PCB設(shè)計完成后,給到PCB板廠打樣,在給板廠下單時,會附上一份PCB加工工藝說明文檔,其中有一項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,其會對最終的PCB加工報價產(chǎn)生比較大的影響,不同的PCB表面處理工藝會有不同的收費,下邊咱們科普一些關(guān)于PCB打樣表面處理工藝的術(shù)語。
首先說下為什么要對PCB表面進行特殊的處理
因為銅在空氣中很容易氧化,銅的氧化層對焊接有很大的影響,很容易形成假焊、虛焊,嚴重時會造成焊盤與元器件無法焊接,正因如此,PCB在生產(chǎn)制造時,會有一道工序,在焊盤表面涂(鍍)覆上一層物質(zhì),保護焊盤不被氧化。
目前國內(nèi)板廠的PCB表面處理工藝有:噴錫(HASL,hot air solder leveling 熱風整平)、沉錫、沉銀、OSP(防氧化)、化學沉金(ENIG)、電鍍金等等,當然,特殊應用場合還會有一些特殊的PCB表面處理工藝。
對比不同的PCB表面處理工藝,他們的成本不同,當然所用的場合也不同,只選對的不選貴的,目前還沒有最完美的PCB表面處理工藝能夠適合所有應用場景(這里講的是性價比,即以最低的價格就能滿足所有的PCB應用場景),所以才會有這么多的工藝來讓我們選擇,當然每一種工藝都各有千秋,存在的既是合理的,關(guān)鍵是我們要認識他們用好他們。
PCB表面處理工藝
物理性能 |
熱風整平
(噴錫) |
化學錫 |
化學銀 |
有機可焊保護劑
(OSP) |
電鍍鎳金
(電鍍金) |
化學鍍鎳金(沉金)
(ENIG) |
保存壽命(月) |
12 |
12 |
12 |
6 |
6 |
6 |
可經(jīng)歷回流次數(shù) |
4 |
5 |
5 |
4 |
4 |
4 |
成本 |
中等 |
中等 |
中等 |
低 |
高 |
高 |
工藝復雜度 |
高 |
中等 |
中等 |
低 |
高 |
高 |
工藝溫度 |
250℃ |
50 |
70 |
40 |
55-60 |
80 |
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 |
下邊來對比一下不同的PCB表面處理工藝的優(yōu)缺點和適用場景。
裸銅板
? 優(yōu)點:成本低、表面平整,焊接性良好(在沒有被氧化的情況下)。
? 缺點:容易受到酸及濕度影響,不能久放,拆封后需在2小時內(nèi)用完,因為銅暴露在空氣中容易氧化;無法使用于雙面板,因為經(jīng)過第一次回流焊后第二面就已經(jīng)氧化了。如果有測試點,必須加印錫膏以防止氧化,否則后續(xù)將無法與探針接觸良好。
噴錫板(HASL,Hot Air Solder Levelling,熱風整平)
? 優(yōu)點:價格較低,焊接性能佳。
? 缺點:不適合用來焊接細間隙的引腳以及過小的元器件,因為噴錫板的表面平整度較差。在PCB加工中容易產(chǎn)生錫珠(solder bead),對細間隙引腳(fine pitch)元器件較易造成短路。使用于雙面SMT工藝時,因為第二面已經(jīng)過了一次高溫回流焊,極容易發(fā)生噴錫重新熔融而產(chǎn)生錫珠或類似水珠受重力影響成滴落的球狀錫點,造成表面更不平整進而影響焊接問題。
噴錫工藝曾經(jīng)在PCB表面處理工藝中處于主導地位。二十世紀八十年代,超過四分之三的PCB使用噴錫工藝,但過去十年以來業(yè)界一直都在減少噴錫工藝的使用。噴錫工藝制程比較臟、難聞、危險,因而從未是令人喜愛的工藝,但噴錫工藝對于尺寸較大的元件和間距較大的導線而言,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,但實際應用較少。目前一些工廠采用OSP工藝和浸金工藝來代替噴錫工藝;技術(shù)上的發(fā)展也使得一些工廠采用沉錫、沉銀工藝。加上近年來無鉛化的趨勢,噴錫工藝使用受到進一步的限制。雖然目前已經(jīng)出現(xiàn)所謂的無鉛噴錫,但這可將涉及到設(shè)備的兼容性問題。
OSP(Organic Soldering Preservative,防氧化)
? 優(yōu)點:具有裸銅板焊接的所有優(yōu)點,過期(三個月)的板子也可以重新做表面處理,但通常以一次為限。
