PCB設(shè)計(jì)完成后，給到PCB板廠(chǎng)打樣，在給板廠(chǎng)下單時(shí)，會(huì)附上一份PCB加工工藝說(shuō)明文檔，其中有一項(xiàng)就是要注明選用哪種PCB表面處理工藝，而且不同的PCB表面處理工藝，其會(huì)對(duì)最終的PCB加工報(bào)價(jià)產(chǎn)生比較大的影響，不同的PCB表面處理工藝會(huì)有不同的收費(fèi)，下邊咱們科普一些關(guān)于PCB打樣表面處理工藝的術(shù)語(yǔ)。
首先說(shuō)下為什么要對(duì)PCB表面進(jìn)行特殊的處理
因?yàn)殂~在空氣中很容易氧化，銅的氧化層對(duì)焊接有很大的影響，很容易形成假焊、虛焊，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成焊盤(pán)與元器件無(wú)法焊接，正因如此，PCB在生產(chǎn)制造時(shí)，會(huì)有一道工序，在焊盤(pán)表面涂（鍍）覆上一層物質(zhì)，保護(hù)焊盤(pán)不被氧化。
目前國(guó)內(nèi)板廠(chǎng)的PCB表面處理工藝有：噴錫（HASL，hot air solder leveling 熱風(fēng)整平）、沉錫、沉銀、OSP(防氧化)、化學(xué)沉金（ENIG）、電鍍金等等，當(dāng)然，特殊應(yīng)用場(chǎng)合還會(huì)有一些特殊的PCB表面處理工藝。
對(duì)比不同的PCB表面處理工藝，他們的成本不同，當(dāng)然所用的場(chǎng)合也不同，只選對(duì)的不選貴的，目前還沒(méi)有最完美的PCB表面處理工藝能夠適合所有應(yīng)用場(chǎng)景（這里講的是性?xún)r(jià)比，即以最低的價(jià)格就能滿(mǎn)足所有的PCB應(yīng)用場(chǎng)景），所以才會(huì)有這么多的工藝來(lái)讓我們選擇，當(dāng)然每一種工藝都各有千秋，存在的既是合理的，關(guān)鍵是我們要認(rèn)識(shí)他們用好他們。
PCB表面處理工藝
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物理性能 |
熱風(fēng)整平
（噴錫） |
化學(xué)錫 |
化學(xué)銀 |
有機(jī)可焊保護(hù)劑
（OSP） |
電鍍鎳金
（電鍍金） |
化學(xué)鍍鎳金（沉金）
（ENIG） |
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保存壽命（月） |
12 |
12 |
12 |
6 |
6 |
6 |
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可經(jīng)歷回流次數(shù) |
4 |
5 |
5 |
4 |
4 |
4 |
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成本 |
中等 |
中等 |
中等 |
低 |
高 |
高 |
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工藝復(fù)雜度 |
高 |
中等 |
中等 |
低 |
高 |
高 |
|
工藝溫度 |
250℃ |
50 |
70 |
40 |
55-60 |
80 |
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厚度范圍（um） |
1-25 |
0.05-0.2 |
0.8-1.2 |
0.2-0.5 |
NI：4-5
AU>0.05 |
NI：3-5
AU>0.05-0.2 |
下邊來(lái)對(duì)比一下不同的PCB表面處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)景。
裸銅板
? 優(yōu)點(diǎn)：成本低、表面平整，焊接性良好（在沒(méi)有被氧化的情況下）。
? 缺點(diǎn)：容易受到酸及濕度影響，不能久放，拆封后需在2小時(shí)內(nèi)用完，因?yàn)殂~暴露在空氣中容易氧化；無(wú)法使用于雙面板，因?yàn)榻?jīng)過(guò)第一次回流焊后第二面就已經(jīng)氧化了。如果有測(cè)試點(diǎn)，必須加印錫膏以防止氧化，否則后續(xù)將無(wú)法與探針接觸良好。
