技术
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什么是PCB表面处理？
PCB表面处理是指印刷电路板（PCB）可焊接区域中裸露铜箔与元件之间的金属互连处理。PCB的铜基板如果没有保护涂层很容易氧化，因此需要进行表面处理。
PCB表面处理是PCB制造和组装过程中最关键的步骤之一，其主要功能有两个：一是保护裸露的铜电路，二是为元件提供可焊接的表面。如下图所示，表面处理层位于PCB的外层，即铜层之上，起到保护铜的“涂层”作用。
PCB表面处理的类型
- 热风焊料整平 (HASL)
- 浸锡（ImSn）
- 化学镀镍沉金 (ENIG)
- 有机可焊性防腐剂 (OSP)
- 浸银（ImAg）
- 化学镀镍化学镀钯浸金 (ENEPIG)
- 硬金（电解硬金）
PCB表面处理工艺
热风焊料整平 (HASL)
热风整平（HASL）是业内最常用的表面处理方法之一。HASL分为含铅焊料和无铅焊料两种类型，也是目前最经济的PCB表面处理方法之一。
为了形成HASL表面处理工艺，将电路板浸入熔融焊料（锡铅合金）中，焊料会覆盖电路板上所有裸露的铜表面。浸出熔融焊料后，使用气刀将高压热风吹过表面，使焊料沉积层平整，并去除PCB表面的多余焊料。
在此过程中必须控制几个关键参数：焊接温度、气刀温度、气刀压力、浸入时间和提升速度。
PCB热风整平的关键点包括：
- 将PCB板浸入熔融焊料中。
- 气刀会在液态焊料凝固前将其吹走。
- 气刀可最大限度地减少铜表面上的焊锡弯月面，防止焊锡桥接。
由于表面粗糙度问题，HASL 在 SMT（表面贴装技术）应用中存在局限性，不能用于触觉开关。
如果印刷电路板暴露在高温下，铜可能会溶解，尤其是在较厚或较薄的电路板上，这会使焊接变得困难。
热风整平（HASL）的优点和缺点
优点：
- 供应充足
- 可返工
- 极佳的保质期
- 出色的可焊性
- 经济高效
- 允许更大的处理窗口
- 更长的储存时间
- 焊接前，焊盘表面已完全被焊锡覆盖。
- 适用于无铅焊接
- 一种成熟的表面处理方案
- 可进行目视检查和电气测量
缺点：
- 凹凸不平的表面
- 不适合细间距
- 铅（HASL）
- 热冲击
- 焊锡桥接
- 减少PTH（镀通孔）
- 大尺寸和小尺寸垫片的厚度/形态差异
- 不适用于间距小于20密耳的SMD和BGA封装。
- 不适用于HDI产品
- 不适合引线键合
浸锡（ImSn）
浸锡（ImSn）是一种通过化学置换反应沉积的金属涂层，直接涂覆在电路板的基材金属（即铜）上。
ImSn 能在预期的保质期内保护底层铜免受氧化。由于所有焊料都是锡基的，因此锡层可以与任何类型的焊料相匹配。
在浸锡溶液中添加有机添加剂，可在锡层中形成颗粒状结构，克服锡须和锡迁移等问题，同时保持良好的热稳定性和可焊性。
浸锡工艺可以形成平整的铜锡金属间化合物，提供良好的可焊性，而不会出现与平整度或金属间化合物扩散相关的问题。
浸锡（ImSn）的优点和缺点
优点：
- 具有极佳的平整度（适用于SMT），适用于细间距/BGA/小型元件。
- 一种中等成本的无铅表面处理技术。
- 达到合适的平整度。
- 多次热循环后仍保持良好的可焊性。
- 适用于水平生产线。
- 适用于精细几何加工和无铅装配。
缺点：
- 对加工过程敏感。
- 保质期短；6个月后可能会出现锡须。
- 对焊锡掩膜有腐蚀性。
- 不建议与可拆卸式口罩一起使用。
- 不适用于触觉开关。
- 电气测试需要特殊的装置（软探针着陆）。
化学镀镍沉金 (ENIG)
ENIG（化学镀镍浸金）表面处理传统上被认为是细间距（平面）表面和无铅应用的最佳选择。
ENIG工艺分为两步，先镀一层薄薄的镍，再镀一层薄薄的金。镍层起到隔离铜和焊料表面的作用，而金层则保护镍在储存过程中免受氧化。
镍的典型厚度约为 3-6 μm，金的沉积厚度约为 0.05-0.1 μm。
