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什麼是PCB表面處理？
PCB表面處理是指印刷電路板（PCB）可焊接區域中裸露的銅與元件之間的金屬互連。 PCB 具有銅基板，如果沒有保護塗層，銅基板很容易氧化，因此需要表面處理。
PCB表面處理是PCB製造和組裝中最關鍵的步驟之一，有兩個主要功能：一是保護裸露的銅電路，二是為元件連接到PCB提供可焊接的表面。如下圖所示，表面處理位於PCB的外層，銅層的頂部，可作為銅的「塗層」。
PCB表面處理的類型
- 熱風焊錫整平 (HASL)
- 浸錫 (ImSn)
- 化學鍍鎳浸金 (ENIG)
- 有機可焊性保護劑 (OSP)
- 浸銀 (ImAg)
- 化學鍍鎳化學鍍鈀浸金 (ENEPIG)
- 硬金（電解硬金）
PCB表面處理工藝
熱風焊錫整平 (HASL)
熱風焊錫整平（HASL）是業界最常用的表面處理方法之一。 HASL分為兩種：有鉛焊料和無鉛焊料。它也是最便宜的 PCB 表面處理類型之一。
為了形成噴錫表面光潔度，電路板浸入熔化的焊料（錫/鉛）中，覆蓋電路板所有暴露的銅表面。離開熔化的焊料後，使用氣刀將高壓熱空氣吹過表面，平整焊料沉積物並去除 PCB 表面多餘的焊料。
在此過程中必須控制幾個關鍵參數：焊接溫度、氣刀溫度、氣刀壓力、浸泡時間和提升速度。
PCB熱風整平的要點是：
- PCB 應浸入熔化的焊料中。
- 氣刀在液態焊錫凝固前將其吹走。
- 氣刀最大限度地減少銅表面上的焊料彎月面並防止焊料橋接。
由於表面粗糙度問題，HASL對於SMT（表面黏著技術）應用有限制，不能用於輕觸開關。
如果 PCB 經受高溫，銅可能會溶解，尤其是厚板或薄板，這會對焊接造成挑戰。
熱風焊錫整平 (HASL) 的優點和缺點
優點：
- 供應充足
- 可返工
- 極佳的保存期限
- 出色的可焊性
- 經濟效应
- 允許更大的處理窗口
- 儲存時間更長
- 焊接前焊盤完全被焊錫覆蓋
- 適用於無鉛焊接
- 成熟的表面處理方案
- 允許目視檢查和電氣測量
缺點：
- 凹凸不平的表面
- 不適合細間距
- 含鉛 (HASL)
- 熱衝擊
- 焊錫橋接
- 減少 PTH（電鍍通孔）
- 大焊盤和小型焊盤之間的厚度/形態差異
- 不適用於間距小於 20 mil 的 SMD 和 BGA
- 不適合HDI產品
- 不適合引線鍵合
浸錫 (ImSn)
浸錫 (ImSn) 是透過化學置換反應沉積的金屬塗層，直接應用於電路板的基材金屬（即銅）。
ImSn 可保護底層銅在其預期保質期內免遭氧化。由於所有焊料都是錫基的，因此錫層可以匹配任何類型的焊料。
在錫浸液中添加有機添加劑會在錫層中形成顆粒結構，克服與錫晶須和錫遷移相關的問題，同時保持良好的熱穩定性和可焊性。
浸錫製程可以形成平坦的銅錫金屬間化合物，提供良好的可焊性，而不會出現與平坦度或金屬間化合物擴散相關的問題。
浸錫（ImSn）的優點和缺點
優點：
- 提供出色的平整度（適合SMT），適合細間距/BGA/更小的元件。
- 一種中等成本的無鉛表面處理技術。
- 達到合適的平整度。
- 在多次熱偏移後仍保持良好的可焊性。
- 適用於水平生產線。
- 適用於精細幾何形狀和無鉛組裝。
缺點：
- 對加工敏感。
- 保存期限短； 6 個月後可能會出現錫須。
- 對阻焊層有腐蝕性。
- 不建議與可拆卸面罩一起使用。
- 不適用於輕觸開關。
- 電氣測試需要特殊設定（軟探針著陸）。
化學鍍鎳浸金 (ENIG)
ENIG（化學鍍鎳浸金）表面處理傳統上被認為是細間距（平坦）表面和無鉛應用的最佳選擇。
ENIG 是一個兩步驟工藝，先塗上一層薄薄的鎳，然後塗上一層薄薄的金。鎳充當銅和焊接表面之間的屏障，而金則保護鎳在儲存過程中免遭氧化。
