PCB表面处理(lǐ)工艺种类、优缺点、厚度标准？

2021-04-21

常见的PCB表面处理(lǐ)工艺有(yǒu)：热风整平（HASL，hot air solder leveling），有(yǒu)机涂覆（OSP），化學(xué)镀镍/浸金，浸银，浸锡等

热风整平HASL，hot air solder leveling

　　热风整平又(yòu)名热风焊料整平，它是在PCB表明涂覆熔融锡铅焊料并用(yòng)加热压缩空气整平（吹平）的工艺，使其形成一层即抗铜氧化，又(yòu)可(kě)提供良好的可(kě)焊性的涂覆层。热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属化合物(wù)，其厚度大约有(yǒu)1～2mil。 　　PCB进行热风整平时要浸在熔融的焊料中，风刀(dāo)在焊料凝固之前吹平液态焊料，并能(néng)够将铜面上焊料的弯月状最小(xiǎo)化和阻止焊料桥接。 　　热风整平分(fēn)為(wèi)垂直式和水平式两种，一般认為(wèi)水平式较好，主要是水平式热风整平镀层比较均匀，可(kě)实现自动化生产。其一般流程為(wèi)：微蚀-->预热-->涂覆助焊剂-->喷锡-->清洗。

有(yǒu)机涂覆 OSP

　　OSP不同于其它表面处理(lǐ)工艺之处為(wèi)：它是在铜和空气间充当阻隔层； 简单地说，OSP就是在洁净的裸铜表面上，以化學(xué)的方法長(cháng)出一层有(yǒu)机皮膜。这层膜具有(yǒu)防氧化，耐热冲击，耐湿性，用(yòng)以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈（氧化或硫化等）；同时又(yòu)必须在后续的焊接高温中，能(néng)很(hěn)容易被助焊剂所迅速清除，以便焊接。 　　有(yǒu)机涂覆工艺简单，成本低廉，使得其在业界被广泛使用(yòng)。早期的有(yǒu)机涂覆分(fēn)子是起防锈作用(yòng)的咪唑和苯并三唑，最新(xīn)的分(fēn)子主要是苯并咪唑。為(wèi)了保证可(kě)以进行多(duō)次回流焊，铜面上只有(yǒu)一层的有(yǒu)机涂覆层是不行的，必须有(yǒu)很(hěn)多(duō)层，这就是為(wèi)什么化學(xué)槽中通常需要添加铜液。在涂覆第一层之后，涂覆层吸附铜；接着第二层的有(yǒu)机涂覆分(fēn)子与铜结合，直至二十甚至上百次的有(yǒu)机涂覆分(fēn)子集结在铜面。 　　其一般流程為(wèi)：脱脂-->微蚀-->酸洗-->纯水清洗-->有(yǒu)机涂覆-->清洗，过程控制相对其他(tā)表明处理(lǐ)工艺较為(wèi)容易。

化學(xué)镀镍/浸金（又(yòu)称化學(xué)金）

　　化學(xué)镀镍/浸金实在铜面上包裹一层厚厚的，電(diàn)性能(néng)良好的镍金合金并可(kě)以長(cháng)期保护PCB。不像OSP那样仅作為(wèi)防锈阻隔层，其能(néng)够在PCB長(cháng)期使用(yòng)过程中有(yǒu)用(yòng)并实现良好的電(diàn)性能(néng)。另外它也具有(yǒu)其它表面处理(lǐ)工艺所不具备的对环境的忍耐性。 　　镀镍的原因是由于金和铜之间会相互扩散，而镍层可(kě)以阻止其之间的扩散，如果没有(yǒu)镍层的阻隔，金将会在数小(xiǎo)时内扩散到铜中去。化學(xué)镀镍/浸金的另一个好处是镍的强度，仅仅5um厚度的镍就可(kě)以控制高温下Z方向的膨胀。此外化學(xué)镀镍/浸金也可(kě)以阻止铜的溶解，这将有(yǒu)益于无铅焊接。 　　其一般流程為(wèi)：脱酸洗清洁-->微蚀-->预浸-->活化-->化學(xué)镀镍-->化學(xué)浸金；其过程中有(yǒu)6个化學(xué)槽，涉及到近百种化學(xué)品，过程比较复杂。

