PCB表面处理工艺对比

PCB表面处理优点比较

工艺

    沉镍金ENIG

  (ElectrolessNickel ImmersionGold)

沉锡
(ImmersionTin)

 沉银
(Immersion silver)

    无铅喷锡
(Lead free HASL)

OSP

    电镍金
(Ni/AuPlating)

机理

先在电路板裸铜表面反应沉积形成一层含磷7-9%的镍镀层，厚度约3-5um,再于镍表面置换一层厚度约0.05-0.15um的纯金层。

在电路板裸铜表面经化学置换反应形成一层白而致密的锡镀层，厚度约0.7—1.2um。

在电路板裸铜表面经化学置换反应形成一层洁白而致密的银镀层，厚度约0.15-0.4um。

在电路板裸铜表面经热风整平形成一层较光亮而致密的无铅覆盖锡合金层，厚度约1-40um。

在电路板裸铜表面沉积形成一层平整而致密的有机覆盖层，厚度约0.2-0.6um,既可保护铜面，又可保证焊接性能。

在电路板裸铜表面上电镀铜/镍/金镀层，镍层约3-8um,金层约1-3u"。

优点

表面平整，厚度均匀

表面平整，厚度均匀

表面洁白平整，厚度均匀

表面光亮平整，有一定的厚度差异(与PCB产品焊盘设计有关)

覆盖层平整

表面平整，但有一定的厚度差异(与PCB的排版设计有关 )

可与无铅焊料和免
清洗助焊剂匹配

可与无铅焊料和免清洗助焊剂匹配

可与无铅焊料和免清洗助焊剂匹配

可与无铅焊料和免清洗助焊剂匹配

可与无铅焊料和免清洗助焊剂匹配

可与无铅焊料和免清洗助焊
剂匹配

适合于多次组装工艺

适合于2-3次组装工艺

适合于2-3次组装工艺

适合于多次组装工艺

适合于2-3次组装工艺

适合于多次组装工艺

可焊性可保持到12个月

可焊性可保持到6个月

可焊性可保持到6-12个月

可焊性可保持到12个月

可焊性可保持到6个月

可焊性可保持到12个月

可焊性良好，打线良好，低表面电阻，
并可耐多次接触(适用于一些按键位置)

表面处理层平整，易于进行元器件装贴，适合于高密度IC封装的PCB和FPC

表面处理层平整

易于进行元器件装贴

可焊性最佳，易于与焊料形成良好键合的合金层

表面处理层平整，易于进行元器件装贴

金手指位置可适合于反复插接(耐磨性能和耐腐蚀性能良好

PCB表面处理缺点比较

工艺

    沉镍金ENIG
(Electroless Nickel
Immersion Gold)

沉锡
(Immersion Tin)

      沉银
(Immersion silver)

    无铅喷锡
(Lead free HASL)

OSP

     电镍金
(Ni/AuPlating)

缺点

有机会出现黑焊盘

有可能出现锡须

不能接触含硫物质

有可能会出现锡须(通过焊料选择可控制在危害界限内 )

客户装配重工困难

内应力稍高

表面处理后若受到污染易产生焊接不良

表面易被污染而影响焊接性能

表面易被污染，银面容易变色，从而影响焊接性能和外观

表面处理温度高，可能会影响板材和阻焊油墨的性能

表面在保存环境差的情况下易出现OSP膜变色，焊接不良等

电镍金后还经过多道后工序，表面处理后若受到污染易产生焊接不良

成本很高

完成沉锡表面处理后如再受到高温烘板或停放时间较长，则可导致沉锡层的减少

有可能产生银迁移现象

密集IC位容易产生高低不平的差异，从而影响贴片的精度

部分微小孔通孔容
易产生OSP不良现象

线路侧面为裸铜，若使用环境较潮湿时可导致绝缘性能下降

                                                                                                                                 ENIG与OSP镀层工艺对比                                                                                                                                                                                                   

镀层种类

电镀镍金

化学镀镍金

化学镀镍钯金

OSP

定义

在金属铜上通过电流的作用电镀上镍、金镀层

化学镍金是通过化学反应在铜的表面置换钯再在钯核的基础上化学镀上一层镍磷合金层，然后再通过置换反应在镍的表面镀上一层金

化学镍钯金是通过化学反应在铜的表面置换钯再在钯核的基础上化学镀上一层镍磷合金层，然后在镍层上通过氧化还原生成一层钯层，再通过置换反应在钯(透过钯层的微小缝隙与镍层发生置换反应)的表面镀上一层金

