等其它元素,金表面看起來較亮)。軟黃金主要用于晶片封裝時打金線;硬金主要用于非焊接處的電性互連。
 

總結:對比不同的PCB表面處理工藝,它們的成本不同,當然所用的場合也不同,只選對的不選貴的,目前還沒有最完美的PCB表面處理工藝能夠適合所有應用場景(這里講的是性價比,即以最低的價格就能滿足所有的PCB應用場景),所以才會有這么多的工藝來讓我們選擇,當然每一種工藝都各有千秋,存在的既是合理的,關鍵是我們要認識它們用好它們。
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