常见的P C B表面处理工艺2007-11-0118:20常见的P C B表面处理工艺这里的“表面”指的是P C B上为电子元器件或其他系统到P C B的电路之间提供电气连接的连接点，如焊盘或接触式连接的连接点。

裸铜本身的可焊性很好，但是暴露在空气中很容易氧化，而且容易受到污染。

这也是P C B必须要进行表面处理的原因。

1、H A S L在穿孔器件占主导地位的场合，波峰焊是最好的焊接方法。

采用热风整平（H A S L，H o t-a i r s o l d e r l e v e l i n g）表面处理技术足以满足波峰焊的工艺要求，当然对于结点强度（尤其是接触式连接）要求较高的场合，多采用电镀镍/金的方法。

H A S L是在世界范围内主要应用的表面处理技术，但是有三个主要动力推动着电子工业不得不考虑H A S L的替代技术：成本、新的工艺需求和无铅化需要。

从成本的观点来看，许多电子元件诸如移动通信和个人计算机正变成平民化的消费品。

以成本或更低的价格销售，才能在激烈的竞争环境中立于不败之地。

组装技术发展到S M T以后， P C B焊盘在组装过程中要求采用丝网印刷和回流焊接工艺。

在S M A场合，P C B表面处理工艺最初依然沿用了H A SL技术，但是随着S M T器件的不断缩小，焊盘和网板开孔也在随之变小，H A S L技术的弊端逐渐暴露了出来。

H A S L技术处理过的焊盘不够平整，共面性不能满足细间距焊盘的工艺要求。

环境的关注通常集中在潜在的铅对环境的影响。

2、有机可焊性保护层（O S P）O S P的保护机理故名思意，有机可焊性保护层（O S P,O r g a n i c s o l d e r a b i l i t y p r e s e r v a t i v e）是一种有机涂层，用来防止铜在焊接以前氧化，也就是保护P C B焊盘的可焊性不受破坏。

目前广泛使用的两种O S P都属于含氮有机化合物，即连三氮茚（B e n z o t r i a z o l e s）和咪唑有机结晶碱（I m i d a z o l e s）。

它们都能够很好的附着在裸铜表面，而且都很专一―――只情有独钟于铜，而不会吸附在绝缘涂层上，比如阻焊膜。

连三氮茚会在铜表面形成一层分子薄膜，在组装过程中，当达到一定的温度时，这层薄膜将被熔掉，尤其是在回流焊过程中，O S P比较容易挥发掉。

咪唑有机结晶碱在铜表面形成的保护薄膜比连三氮茚更厚，在组装过程中可以承受更多的热量周期的冲击。

O S P涂附工艺清洗:在O S P之前，首先要做的准备工作就是把铜表面清洗干净。

其目的主要是去除铜表面的有机或无机残留物，确保蚀刻均匀。

微蚀刻（M i c r o e t c h）：通过腐蚀铜表面，新鲜明亮的铜便露出来了，这样有助于与O S P的结合。

可以借助适当的腐蚀剂进行蚀刻，如过硫化钠（s o d i u m p e r s u l p h a t e），过氧化硫酸（p e r o x i d e/s u l f u r i c a c i d）等。

C o n d i t i o n e r：可选步骤，根据不同的情况或要求来决定要不要进行这些处理。

O S P：然后涂O S P溶液，具体温度和时间根据具体的设备、溶液的特性和要求而定。

清洗残留物：完成上面的每一步化学处理以后，都必须清洗掉多余的化学残留物或其他无用成分。

一般清洗一到两次足夷。

物极必反，过分的清洗反倒会引起产品氧化或失去光泽等，这是我们不希望看到的。

整个处理过程必须严格按照工艺规定操作，比如严格控制时间、温度和周转过程等。

O S P的应用P C B表面用O S P处理以后，在铜的表面形成一层薄薄的有机化合物，从而保护铜不会被氧化。

B e n z o t r i a z o l e s型O S P的厚度一般为100A°，而 I m i d a z o l e s型O S P的厚度要厚一些，一般为400A°。

O S P薄膜是透明的，肉眼不容易辨别其存在性，检测困难。

在组装过程中（回流焊），O S P很容易就熔进到了焊膏或者酸性的F l u x 里面，同时露出活性较强的铜表面，最终在元器件和焊盘之间形成S n/C u 金属间化合物，因此，O S P用来处理焊接表面具有非常优良的特性。

O S P不存在铅污染问题，所以环保。

O S P的局限性1、 由于O S P透明无色，所以检查起来比较困难，很难辨别P C B是否涂过O S P。

2、 O S P本身是绝缘的，它不导电。

B e n z o t r i a z o l e s类的O S P比较薄，可能不会影响到电气测试，但对于I m i d a z o l e s类O S P，形成的保护膜比较厚，会影响电气测试。

O S P更无法用来作为处理电气接触表面，比如按键的键盘表面。

3、 O S P在焊接过程中，需要更加强劲的F l u x，否则消除不了保护膜，从而导致焊接缺陷。

4、 在存储过程中，O S P表面不能接触到酸性物质，温度不能太高，否则O S P会挥发掉。

随着技术的不断创新，O S P已经历经了几代改良，其耐热性和存储寿命、与F l u x的兼容性已经大大提高了。

3、化镍浸金(E N I G)E N I G的保护机理通过化学方法在铜表面镀上N i/A u。

内层N i的沉积厚度一般为120～240μi n（约3～6μm），外层A u的沉积厚度比较薄，一般为2～4μi n c h （0.05～0.1μm）。

N i在焊锡和铜之间形成阻隔层。

焊接时，外面的A u会迅速融解在焊锡里面，焊锡与N i形成N i/S n金属间化合物。

外面镀金是为了防止在存储期间N i氧化或者钝化，所以金镀层要足够密，厚度不能太薄。

E N I G处理工艺清洗:清洗的目的与O S P工艺一样，清楚铜表面的有机或无机残留物，为蚀刻和催化做好准备。

蚀刻（M i c r o e t c h）：同O S P工艺……催化剂：这一步的作用是在铜表面沉积一层催化剂薄膜，从而降低铜的活性能量，这样N i就比较容易沉积在铜表面。