通过"唑类"的物质与铜面发生络合反应，在铜面上形成一层薄薄的有机保护膜。

镀层性质

  镍、金合金镀层

镍、金合金镀层

镍、钯、金合金镀层

有机防氧化保护膜

互熔层

   金-锡

金-锡

金-金

铜-锡

反应原理                                    

①镀镍原理：
阳 极 :N I - 2 e → N    

阴极：Ni²+2e → Ni, Ni2+来源于阳极镍球解

②镀金原理：
阴极：Au   e - →Au

Au来源于添加金盐的水解

①化镍原理：步骤1:H₂PO²+H₂0=H₂Po³+2H'+2e",

脱氢析出电子步骤2:H₂PO²+mNi²+(2m-1)e=Ni P+20H

②化金原理：亚金离子与镍层发现置换反应：NL+2Aut=N12++2Au

①化镍原理：
步骤I:H₂Po² - H₂0=H₂Po³-2H'-2e ,脱氢析出电子步骤2:H₂PO²+nNi²+(2m+1)e=NiP+20H

②化钯原理：
步骤1:H₂P02-+H₂O=H₂P03--2H++2e,反应过程与镍相似步骤2:2e+Pd²=Pd,析出的电子将钯离子还原

③化金原理：
亚金离子与镍层发现置换反应：Ni+2Au=Ni²+2Au

通过“唑类”的物质与铜面发生络合反应，在铜面上形成一层薄薄的有机保护膜，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。

常见工艺  流程

除油→微蚀→预浸→镀镍→镀金

除油→微蚀→预浸→活化→后浸→化镍→化金

除油→微蚀→预浸→活化→后浸→化镍→化钯→化金

除油→微蚀→预浸→OSP→烘干

常见设备类型

  垂直龙门线/VCP线

垂直龙门线

垂直龙门线

水平线

药水成本

    高

高

高+

中

必要条件

必须通电通过引线使产品导电，在金属层(铜)上镀镍金

无需导电，在金属层(铜)上镀镍金

无需导电，在金属层(铜)上镀镍钯金

无需导电，在金属层(铜)上形成一层有机防氧化(保焊膜)

适用类型

常用于插拔手指的表面处理

无需导电，无设计的局限性，常用于BGA设计，或者无法设计引线的产品

可以设计更小的PIN间距，加大了布线的密度，如更高像素的摄像头模组产品

适用于线路简单、高焊接性能的产品

优点

1、高延展性、耐腐蚀、耐磨损 ；
2、制程简单，易于管控：
3、焊接性能好，可靠性佳：

4、操作温度低、时间短，对FPC(如油墨等)的攻击较小 ：
5、保存有效期较长；   

1、无需引线设计，设计局限性小：
2、镀层厚度均匀性好：
3、保存有效期较长：
4、焊接性能好，可靠性佳：

1、无需引线设计，设计局限性小：
2、镀层厚度均匀性好：

3、可以设计更小的焊盘，在原有的面积上增加更多的布线区域：

4、钯层既保护了镍层，也为金线互熔提供了基础，在较薄的金镀层也可以获得很好的绑线 效 果 ；

5、保存有效期较长：
6、焊接性能好，可靠性佳；
7、熔接层是FPC的金和金线的金互熔，普通镍金镀层无法满足。

1、制程简单，药水易于管理 ：
2、生产效率高；
3、焊盘平整度好；4、和焊盘之间无IMC层，锡层直接和铜进行焊接，具有很高的可靠性，结合力佳：

5、低温的加工工艺，成本低(可低于喷锡),加工时的能
源使用少等等

缺点

1、镀层厚度均匀性较差(对设备的要求高)

2、产品必须有引线设计，通电后才可发生反应，有一定的局限性

1、制程较为复杂，药水消耗较快(镍槽)难以管理；

2、产品上金的原理是金槽的金离子对镍层进行置换，所以只能做较薄的金，如果做厚金会造成镍层有轻微腐蚀，其可靠性将会下降。

3、操作温度高、时间长，对FPC(如油墨等)的攻击较大

1、制程较为复杂，药水消耗较快(镍槽)难以管理：2、操作温度高、时间长，对FPC(如油墨等)的攻击较大 ：

1、形成的保护膜极薄，易于划伤(或擦伤),必须精心操作和运放；

2、经过多次高温焊接过程的OSP膜(指未焊接的连接盘上OSP膜)会发生变色或裂缝，影响可焊性和可靠性；
3、对设备要求较高；
4、保存有效期较短。