如何选择合适的PCB表面处理工艺？

在PCB制造中应用PCB表面处理至关重要，以保护铜迹线不受氧化和环境污染物的侵蚀，这些污染物会降低性能。这些PCB表面处理可以防止水分、灰尘、化学物质和极端温度的侵入，防止PCB材料的腐蚀。它们还有助于在组装过程中有效焊接和粘合，增强热和电导性，以提高电路效率。正确的表面处理通过减少磨损、防止变色积累和抵抗可能导致短路的树枝状生长，延长了PCB的使用寿命。总的来说，表面处理在制造和功能上都至关重要，保护可焊性，限制环境损害，并确保特定应用的顺利制造。

8种PCB表面处理方式：

喷锡（HASL）是最常见的PCB表面处理之一，因为它成本低且易于焊接。HASL工艺包括将PCB浸入液态焊料中，然后使用热风刀将表面整平。虽然价格便宜且易于获取，HASL也有一些局限性。不均匀的地形可能会在小于0805封装尺寸的小表面贴装元件或细间距BGA（球栅阵列）下造成问题。在高密度互连板上，焊盘之间的桥接也是一个风险。此外，标准的含铅HASL含有铅，因此不符合RoHS法规。无铅HASL是一个选择，但成本更高。

对于主要通过孔部件或大型表面贴装的板子，HASL仍然是一个经济实惠的选择。然而，对于具有超细间距元件、密集布线和无铅要求的板子，其他处理方式可能更可取。

无铅喷锡（HASL）：

使用锡铜、锡镍或锡铜镍合金，而不是标准的锡铅焊料。这使其成为一个经济实惠且符合RoHS规定的选择。然而，像传统的HASL一样，它仍然受到不均匀地形的影响，可能会导致小表面贴装的问题。

对于具有高密度更细间距元件的板子，浸镀涂层可能是更好的选择，尽管它们的成本略高。浸镀涂层提供的均匀沉积有助于防止在具有微小芯片元件或球栅阵列的板上出现桥接和其他缺陷。总的来说，无铅HASL提供了具有成本效益的可焊性，结合了法规合规性。然而，某些具有小封装尺寸或细特征尺寸的应用可能会从浸镀涂层改进的表面平整性中受益。

沉金：

无电解金层覆盖镍（ENIG）是一种PCB表面处理，由镍镀层覆盖一层薄金层组成。这种组合提供了耐用、耐腐蚀的表面处理，具有长达数年的延长货架寿命。

浸镀沉积过程创造了一个适合具有细间距元件、BGA和小芯片封装的板子的均匀平坦表面。ENIG还支持线键合。然而，与其他表面处理相比，它的成本较高。

需要注意的潜在问题是在BGA封装下形成黑色焊盘和焊膏的激进蚀刻，这可能需要更大的焊膏坝。完全焊膏定义的BGA也应该避免使用这种表面处理。

化镍钯浸金（ENEPIG）：

这种表面处理提供了与ENIG和浸银等表面处理相当的可焊性，以及出色的耐腐蚀性和超过12个月的延长货架寿命。均匀的金属沉积提供了一个适合具有高密度元件和细特征尺寸的板子的理想平坦表面处理。ENEPIG也支持线键合。

潜在的缺点仍然是比其他常见表面处理更高的成本和一些对可修复性的限制。制造过程的兼容性也需要考虑。然而，对于需要货架寿命、键合性和可焊性的板子，尽管成本较高，ENEPIG可能值得考虑。

电镀金：

硬金镀层是PCB表面处理中最耐用的一种，通常在100微英寸的镍上沉积30-50微英寸的金。它为具有频繁配对周期的元件（如连接器）提供了出色的耐磨性。然而，硬金也是成本最高的表面处理之一。

由于其有限的焊接能力，硬金在焊接接头中的应用不频繁。典型应用包括边缘连接器、电池接触点和原型板上的测试点。硬度和寿命使其非常适合这些用例，尽管成本较高。硬金镀层的优点是长功能寿命、无铅兼容性和耐腐蚀性。缺点包括高昂的价格和通常需要的额外加工步骤，如总线镀层。

沉银：

沉银是一种无铅PCB表面处理，不会像基于锡的表面处理那样氧化铜。然而，暴露在空气中通常会导致其变色。为了保持可焊性，浸银PCB需要保护性包装，并且货架寿命短，为6-12个月。一旦从包装中取出，板子应在一天内进行焊接，以防表面处理退化。

浸镀沉积过程为具有细间距元件或球栅阵列的板子创造了出色的表面平整度。浸银相对于基于金的表面处理也是成本效益高的。然而，处理和暴露风险意味着装配工一旦打开板子就必须迅速工作。应避免使用可剥离的掩模以防止表面处理损坏。

沉锡：

沉锡是一种用于PCB的无铅表面处理，采用化学沉积技术实现。它在铜迹线上提供了一层薄而均匀的锡涂层。浸锡的平坦地形使其非常适合具有细间距元件、球栅阵列和其他小表面贴装的板子。作为一种经济实惠的浸镀涂层，锡确实有缺点。随着时间的推移，它可以氧化，降低可焊性。为了确保质量焊点，组装应在镀层后30天内进行。大批量生产可以减轻这一点，但小批量可能需要更货架稳定的表面处理，如浸银。

需要小心处理，因为浸锡对污染和晶须生长风险敏感。它还会蚀刻焊膏掩模，限制使用可剥离的掩模。然而，对于成本敏感的含铅或无铅板子，如果组装及时，浸锡可以提供可靠的可焊性。

OSP:

OSP 有机可焊性保护剂（OSP）通过在印刷电路板上沉积一层薄有机涂层来保护铜表面。这种OSP层是通过自动化过程如浸涂或喷涂应用的。它在焊接前防止铜氧化。

OSP薄膜非常薄，范围在0.05到0.2微米之间，因此厚度不能直接测量。它们提供临时保护，典型的货架寿命为3-6个月。与金属表面处理相比，OSP对环境的影响很小。然而，它们需要小心处理，以避免涂层损坏。

OSP的优点包括低成本、简单的过程添加、可修复性和无铅兼容性。缺点是货架寿命短，无法保护镀通孔，以及可能与自动光学检查存在潜在问题。

如何选择适合您PCB的表面处理工艺？下面我们列出了在选择PCB项目的印刷电路板表面处理时需要考虑的几个关键因素：

可焊性 - 表面处理在组装过程中被焊料润湿的能力，对于确保良好的焊点可靠性至关重要。

保质期 - 表面处理在氧化发生前能够维持可焊性的时间，这对于长时间保存PCB至关重要。

热循环性能 - 表面处理应该能够在操作过程中承受反复的加热和冷却周期，而不会开裂或退化。这对于将在预期环境中经历温度波动和热应力的产品很重要。

耐磨性 - 理想的表面处理在处理、组装、连接器配对或其他机械过程中能够抵抗磨损或退化。

成本 - 不同表面处理的材料和加工成本可能会有相当大的差异，因此需要在预算和性能要求之间进行平衡。

无铅兼容性 - 如果将使用无铅焊料合金，表面处理必须与无铅焊料兼容并且可被润湿。