? 缺點:容易受到酸及濕度影響。使用于二次回流焊時,需在一定時間內(nèi)完成,通常第二次回流焊的效果會比較差。存放時間如果超過三個月就必須重新表面處理。打開包裝后需在24小時內(nèi)用完。 OSP為絕緣層,所以測試點必須加印錫膏以去除原來的OSP層才能接觸針點作電性測試。
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,如單面電視機用PCB、高密度芯片封裝用板。對于BGA方面,OSP應用也較多。PCB如果沒有表面連接功能性要求或者儲存期的限定,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估不準的產(chǎn)品上,如果公司內(nèi)電路板的庫存經(jīng)常超過六個月,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:不易氧化,可長時間存放,表面平整,適合用于焊接細間隙引腳以及焊點較小的元器件。有按鍵PCB板的首選。可以重復多次過回流焊也不太會降低其可焊性??梢杂脕碜鳛镃OB(Chip On Board)打線的基材。
? 缺點:成本較高,焊接強度較差,因為使用無電鍍鎳制程,容易有黑盤的問題產(chǎn)生。鎳層會隨著時間氧化,長期的可靠性是個問題。
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的儲存期的板子上,如按鍵觸點區(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題和OSP工藝助焊劑的清除問題,二十世紀九十年代沉金使用很廣;后來由于黑盤、脆的鎳磷合金的出現(xiàn),沉金工藝的應用有所減少,不過目前幾乎每個高技術(shù)的PCB廠都有沉金線。考慮到除去銅錫金屬間化合物時焊點會變脆,相對脆的鎳錫金屬間化合物處將出現(xiàn)很多的問題。因此,便攜式電子產(chǎn)品(如手機)幾乎都采用OSP、沉銀或沉錫形成的銅錫金屬間化合物焊點,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,沉銀是一個好的選擇;加上沉銀良好的平坦度和接觸性,那就更應該選擇沉銀工藝。在通信產(chǎn)品、汽車、電腦外設(shè)方面沉銀應用得很多,在高速信號設(shè)計方面沉銀也有所應用。由于沉銀具有其它表面處理所無法匹敵的良好電性能,它也可用在高頻信號中。EMS推薦使用沉銀工藝是因為它易于組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、焊點空洞等缺陷使得其增長緩慢(但沒有下降)。
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)自動化的要求的結(jié)果。沉錫在焊接處沒有帶入任何新元素,特別適用于通信用背板。在板子的儲存期之外錫將失去可焊性,因而沉錫需要較好的儲存條件。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)小伙伴們會對沉金和鍍金工藝傻傻搞不清楚,下邊來對比下沉金工藝和鍍金工藝的區(qū)別和適用場景
性能 |
外觀 |
可焊性 |
信號傳輸 |
品質(zhì) |
鍍金板 |
金色發(fā)白 |
一般,偶有焊接不良的情況 |
趨膚效應不利于高頻信號的傳輸 |
1、金面易氧化
2、易造成金絲微短
3、阻焊結(jié)合力不強 |
沉金板 |
金黃色 |
好 |
趨膚效應對信號沒有影響 |
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,不會造成焊接不良;
? 沉金板只有焊盤上有鎳金,趨膚效應中信號的傳輸是在銅層不會對信號有影響;
? 沉金較鍍金晶體結(jié)構(gòu)更致密,不易氧化;
? 沉金板只有焊盤上有鎳金,不會產(chǎn)生金絲造成微短;
? 沉金板只有焊盤上有鎳金,線路上阻焊與銅層結(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,對于金手指板則鍍金效果會更好。
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