Question

PCB线路板表面处理工艺及其对应的优缺点

Answer 1

随着人类对于居住环境要求的不断提高， PCB线路板 生产过程中涉及到的环境问题也越来越受到关注。尤其是铅和溴的话题是最热门的；

　　PCB表面处理最基本的目的是保证良好的可焊性或电性能。由于自然界的铜在空气中倾向于以氧化物的形式存在，不大可能长期保持为原铜，因此需要对铜进行其他处理。

　　现在有许多PCB表面处理工艺，常见的是热风整平、有机可焊性保护剂（OSP）、全板镀镍金、沉金、沉锡、沉银、化学镍钯金、电镀硬金这几种工艺，下面将逐一介绍

　　1、热风整平（喷锡）

　　热风整平工艺的一般流程为：微蚀→预热→涂覆助焊剂→喷锡→清洗。

　　热风整平又名热风焊料整平（俗称喷锡），它是在PCB表面涂覆熔融锡（铅）焊料并用加热压缩空气整（吹）平的工艺，使其形成一层既抗铜氧化，又可提供良好的可焊性的涂覆层。热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属间化合物。PCB进行热风整平时要沉在熔融的焊料中；风刀在焊料凝固之前吹平液态的焊料；风刀能够将铜面上焊料的弯月状最小化和阻止焊料桥接。

　　热风整平分为垂直式和水平式两种，一般认为水平式较好，主要是水平式热风整平镀层比较均匀，可实现自动化生产。

　　优点：较长的存储时间；PCB完成后，铜表面完全的润湿了（焊接前完全覆盖了锡）；适合无铅焊接；工艺成熟、成本低、适合目视检查和电测

　　缺点：不适合线绑定;因表面平整度问题，在SMT上也有局限;不适合接触开关设计。喷锡时铜会溶解，并且板子经受一次高温。特别厚或薄的板，喷锡有局限，生产操作不方便。

　　2、有机可焊性保护剂（OSP）

　　一般流程为：脱脂-->微蚀-->酸洗-->纯水清洗-->有机涂覆-->清洗，过程控制相对其他表明处理工艺较为容易。

　　OSP是印刷电路板（PCB）铜箔表面处理的符合RoHS指令要求的一种工艺。 OSP是Organic Solderability

Preservatives的简称，中译为有机保焊膜，又称护铜剂，英文亦称之Preflux。简单地说，OSP就是在洁净的裸铜表面上，以化学的方法长出一层有机皮膜。这层膜具有防氧化，耐热冲击，耐湿性，用以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈（氧化或硫化等）；但在后续的焊接高温中，此种保护膜又必须很容易被助焊剂所迅速清除，如此方可使露出的干净铜表面得以在极短的时间内与熔融焊锡立即结合成为牢固的焊点。

　　优点：制程简单，表面非常平整，适合无铅焊接和SMT。易返工，生产操作方便，适合水平线操作。板子上适合多种处理并存（比如：OSP+ENIG）。成本低，环境友好。

　　缺点：回流焊次数的限制（多次焊接厚，膜会被破坏，基本上2次没有问题）。不适合压接技术，线绑定。目视检测和电测不方便。SMT时需要N2气保护。SMT返工不适合。存储条件要求高。

　　3、全板镀镍金

　　板镀镍金是在PCB表面导体先镀上一层镍后再镀上一层金，镀镍主要是防止金和铜间的扩散。现在的电镀镍金有两类：镀软金（纯金，金表面看起来不亮）和镀硬金（表面平滑和硬，耐磨，含有钴等其他元素，金表面看起来较光亮）。软金主要用于芯片封装时打金线；硬金主要用在非焊接处的电性互连。

　　优点：较长的存储时间>12个月。适合接触开关设计和金线绑定。适合电测试

　　弱点：较高的成本，金比较厚。电镀金手指时需要额外的设计线导电。因金厚度不一直，应用在焊接时，可能因金太厚导致焊点脆化，影响强度。电镀表面均匀性问题。电镀的镍金没有包住线的边。不适合铝线绑定。

　　4、沉金

　　一般流程为：脱酸洗清洁-->微蚀-->预浸-->活化-->化学镀镍-->化学浸金；其过程中有6个化学槽，涉及到近百种化学品，过程比较复杂。

　　沉金是在铜面上包裹一层厚厚的、电性良好的镍金合金，这可以长期保护PCB；另外它也具有其它表面处理工艺所不具备的对环境的忍耐性。此外沉金也可以阻止铜的溶解，这将有益于无铅组装。

