現(xiàn)在有許多PCB表面處理工藝,，常見的是熱風(fēng)整平、有機(jī)涂覆OSP,、化學(xué)鍍鎳/浸金,、浸銀、浸錫和電鍍鎳金等工藝,。

圖1 線路板表面處理的種類

1. 熱風(fēng)整平HASL

熱風(fēng)整平又名熱風(fēng)焊料整平HASL (Hot Air Solder Leveled),，它是在PCB表面涂覆熔融錫鉛焊料并用加熱壓縮空氣整（吹）平的工藝，使其形成一層既抗銅氧化,，又可提供良好的可焊性的涂覆層,。可焊性好,，熱風(fēng)整平時(shí)焊料和銅在結(jié)合處形成銅錫金屬間化合物,。如圖1中a)所示。

PCB進(jìn)行熱風(fēng)整平時(shí)要浸在熔融的焊料中,；風(fēng)刀在焊料凝固之前吹平液態(tài)的焊料,；風(fēng)刀能夠?qū)~面上焊料的彎月狀最小化和阻止焊料橋接。熱風(fēng)整平分為垂直式和水平式兩種,，一般認(rèn)為水平式較好,，主要是水平式熱風(fēng)整平鍍層比較均勻，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),。熱風(fēng)整平工藝的一般流程為：微蝕→預(yù)熱→涂覆助焊劑→噴錫→清洗,。

HASL焊料的厚度和焊盤的平整度（園頂形）很難控制，很難用于貼裝窄間距元件,。無鉛HASL是用非鉛金屬或無鉛焊料合金取代Pb-Sn,。

2. 有機(jī)涂覆OSP

有機(jī)涂覆工藝OSP(Organic SolderabilityPreservative)不同于其他表面處理工藝，如圖1中b)所示。它是在銅和空氣間充當(dāng)阻隔層,；有機(jī)涂覆工藝簡(jiǎn)單,、成本低廉，這使得它能夠在業(yè)界廣泛使用,。早期的有機(jī)涂覆的分子是起防銹作用的咪唑和苯并三唑,，最新的分子主要是苯并咪唑，它是化學(xué)鍵合氮功能團(tuán)到PCB上的銅,。在后續(xù)的焊接過程中,，如果銅面上只有一層的有機(jī)涂覆層是不行的，必須有很多層,。這就是為什么化學(xué)槽中通常需要添加銅液,。在涂覆第一層之后，涂覆層吸附銅,；接著第二層的有機(jī)涂覆分子與銅結(jié)合,，直至二十甚至上百次的有機(jī)涂覆分子集結(jié)在銅面，這樣可以保證進(jìn)行多次回流焊,。試驗(yàn)表明：最新的有機(jī)涂覆工藝能夠在多次無鉛焊接過程中保持良好的性能,。

有機(jī)涂覆工藝的一般流程為：脫脂→微蝕→酸洗→純水清洗→有機(jī)涂覆→清洗，過程控制相對(duì)其他表面處理工藝較為容易,。

3. 化學(xué)鍍鎳/浸金ENIG

（1） 工藝流程

圖2 ENIG表面焊盤的結(jié)構(gòu)示意圖

化學(xué)鍍鎳/浸金工藝的一般流程為：酸性清潔→微蝕→預(yù)浸→活化→化學(xué)鍍鎳→化學(xué)浸金,，主要有6個(gè)化學(xué)槽，涉及到近100種化學(xué)品,，因此過程控制比較困難,。

（2） 應(yīng)用

化學(xué)鍍Ni和浸鍍金（ENIG）具有良好的可焊性，用于印制插頭（金手指）,、觸摸屏開關(guān)處,。Ni作為隔離層和可焊的鍍層，要求厚度≥3um,；Au是Ni的保護(hù)層 ,，Au能與焊料中的Sn形成金錫間共價(jià)化合物（AuSn4），在焊點(diǎn)中金的含量超過3%會(huì)使焊點(diǎn)變脆,，過多的Au原子替代Ni原子,，因?yàn)樘嗟腁u溶解到焊點(diǎn)里（無論是Sn-Pb還是Sn-Ag-Cu）都將引起“金脆”。所以一定要限定Au層的厚度,，用于焊接的Au層厚度≤1μm (ENIG ：0.05～0.3μm),。

如果鍍鎳工藝控制不穩(wěn)定，會(huì)造成“黑焊盤”現(xiàn)象,。如圖3中的例子,，

圖3

圖中a是焊接后元器件脫落現(xiàn)象, 可以看到焊盤發(fā)黑,；

b是沒有焊接QFP元器件之前線路板上的焊盤；

c是放大后QFP對(duì)應(yīng)的空焊盤有發(fā)黑的現(xiàn)象,；

d是在元器件引腳和焊盤的金相切片,，焊接的接觸面上出現(xiàn)了裂紋；

e針對(duì)焊盤上做的SEM掃描電鏡分析,，可以看到鎳層有粗糙空隙產(chǎn)生,。

（3） “黑焊盤”現(xiàn)象的產(chǎn)生原因

（a）PCB焊盤金鍍層和鎳鍍層結(jié)構(gòu)不夠致密，表面存在裂縫,，空氣中的水份容易進(jìn)入,，以及浸金工藝中的酸液容易殘留在鎳鍍層中。在鍍金時(shí),，由于Ni原子半徑比Au的小，因此在Au原子排列沉積在Ni層上時(shí),，其表面晶粒就會(huì)呈現(xiàn)粗糙,、稀松、多孔的形貌形成眾多空隙,，而鍍液就會(huì)透過這些空隙繼續(xù)和Au層下的Ni原子反應(yīng),，使Ni原子繼續(xù)發(fā)生氧化，而未溶走的Ni離子就被困在Au層下面,，形成了氧化鎳（NixOy）,。當(dāng)鎳層被過度氧化侵蝕時(shí)，就形成了所謂的黑焊盤,。