钯、钌都是可以使用的催化剂。

化学镀镍：这里就不详细介绍其具体过程了。

镍沉积含有6～11％的磷，根据实际的具体用途，镍可能用作焊接表面，也可能作为接触表面，但不论怎样，必须确保镍有足够的厚度，以达到保护铜的作用。

浸金：在这个过程中，目的是沉积一层薄薄的且连续的金保护层，主要金的厚度不能太厚，否则焊点将变得很脆，严重影响焊电可靠性。

与镀镍一样，浸金的工作温度很高，时间也很长。

在浸洗过程中，将发生置换反应―――在镍的表面，金置换镍，不过当置换到一定程度时，置换反应会自动停止。

金强度很高，耐磨擦，耐高温，不易氧化，所以可以防止镍氧化或钝化，并适合工作在强度要求高的场合。

清洗残留物：完成上面的每一步化学处理以后，都必须清洗掉多余的化学残留物或其他无用成分。

一般清洗一到两次足夷。

物极必反，过分的清洗反倒会引起产品氧化或失去光泽等，这是我们不希望看到的。

E N I G的应用E N I G处理过的P C B表面非常平整，共面性很好， 用于按键接触面非他莫属。

其次，E N I G可焊性极佳，金会迅速融入熔化的焊锡里面，从而露出新鲜的N i。

E N I G的局限性E N I G的工艺过程比较复杂，而且如果要达到很好的效果，必须严格控制工艺参数。

最为麻烦的是，E N I G处理过的P C B表面在E N I G或焊接过程中很容易产生黑盘效应（B l a c k p a d），从而给焊点的可靠性带来灾难性的影响。

黑盘的产生机理非常复杂，它发生在N i与金的交接面，直接表现为N i过度氧化。

金过多，会使焊点脆化，影响可靠性。

4、化镍钯浸金(E N E P I G)化镍钯浸金的原理E N E P I G与E N I G相比，在镍和金之间多了一层钯。

N i的沉积厚度为120～240μi n（约3～6μm），钯的厚度为4～20μi n（约0.1～0.5μm），金的厚度为1～4μi n（约 0.02～0.1μm）。

钯可以防止出现置换反应导致的腐蚀现象，为浸金作好充分准备。

金则紧密的覆盖在钯上面，提供良好的接触面。

化镍钯浸金的工艺步骤化镍钯浸金的工艺步骤见表3化镍钯浸金的应用化镍钯浸金的应用非常广泛，可以替代化镍浸金。

在焊接过程中，钯和金都会融解到熔化的焊锡里面，从而形成镍/锡金属间化合物。

化镍钯浸金的局限性化镍钯浸金虽然有很多优点，但是钯的价格很贵，同时钯是一种短缺资源，主要发布在前苏联。

同时与化镍浸金一样，其工艺控制要求很严。

5、浸银(I m m e r s i o n s i l v e r)浸银的工作原理通过浸银工艺处理，薄（5～15μi n，约0.1～0.4μm）而密的银沉积提供一层有机保护膜，铜表面在银的密封下，大大延长了寿命。

浸银的表面很平，而且可焊性很好。

浸银的工作步骤浸银的工作步骤见表4。

其他步骤这里不再赘述，预浸的目的主要是防止污染物的引入。

浸银过程也是一个在铜表面银替换铜的置换反映过程。

银沉积层同时含有有机添加剂和有机表面活性剂，有机添加剂用来确保浸银平整，而有机表面活性剂则可以保护P C B在储藏过程中银吸收潮气。

浸银的应用浸银焊接面可焊性很好，在焊接过程中银会融解到熔化的锡膏里，和H A S L和O S P一样在焊接表面形成C u/S n金属间化合物。

浸银表面共面性很好，同时不像O S P那样存在导电方面的障碍，但是在作为接触表面（如按键面）时，其强度没有金好。

浸银的局限性浸银的一个让人无法忽略的问题是银的电子迁移问题。

当暴露在潮湿的环境下时，银会在电压的作用下产生电子迁移。

通过向银内添加有机成分可以降低电子迁移的发生。

6、 浸锡浸锡原理由于两个原因才采用了浸锡工艺：其一是浸锡表面很平，共面性很好；其二是浸锡无铅。

但是在浸锡过程中容易产生C u/S n金属间化合物，C u/S n金属间化合物可焊性很差。

如果采用浸锡工艺，必须克服两障碍：颗粒大小和C u/S n金属间化合物的产生。

浸锡颗粒必须足够小，而且要无孔。

锡的沉积厚度不低于40μi n （1.0μm）是比较合理的，这样才能提供一个纯锡表面，以满足可焊性要求。

浸锡的工艺步骤预浸银基本相似，这里不再赘述。

浸锡的应用和局限性浸锡的最大弱点是寿命短，尤其是存放于高温高湿的环境下时，C u/S n 金属间化合物会不断增长，直到失去可焊性。

7、比较：每种表面处理工艺各有起独到之处，应用范围也不大相同。

但化镍钯浸金(E N E P I G)是一种万能的处理方法，它能够满足各种组装场合的要求。