PCB表面處理工藝全解析-工程師必備

PCB（印刷電路板）表面處理是PCB制造和組裝過程中至關重要的步驟，主要功能有兩個：一是保護裸露的銅電路，二是為焊接提供良好的可焊表面。以下是PCB表面處理工藝的全解析：

常見工藝及原理

1. 熱風整平（HASL，Hot Air Solder Leveling）

   • 原理：在PCB表面涂覆熔融錫（鉛）焊料，并用加熱壓縮空氣整平，形成抗銅氧化且具有良好可焊性的涂層。
   • 優(yōu)點：成本低，焊接性能佳。
   • 缺點：焊盤不夠平整，共面性差，不適合細間距焊盤；含鉛的HASL對環(huán)境有害。
   • 分類：熱風整平分為垂直式和水平式兩種，一般認為水平式較好，主要是水平式熱風整平鍍層比較均勻，可實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

2. 有機涂覆（OSP）

   • 原理：在裸銅表面通過化學方法生成一層有機保護膜，防止銅氧化，保護PCB焊盤的可焊性。
   • 優(yōu)點：環(huán)保，不存在鉛污染問題；工藝簡單，成本低廉，業(yè)界使用廣泛；能產(chǎn)生非常光滑的表面，適合無鉛焊接和表面貼裝技術。
   • 缺點：檢查困難，OSP透明無色，難以辨別是否已處理；不導電，影響電氣測試；焊接時需要更強的助焊劑；不能長時間存放。

3. 化學鍍鎳/浸金（ENIG）

   • 原理：通過化學方法在銅表面鍍上鎳和金，鎳層形成阻隔層，金層防止鎳氧化。
   • 優(yōu)點：表面平整度好，適合用于按鍵接觸面；可焊性極佳；長期儲存能力強；抗氧化，可在PCB長期使用過程中保持良好電性能。
   • 缺點：工藝過程復雜，控制要求嚴格；易產(chǎn)生黑盤效應，影響焊點可靠性；成本較高，焊接強度較弱。

4. 化學鍍鈀

   • 原理：在鎳和金之間加入一層鈀，以防止腐蝕現(xiàn)象。
   • 優(yōu)點：可以替代ENIG，提供更好的耐腐蝕性；焊接可靠性、熱穩(wěn)定性好。
   • 缺點：鈀的價格昂貴，且是一種短缺資源；工藝控制要求同樣嚴格。

5. 浸銀

   • 原理：通過浸銀工藝處理，銀沉積提供一層保護膜。
   • 優(yōu)點：表面平整，可焊性好；工藝較簡單、快速；即使在熱、濕和污染的環(huán)境中，仍能提供很好的電性能和保持良好的可焊性。
   • 缺點：會失去光澤，不具備ENIG的物理強度；存在電子遷移問題，在潮濕環(huán)境下可能會出現(xiàn)問題。

6. 浸錫

   • 原理：采用浸錫工藝處理，提高表面平整度。
   • 優(yōu)點：表面平整度好，無鉛，具有好的熱穩(wěn)定性和可焊性；與任何類型的焊料相匹配，極具發(fā)展前景。
   • 缺點：壽命短，特別是在高溫高濕環(huán)境下；不可存儲太久，表面會形成一層氧化錫，影響焊接效果。

7. 電鍍鎳金

   • 原理：在PCB表面導體先電鍍上一層鎳之后再電鍍上一層金，鍍鎳主要是防止金和銅之間的擴散。
   • 分類：分為鍍軟金（純金，金表面看起來不亮）和鍍硬金（表面平滑堅硬，耐磨，含有鈷等其它元素，表面看起來較光亮）。
   • 應用：軟金主要用于芯片封裝時打金線；硬金主要用在非焊接處的電性互連（如金手指）。
   • 缺點：正常情況下，焊接會導致電鍍金變脆，縮短使用壽命，因而要避免在電鍍金上進行焊接（但化學鍍鎳/浸金由于金很薄且一致，變脆現(xiàn)象很少發(fā)生）。

8. LF-HASL（無鉛熱風整平）

   • 原理：使用無鉛錫合金進行表面涂層，以滿足環(huán)保要求。
   • 優(yōu)點：環(huán)保，價格適中且焊接性能良好。
   • 缺點：對于細間距的引腳和小型元器件的焊接可能存在一定的困難。

選擇因素

在選擇PCB表面處理工藝時，需綜合考慮以下因素：

1. 應用需求：根據(jù)PCB的具體應用場景和性能需求選擇合適的工藝。例如，對于需要高焊接性能的PCB，可以選擇熱風整平或浸錫工藝；對于需要長期儲存的PCB，可以選擇化學鍍鎳/浸金或有機涂覆工藝。
2. 成本：不同表面處理工藝的成本差異較大，需根據(jù)產(chǎn)品定價和市場需求進行權衡。一般來說，電鍍和化學鍍等工藝成本相對較高，而有機涂覆等簡單工藝則成本較低。
3. 環(huán)保要求：隨著全球環(huán)保意識的提高，無鉛、無鹵等環(huán)保要求逐漸成為行業(yè)標準。因此，在選擇表面處理工藝時，需要考慮其是否符合相關環(huán)保法規(guī)和客戶要求。
4. 生產(chǎn)效率和自動化程度：一些先進的表面處理工藝可以實現(xiàn)高度自動化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率并降低人工成本。在選擇時需要考慮生產(chǎn)線的實際情況和升級改造成本。

總之，PCB表面處理工藝多種多樣，每種工藝都有其獨特的優(yōu)點和局限性。在選擇時，需根據(jù)產(chǎn)品的具體應用場合和性能需求進行綜合考慮。