Ni的典型厚度約為3-6μm，Au的沉積厚度約為0.05-0.1μm。
鎳充當焊料和銅之間的阻擋層。
Au 可防止 Ni 在儲存過程中氧化，從而延長保質期，同時鍍金製程還可產生出色的表面平整度。
ENIG處理流程為：清洗→蝕刻→催化→化學鍍鎳→鍍金→殘留物清洗。
雖然這種塗層工藝具有較長的保質期並且有利於電鍍通孔，但它是一個複雜且昂貴的工藝，無法返工，並且已知會導致射頻信號電路中的損耗。
化學鍍鎳沉金 (ENIG) 的優點和缺點
優點：
- 平坦的表面
- 無鉛
- 適用於PTH（電鍍通孔）
- 保質期長
缺點：
- 昂貴
- 不可返工
- 黑墊/黑鎳問題
- 射頻訊號損失
- 複雜的過程
有機可焊性保護劑 (OSP)
OSP（有機可焊性防腐劑）或防腐劑通常涉及使用傳送帶工藝在暴露的銅上施加非常薄的材料保護層，以保護銅表面免受氧化。
該膜必須具備抗氧化、耐熱衝擊、防潮等性能，以防止在正常環境條件下生鏽（氧化或硫化等）。
然而，在隨後的高溫焊接過程中，這層保護膜必須很容易被助焊劑去除，讓乾淨的裸露銅表面立即與熔化的焊料結合，在很短的時間內形成牢固的焊點。
換句話說，OSP的作用是充當銅和空氣之間的屏障。
OSP的一般流程為：脫脂→微蝕→酸洗→純水洗→有機塗層→清洗。
OSP 使用水性有機化合物，選擇性地與銅結合，提供有機金屬層，在焊接前保護銅。與其他常見的無鉛飾面相比，它也非常環保，因為後者有毒或能源密集。
有機可焊性保護劑（OSP）的優點和缺點
優點：
- 平坦的表面
- 工藝簡單，表面非常光滑，無鉛焊接，SMT
- 可返工，適合臥式生產線
- 經濟效应
- 環保
缺點：
- 厚度無法測量
- 不適合 PTH（電鍍通孔）
- 保質期短
- 可能導致 ICT（線上測驗）問題
- 最終組裝過程中裸露的銅
- 對加工敏感
- 焊接（返工）不能超過兩次
- 不適合壓接技術和引線鍵合
- 目測、電測不方便
- SMT 需要注入氮氧化物
浸銀 (ImAg)
浸銀是一種非電解化學表面處理，將銅 PCB 浸入銀離子浴中。它非常適合具有 EMI 屏蔽的電路板，也可用於圓頂觸點和引線鍵合。銀的平均表面厚度為5-18微英吋。
考慮到RoHS和WEEE等現代環境問題，浸銀比HASL和ENIG更環保。它也很受歡迎，因為它的成本比 ENIG 低。
即使是經過沉銀處理的PCB，在暴露於高溫、潮濕和污染環境時也能提供良好的電氣性能並保持良好的可焊性，儘管它們可能會失去光澤。
浸銀是一種置換反應，直接在銅上沉積一層純銀。
有時，浸銀會與 OSP 塗層結合使用，以防止銀與環境中的硫化物反應。
常見的應用程式包括統一要求，其中可能包括：
- 薄膜開關
- 電磁干擾屏蔽
- 鋁線鍵合
- 非常細的痕跡
浸銀 (ImAg) 的優點和缺點
優點：
- 高可焊性。
- 表面平整度好。
- 低成本且無鉛（符合RoHS標準）。
- 適用於鋁線接合。
缺點：
- 存儲要求高。
- 容易受到污染。
- 從包裝中取出後組裝窗口較短。
- 難以進行電氣測試。
化學鍍鎳化學鍍鈀浸金 (ENEPIG)
ENEPIG 表面處理由銅-鎳-鈀-金層結構組成，允許直接引線鍵合到塗層上。最後一層金非常薄，與ENIG類似。金層是保護層，而鈀層可防止鎳層氧化，進而提高可焊性。
ENEPIG 的主要優點是它適用於表面安裝和引線鍵合應用。
化學鍍鎳化學鍍鈀沉金（ENEPIG）的優點和缺點
優點：
- 良好的可焊性。
- 防止鎳層氧化。
- 適用於表面貼裝和引線接合應用。
缺點：
- 比傳統飾面更昂貴。
- 加工比較複雜。
硬金（電解硬金）
硬金是一種電解鍍金工藝，可沉積比其他表面處理更厚的金層（約 2-6 μm）。使用鎳基進行電鍍，這是一種昂貴的工藝。
硬金鍍層提供優異的耐磨性，使其適合具有高物理和機械性能的應用。主要用於連接器、開關接點等高可靠性應用，但不適合PCB焊接。