噴錫板(HASL，Hot Air Solder Levelling，熱風(fēng)整平)
? 優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格較低，焊接性能佳。
? 缺點(diǎn)：不適合用來(lái)焊接細(xì)間隙的引腳以及過(guò)小的元器件，因?yàn)閲婂a板的表面平整度較差。在PCB加工中容易產(chǎn)生錫珠(solder bead)，對(duì)細(xì)間隙引腳(fine pitch)元器件較易造成短路。使用于雙面SMT工藝時(shí)，因?yàn)榈诙嬉呀?jīng)過(guò)了一次高溫回流焊，極容易發(fā)生噴錫重新熔融而產(chǎn)生錫珠或類(lèi)似水珠受重力影響成滴落的球狀錫點(diǎn)，造成表面更不平整進(jìn)而影響焊接問(wèn)題。
噴錫工藝曾經(jīng)在PCB表面處理工藝中處于主導(dǎo)地位。二十世紀(jì)八十年代，超過(guò)四分之三的PCB使用噴錫工藝，但過(guò)去十年以來(lái)業(yè)界一直都在減少?lài)婂a工藝的使用。噴錫工藝制程比較臟、難聞、危險(xiǎn)，因而從未是令人喜愛(ài)的工藝，但噴錫工藝對(duì)于尺寸較大的元件和間距較大的導(dǎo)線(xiàn)而言，卻是極好的工藝。在密度較高的PCB中，噴錫工藝的平坦性將影響后續(xù)的PCBA組裝；故HDI板一般不采用噴錫工藝。隨著技術(shù)的進(jìn)步，業(yè)界現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了適于組裝間距更小的QFP和BGA的噴錫工藝，但實(shí)際應(yīng)用較少。目前一些工廠(chǎng)采用OSP工藝和浸金工藝來(lái)代替噴錫工藝；技術(shù)上的發(fā)展也使得一些工廠(chǎng)采用沉錫、沉銀工藝。加上近年來(lái)無(wú)鉛化的趨勢(shì)，噴錫工藝使用受到進(jìn)一步的限制。雖然目前已經(jīng)出現(xiàn)所謂的無(wú)鉛噴錫，但這可將涉及到設(shè)備的兼容性問(wèn)題。
OSP(Organic Soldering Preservative，防氧化)
? 優(yōu)點(diǎn)：具有裸銅板焊接的所有優(yōu)點(diǎn)，過(guò)期（三個(gè)月）的板子也可以重新做表面處理，但通常以一次為限。
? 缺點(diǎn)：容易受到酸及濕度影響。使用于二次回流焊時(shí)，需在一定時(shí)間內(nèi)完成，通常第二次回流焊的效果會(huì)比較差。存放時(shí)間如果超過(guò)三個(gè)月就必須重新表面處理。打開(kāi)包裝后需在24小時(shí)內(nèi)用完。 OSP為絕緣層，所以測(cè)試點(diǎn)必須加印錫膏以去除原來(lái)的OSP層才能接觸針點(diǎn)作電性測(cè)試。
OSP工藝可以用在低技術(shù)含量的PCB，也可以用在高技術(shù)含量的PCB上，如單面電視機(jī)用PCB、高密度芯片封裝用板。對(duì)于BGA方面，OSP應(yīng)用也較多。PCB如果沒(méi)有表面連接功能性要求或者儲(chǔ)存期的限定，OSP工藝將是最理想的表面處理工藝。但OSP不適合用在少量多樣的產(chǎn)品上面，也不適合用在需求預(yù)估不準(zhǔn)的產(chǎn)品上，如果公司內(nèi)電路板的庫(kù)存經(jīng)常超過(guò)六個(gè)月，真的不建議使用OSP表面處理的板子。
沉金(ENIG，Electroless Nickel Immersion Gold)
? 優(yōu)點(diǎn)：不易氧化，可長(zhǎng)時(shí)間存放，表面平整，適合用于焊接細(xì)間隙引腳以及焊點(diǎn)較小的元器件。有按鍵PCB板的首選。可以重復(fù)多次過(guò)回流焊也不太會(huì)降低其可焊性。可以用來(lái)作為COB(Chip On Board)打線(xiàn)的基材。
? 缺點(diǎn)：成本較高，焊接強(qiáng)度較差，因?yàn)槭褂脽o(wú)電鍍鎳制程，容易有黑盤(pán)的問(wèn)題產(chǎn)生。鎳層會(huì)隨著時(shí)間氧化，長(zhǎng)期的可靠性是個(gè)問(wèn)題。