　　优点：不易氧化，可长时间存放，表面平整，适合用于焊接细间隙引脚以及焊点较小的元器件。有按键PCB板的首选（如手机板）。可以重复多次过回流焊也不太会降低其可焊性。可以用来作为COB（Chip On Board）打线的基材。

　　缺点：成本较高，焊接强度较差，因为使用无电镀镍制程，容易有黑盘的问题产生。镍层会随着时间氧化，长期的可靠性是个问题。

　　5、沉锡

　　由于目前所有的焊料都是以锡为基础的，所以锡层能与任何类型的焊料相匹配。沉锡工艺可以形成平坦的铜锡金属间化合物，这个特性使得沉锡具有和热风整平一样的好的可焊性而没有热风整平令人头痛的平坦性问题；沉锡板不可存储太久，组装时必须根据沉锡的先后顺序进行。

　　优点：适合水平线生产。适合精细线路处理，适合无铅焊接，特别适合压接技术。非常好的平整度，适合SMT。

　　缺点：需要好的存储条件，最好不要大于6个月，以控制锡须生长。不适合接触开关设计。生产工艺上对阻焊膜工艺要求比较高，不然会导致阻焊膜脱落。多次焊接时，最好N2气保护。电测也是问题。

　　6、沉银

　　沉银工艺介于有机涂覆和化学镀镍/沉金之间，工艺比较简单、快速；即使暴露在热、湿和污染的环境中，银仍然能够保持良好的可焊性，但会失去光泽。沉银不具备化学镀镍/沉金所具有的好的物理强度因为银层下面没有镍。

　　优点：制程简单，适合无铅焊接，SMT。表面非常平整、成本低、适合非常精细的线路。

　　缺点：存储条件要求高，容易污染。焊接强度容易出现问题（微空洞问题）。容易出现电迁移现象以及和阻焊膜下铜出现贾凡尼咬蚀现象。电测也是问题

　　7、化学镍钯金

　　化学镍钯金与沉金相比是在镍和金之间多了一层钯，钯可以防止出现置换反应导致的腐蚀现象，为沉金作好充分准备。金则紧密的覆盖在钯上面，提供良好的接触面。

　　优点：适合无铅焊接。表面非常平整，适合SMT。通孔也可以上化镍金。较长的存储时间，存储条件不苛刻。适合电测试。适合开关接触设计。适合铝线绑定，适合厚板，抵抗环境攻击强。

　　8、电镀硬金

　　为了提高产品耐磨性能，增加插拔次数而电镀硬金。

　　PCB的表面处理工艺方面的变化并不是很大，好像还是比较遥远的事情，但是应该注意到：长期的缓慢变化将会导致巨大的变化。在环保呼声愈来愈高的情况下，PCB的表面处理工艺未来肯定会发生巨变。

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Answer 2

PCB线路板表面处理工艺有多种，每种表面处理工艺都有其独特的优缺点

1. 喷镀锡（HASL - Hot Air Solder Leveling）：通过加热将整个PCB浸入液态锡中，然后用热空气吹干。这种方法在处理焊接表面上形成一层锡，提高焊接性能。

• 优点：良好的焊接性能、抗氧化能力强。

• 缺点：锡易形成焊锡球，增加短路风险；耐蚀性较差。

2. 喷镀铅（Pb-free HASL）：类似于HASL，但使用无铅合金，以满足环保要求

• 优点：焊接性能极佳，抗腐蚀能力强。

• 缺点：环保问题（铅对环境有害）；高温下释放有害物质。

3. 化学镍金：先在铜表面化学沉积一层镍，然后再镀一层金。

• 优点：良好的导电性、耐腐蚀性和可靠的焊接性能。

• 缺点：成本较高。

4. 喷镀金：

• 优点：美观、耐腐蚀。

• 缺点：成本高；不适合用于焊接直接连接。

5. OSP：使用一种有机化合物来防止裸露铜表面氧化，提供良好的可焊性。

• 优点：简单、低成本；适用于SMT组装。

• 缺点：耐磨性差，易受环境影响。

6. HAL热气浸镀焊：

• 优点：焊接性能好，可再焊性强。

• 缺点：不适用于BGA组装；不利于细间距线路。