镍在焊料和铜之间起到阻隔层的作用。
金可以防止镍在储存过程中氧化，从而延长保质期，同时镀金工艺还能产生优异的表面平整度。
ENIG 处理工艺如下：清洗 → 蚀刻 → 催化 → 化学镀镍 → 镀金 → 清除残留物。
虽然这种涂层工艺的保存期限长，并且有利于镀通孔，但它是一个复杂且昂贵的工艺，无法返工，并且已知会导致射频信号电路的损耗。
化学镀镍浸金（ENIG）的优点和缺点
优点：
- 平坦的表面
- 无铅
- 适用于PTH（镀通孔）
- 保质期长
缺点：
- 昂贵
- 不可返工
- 黑色垫/黑色镍问题
- 射频信号损耗
- 复杂的过程
有机可焊性防腐剂 (OSP)
OSP（有机可焊性保护剂）或防腐剂通常是指使用传送带工艺在裸露的铜上涂覆一层非常薄的保护材料，以保护铜表面免受氧化。
该薄膜必须具备抗氧化、耐热冲击和防潮等特性，以防止在正常环境条件下生锈（氧化或硫化等）。
然而，在随后的高温焊接过程中，必须用助焊剂轻松去除这层保护膜，使干净的裸露铜表面能够立即与熔融焊料结合，在很短的时间内形成牢固的焊点。
换句话说，OSP 的作用是作为铜和空气之间的屏障。
OSP 的一般工艺流程为：脱脂→微蚀刻→酸洗→纯水洗→有机涂层→清洗。
OSP采用水性有机化合物，可选择性地与铜结合，形成一层有机金属保护层，在焊接前保护铜表面。与其他常见的无铅涂层相比，OSP也更加环保，因为后者毒性更大或能耗更高。
有机可焊性保护剂（OSP）的优点和缺点
优点：
- 平坦的表面
- 工艺简单，表面非常光滑，采用无铅焊接和SMT技术。
- 可返工，适用于水平生产线
- 经济高效
- 环保
缺点：
- 无法测量厚度
- 不适用于PTH（镀通孔）
- 保质期短
- 可能导致电路内测试 (ICT) 问题
- 最终组装过程中裸露的铜
- 对加工敏感
- 焊接（返工）不得超过两次
- 不适用于压接和导线键合技术。
- 不便于目视和电学测量
- SMT工艺需要注入氮氧化物。
浸银（ImAg）
浸银是一种非电解化学表面处理工艺，通过将铜基PCB浸入银离子溶液中来实现。它非常适用于具有电磁干扰屏蔽功能的电路板，也可用于圆顶触点和引线键合。银层的平均表面厚度为5-18微英寸。
考虑到RoHS和WEEE等现代环境问题，浸银工艺比HASL和ENIG更环保。此外，由于其成本低于ENIG，因此也更受欢迎。
即使是经过浸银处理的 PCB，在暴露于高温、高湿和受污染的环境中，也能提供良好的电气性能和良好的可焊性，尽管它们可能会失去光泽。
浸银法是一种置换反应，它将一层纯银直接沉积在铜上。
有时，浸银工艺会与有机磷涂层结合使用，以防止银与环境中的硫化物发生反应。
常见应用场景包括扁平化需求，可能包括：
- 薄膜开关
- EMI屏蔽
- 铝线键合
- 极细微的痕迹
浸银（ImAg）的优点和缺点
优点：
- 良好的可焊性。
- 表面平整度良好。
- 成本低廉且不含铅（符合RoHS标准）。
- 适用于铝线接合。
缺点：
- 存储需求量大。
- 容易受到污染。
- 从包装中取出后，组装时间很短。
- 难以进行电气测试。
化学镀镍化学镀钯浸金 (ENEPIG)
ENEPIG表面处理采用铜-镍-钯-金层结构，可直接将导线键合到涂层上。最外层的金层非常薄，与ENIG类似。金层起到保护作用，而钯层则防止镍层氧化，从而提高可焊性。
ENEPIG 的主要优点是它既适用于表面贴装，也适用于引线键合应用。
化学镀镍、化学镀钯、浸金（ENEPIG）的优缺点
优点：
- 良好的焊接性能。
- 防止镍层氧化。
- 适用于表面贴装和引线键合应用。
缺点：
- 比传统饰面更昂贵。
- 更复杂的处理过程。
硬金（电解硬金）
硬金是一种电解镀金工艺，其镀层厚度（约2-6微米）比其他表面处理工艺的镀层更厚。该镀层以镍为基底，因此成本较高。
硬金镀层具有优异的耐磨性，适用于对物理和机械性能要求较高的应用。它主要用于连接器、开关触点和其他高可靠性应用，但不适用于PCB焊接。
