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常见PCB表面处理工艺及比较

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常见PCB表面处理工艺及比较

目前国内板厂常见的PCB表面处理工艺有:喷锡(HASL,hot air solder leveling 热风平整)、OSP(防氧化)、化学沉金(ENIG)、电镀金等等,当然,特殊应用场合还会有一些特殊的PCB表面处理工艺。


裸铜板

优点:低成本,表面比较平整,焊接性良好
缺点:容易受到酸及湿度影响,不能久放,拆封之后需要在2小时内用完,因为铜暴露在空气中容易氧化;无法使用双面板,因为经过第一次回流焊接之后第二面已经被氧化了。如果有测试点,必须加印锡膏以防止氧化,否则后续将无法与探针进行良好接触。


喷锡板

有铅喷锡:价格便宜,焊接性能佳,机械强度,光亮度等有铅要比无铅好,但是其具有铅等重金属,不环保,无法过ROHS

无铅喷锡:价格便宜,但光亮度相比有铅会比较暗淡,且环保,能过ROHS

共同缺点:
不适合用来焊接细间隙的引脚以及过小的元器件,因为喷锡板的表面平整度较差。在PCB加工中容易产生锡珠(solder bead),对细间隙引脚(fine pitch)元器件较易造成短路。使用于双面SMT工艺时,因为第二面已经过了一次高温回流焊,极容易发生喷锡重新熔融而产生锡珠或类似水珠受重力影响成滴落的球状锡点,造成表面更不平整进而影响焊接问题。


OSP

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:具有裸铜焊接的所有优点,板子长期放置导致过期三个月也可以重新做表面处理,但通常以以此为限;

缺点:容易受到酸及湿度影响。使用于二次回流焊时,需在一定时间内完成,通常第二次回流焊的效果会比较差。存放时间如果超过三个月就必须重新表面处理。打开包装后需在24小时内用完。 OSP为绝缘层,所以测试点必须加印锡膏以去除原来的OSP层才能接触针点作电性测试。组装工艺需要进行大的改变,如果探测未加工的铜表面会不利于ICT,过尖的ICT探针可能损坏PCB,需要手动的防范处理,限制ICT测试和减少了测试的可重复性。

适用场景:估计目前约有25%-30%的PCB使用OSP工艺,该比例一直在上升(很可能OSP工艺现在已超过喷锡而居于第一位)。OSP工艺可以用在低技术含量的PCB,也可以用在高技术含量的PCB上,如单面电视机用PCB、高密度芯片封装用板。对于BGA方面,OSP应用也较多。PCB如果没有表面连接功能性要求或者储存期的限定,OSP工艺将是最理想的表面处理工艺。


沉金

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。

适用场景: 沉金工艺与OSP工艺不同,它主要用在表面有连接功能性要求和较长的储存期的板子上,如手机按键区、路由器壳体的边缘连接区和芯片处理器弹性连接的电性接触区。由于喷锡工艺的平坦性问题和OSP工艺助焊剂的清除问题,二十世纪九十年代沉金使用很广;后来由于黑盘、脆的镍磷合金的出现,沉金工艺的应用有所减少,不过目前几乎每个高技术的PCB厂都有沉金线。考虑到除去铜锡金属间化合物时焊点会变脆,相对脆的镍锡金属间化合物处将出现很多的问题。因此,便携式电子产品(如手机)几乎都采用OSP、沉银或沉锡形成的铜锡金属间化合物焊点,而采用沉金形成按键区、接触区和EMI的屏蔽区,即所谓的选择性沉金工艺。估计目前大约有10%-20%的PCB使用化学镀镍/浸金工艺。

 

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2019年6月2日 08:02

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