沉金工藝與OSP工藝不同，它主要用在表面有連接功能性要求和較長(zhǎng)的儲(chǔ)存期的板子上，如按鍵觸點(diǎn)區(qū)、路由器殼體的邊緣連接區(qū)和芯片處理器彈性連接的電性接觸區(qū)。由于噴錫工藝的平坦性問(wèn)題和OSP工藝助焊劑的清除問(wèn)題，二十世紀(jì)九十年代沉金使用很廣；后來(lái)由于黑盤(pán)、脆的鎳磷合金的出現(xiàn)，沉金工藝的應(yīng)用有所減少，不過(guò)目前幾乎每個(gè)高技術(shù)的PCB廠(chǎng)都有沉金線(xiàn)。考慮到除去銅錫金屬間化合物時(shí)焊點(diǎn)會(huì)變脆，相對(duì)脆的鎳錫金屬間化合物處將出現(xiàn)很多的問(wèn)題。因此，便攜式電子產(chǎn)品（如手機(jī)）幾乎都采用OSP、沉銀或沉錫形成的銅錫金屬間化合物焊點(diǎn)，而采用沉金形成按鍵區(qū)、接觸區(qū)和EMI的屏蔽區(qū)，即所謂的選擇性沉金工藝。
沉銀(ENIG，Electroless Nickel Immersion Gold)
沉銀比沉金便宜，如果PCB有連接功能性要求和需要降低成本，沉銀是一個(gè)好的選擇；加上沉銀良好的平坦度和接觸性，那就更應(yīng)該選擇沉銀工藝。在通信產(chǎn)品、汽車(chē)、電腦外設(shè)方面沉銀應(yīng)用得很多，在高速信號(hào)設(shè)計(jì)方面沉銀也有所應(yīng)用。由于沉銀具有其它表面處理所無(wú)法匹敵的良好電性能，它也可用在高頻信號(hào)中。EMS推薦使用沉銀工藝是因?yàn)樗子诮M裝和具有較好的可檢查性。但是由于沉銀存在諸如失去光澤、焊點(diǎn)空洞等缺陷使得其增長(zhǎng)緩慢（但沒(méi)有下降）。
沉錫(ENIG，Electroless Nickel Immersion Gold)
沉錫被引入表面處理工藝是近十年的事情，該工藝的出現(xiàn)是生產(chǎn)自動(dòng)化的要求的結(jié)果。沉錫在焊接處沒(méi)有帶入任何新元素，特別適用于通信用背板。在板子的儲(chǔ)存期之外錫將失去可焊性，因而沉錫需要較好的儲(chǔ)存條件。另外沉錫工藝中由于含有致癌物質(zhì)而被限制使用。
經(jīng)常發(fā)現(xiàn)小伙伴們會(huì)對(duì)沉金和鍍金工藝傻傻搞不清楚，下邊來(lái)對(duì)比下沉金工藝和鍍金工藝的區(qū)別和適用場(chǎng)景
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性能 |
外觀(guān) |
可焊性 |
信號(hào)傳輸 |
品質(zhì) |
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鍍金板 |
金色發(fā)白 |
一般，偶有焊接不良的情況 |
趨膚效應(yīng)不利于高頻信號(hào)的傳輸 |
1、金面易氧化
2、易造成金絲微短
3、阻焊結(jié)合力不強(qiáng) |
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沉金板 |
金黃色 |
好 |
趨膚效應(yīng)對(duì)信號(hào)沒(méi)有影響 |
1、不易氧化
2、不產(chǎn)生金絲
3、阻焊結(jié)合力好 |
? 沉金與鍍金形成的晶體結(jié)構(gòu)不一樣，沉金板較鍍金板更容易焊接，不會(huì)造成焊接不良；
? 沉金板只有焊盤(pán)上有鎳金，趨膚效應(yīng)中信號(hào)的傳輸是在銅層不會(huì)對(duì)信號(hào)有影響；
? 沉金較鍍金晶體結(jié)構(gòu)更致密，不易氧化；
? 沉金板只有焊盤(pán)上有鎳金，不會(huì)產(chǎn)生金絲造成微短；
? 沉金板只有焊盤(pán)上有鎳金，線(xiàn)路上阻焊與銅層結(jié)合更牢固；
? 沉金顯金黃色，較鍍金更黃也更好看；
? 沉金比鍍金軟，所以在耐磨性上不如鍍金，對(duì)于金手指板則鍍金效果會(huì)更好。
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