浸银

　　浸银工艺介于OSP和化學(xué)镀镍/浸金之间，工艺较简单、快速。浸银不是给PCB穿上厚厚的盔甲，即使暴露在热、湿和污染的环境中，仍能(néng)提供很(hěn)好的電(diàn)性能(néng)和保持良好的可(kě)焊性，但会失去光泽。因為(wèi)银层下面没有(yǒu)镍，所以浸银不具备化學(xué)镀镍/浸金所有(yǒu)的好的物(wù)理(lǐ)强度。 　　浸银是置换反应，它几乎是亚微米级的纯银涂覆。有(yǒu)时浸银过程中还包含一些有(yǒu)机物(wù)，主要是防止银腐蚀和消除银迁移问题，一般很(hěn)难量测出来这一薄层的有(yǒu)机物(wù)，分(fēn)析表明有(yǒu)机體(tǐ)的重量少于1%。

浸锡

　　由于目前所有(yǒu)焊料是以锡為(wèi)基础的，所锡层能(néng)与任何类型的焊料相匹配，从这一点来看，浸锡工艺极具发展前景。但以前的PCB经浸锡工艺后易出现锡须，在焊接过程中锡须和锡迁移会带来可(kě)靠性问题，因此限制了浸锡工艺的采用(yòng)。后在浸锡溶液中加入了有(yǒu)机添加剂，使锡层结构呈颗粒状结构，客服了之前的问题，而且还具有(yǒu)好的热稳定性和可(kě)焊性。 　　浸锡工艺可(kě)以形成平坦的铜锡金属间化合物(wù)，这个特性使得浸锡具有(yǒu)和热风整平一样的好的可(kě)焊性而没有(yǒu)热风整平令人头疼的平坦性问题；也没有(yǒu)化學(xué)镀镍/浸金金属间的扩散问题；只是浸锡板不可(kě)以存储太久，

编辑本段其它表面处理(lǐ)工艺

　　其它表明处理(lǐ)工艺的应用(yòng)较少，其中应用(yòng)较多(duō)的有(yǒu)電(diàn)镀镍金和化學(xué)镀钯工艺。

電(diàn)镀镍金（電(diàn)镀金）

　　電(diàn)镀镍金是PCB表明处理(lǐ)工艺的鼻祖，自从PCB出现它就出现，慢慢演化出其它工艺。電(diàn)镀镍金就是在PCB表面导體(tǐ)先電(diàn)镀上一层镍之后再電(diàn)镀上一层金，镀镍主要是防止金和铜之间的扩散。现在的電(diàn)镀镍金有(yǒu)两类：镀软金（纯金，金表明看起来不亮）和镀硬金（表面平滑坚硬，耐磨，含有(yǒu)钴等其它元素，表面看起来较光亮）。软金主要用(yòng)于芯片封装时打金線(xiàn)；硬金主要用(yòng)在非焊接处的電(diàn)性互连（如金手指）。 　　

正常情况下，焊接会导致電(diàn)镀金变脆，这将缩短使用(yòng)寿命，因而要避免在電(diàn)镀金上进行焊接；而化學(xué)镀镍/浸金由于金很(hěn)薄且一致，变脆现象很(hěn)少发生。

化學(xué)镀钯

　　化學(xué)镀钯的过程与化學(xué)镀镍的过程相近似。主要过程是通过还原剂（如次磷酸二氢钠）使钯离子在催化的表面还原成钯，新(xīn)生的钯可(kě)称為(wèi)推动反应的催化剂，因而可(kě)得到任意厚度的镀钯层。化學(xué)镀钯的优点為(wèi)良好的焊接可(kě)靠性、热稳定性、表明平整性。