（b）鎳鍍層磷含量偏高或偏低,，導(dǎo)致鍍層耐酸腐蝕性能差，易發(fā)生腐蝕變色,，出現(xiàn)“黑盤”現(xiàn)象,，使可焊性變差。（PH為3～4較好）

（c）鍍鎳后沒有將酸性鍍液清洗干凈,長(zhǎng)時(shí)間 Ni被酸腐蝕,。

（d）焊接時(shí),，作為可焊性保護(hù)性涂覆層的薄薄的Au層很快擴(kuò)散到焊料中，露出已過度氧化,、低可焊性的Ni層表面,，勢(shì)必使得Ni與焊料之間難以形成均勻、連續(xù)的金屬間化合物（IMC）,，影響焊點(diǎn)界面結(jié)合強(qiáng)度,，并可能引發(fā)沿焊點(diǎn)/鍍層結(jié)合面開裂，嚴(yán)重的可導(dǎo)致表面潤(rùn)濕不良使元件從PCB上脫落或鎳面發(fā)黑,，俗稱“黑鎳”,。

大量研究和實(shí)際情況表明,，鍍層中P的含量是整個(gè)鍍層質(zhì)量的關(guān)鍵。當(dāng)P含量在7%-10%之間時(shí),，Ni層的質(zhì)量比較好,。

4. 浸銀

浸銀工藝(Immersion Silver) 如圖1中d)所示，介于有機(jī)涂覆和化學(xué)鍍鎳/浸金之間,，工藝比較簡(jiǎn)單,、快速；不像化學(xué)鍍鎳/浸金那樣復(fù)雜,，也不是給PCB穿上一層厚厚的盔甲,，但是它仍然能夠提供好的電性能。銀僅次于金,，即使暴露在熱,、濕和污染的環(huán)境中，銀仍然能夠保持良好的可焊性,，但會(huì)失去光澤,。浸銀不具備化學(xué)鍍鎳/浸金所具有的好的物理強(qiáng)度因?yàn)殂y層下面沒有鎳。另外浸銀有好的儲(chǔ)存性,，浸銀后放幾年組裝也不會(huì)有大的問題,。

浸銀是置換反應(yīng)，它幾乎是亞微米級(jí)的純銀涂覆,。有時(shí)浸銀過程中還包含一些有機(jī)物,，主要是防止銀腐蝕和消除銀遷移問題；一般很難測(cè)量出來這一薄層有機(jī)物,，分析表明有機(jī)體的重量少于1％,。

5. 浸錫

浸錫（Immersion Tin），如圖1中e)所示,。由于目前所有的焊料都是以錫為基礎(chǔ)的,，所以錫層能與任何類型的焊料相匹配。從這一點(diǎn)來看,，浸錫工藝極具有發(fā)展前景,。但是以前的PCB經(jīng)浸錫工藝后出現(xiàn)錫須，在焊接過程中錫須和錫遷徙會(huì)帶來可靠性問題,，因此浸錫工藝的采用受到限制,。后來在浸錫溶液中加入了有機(jī)添加劑，可使得錫層結(jié)構(gòu)呈顆粒狀結(jié)構(gòu),，克服了以前的問題,，而且還具有好的熱穩(wěn)定性和可焊性。

浸錫工藝可以形成平坦的銅錫金屬間化合物,，這個(gè)特性使得浸錫具有和熱風(fēng)整平一樣的好的可焊性而沒有熱風(fēng)整平令人頭痛的平坦性問題,；浸錫也沒有化學(xué)鍍鎳/浸金金屬間的擴(kuò)散問題——銅錫金屬間化合物能夠穩(wěn)固的結(jié)合在一起,。浸錫板不可存儲(chǔ)太久，組裝時(shí)必須根據(jù)浸錫的先后順序進(jìn)行,。

6. 電鍍鎳金

電鍍鎳金(Electrolytic Nickel/ Gold)是PCB表面處理工藝的鼻祖,，自從PCB出現(xiàn)它就出現(xiàn)，以后慢慢演化為其他方式,。如圖7-17中f)所示.它是在PCB表面導(dǎo)體先鍍上一層鎳后再鍍上一層金,，鍍鎳主要是防止金和銅間的擴(kuò)散。現(xiàn)在的電鍍鎳金有兩類：鍍軟金（純金,，金表面看起來不亮）和鍍硬金（表面平滑和硬,，耐磨，含有鈷等其他元素,，金表面看起來較光亮）,。軟金主要用于芯片封裝時(shí)打金線；硬金主要用在非焊接處的電性互連,。

考慮到成本,，業(yè)界常常通過圖像轉(zhuǎn)移的方法進(jìn)行選擇性電鍍以減少金的使用。目前選擇性電鍍金在業(yè)界的使用持續(xù)增加,，這主要是由于化學(xué)鍍鎳/浸金過程控制比較困難。

正常情況下,，焊接會(huì)導(dǎo)致電鍍金變脆,，這將縮短使用壽命，因而要避免在電鍍金上進(jìn)行焊接,；但化學(xué)鍍鎳/浸金由于金很薄,，且很一致，變脆現(xiàn)象很少發(fā)生,。

7. 其他表面處理工藝

其他表面處理工藝的應(yīng)用較少,，下面來看應(yīng)用相對(duì)較多的化學(xué)鍍鈀工藝。