线路板常用的9种表面处理方式,一起看下表面处理方式对电路板中射频性能的影响

阿财 阅读:14 3天前 评论:0

线路板表面处理方式一般有:热风整平、OSP、沉金、沉银、沉锡、化金、镀金、裸铜和绿油。

       严格来说,裸铜和绿油不算是表面处理方式的种类,但后面要分析裸铜和覆盖绿油与其他表面处理方式放在一起对比下对射频性能影响,所以就把他们归类到表面处理种类里去了。             


01
有机防氧化膜(OSP)


      OSP是印刷电路板(PCB)铜箔表面处理的符合RoHS指令要求的一种工艺。OSP是Organic Solderability Preservatives的简称, 中译为有机保焊膜,又称护铜剂,英文亦称之Preflux。简单地说,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。如下图所示,焊盘使用OSP的效果,OSP呈现出微红色的效果,使焊盘呈现出红色。



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。 


02

热风整平( HASL)


      热风整平又名热风焊料整平(俗称喷锡),英文全称为Hot Air Solder Leveling,通常简写为HASL,它是在PCB表面涂覆熔融锡(铅)焊料并用加热压缩空气整(吹)平的工艺,使其形成一层既抗铜氧化,又可提供良好的可焊性的涂覆层。


       热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属间化合物。PCB进行热风整平时要沉在熔融的焊料中,风刀在焊料凝固之前吹平液态的焊料,风刀能够将铜面上焊料的弯月状最小化和阻止焊料桥接。如下图所示,焊盘使用HASL的效果,使焊盘呈现出灰白色。



03

沉金(ENIG


 沉金即化镍沉金,也叫软金、化学镍金、化镍金、沉镍金或者无电镍金,英文全称为Electroless Nickel and Immersion Gold,简称ENIG。沉金是在铜面上包裹一层厚厚的、电性良好的镍金合金,这可以长期保护PCB;

另外沉金也具有其它表面处理工艺所不具备的对环境的忍耐性。此外沉金也可以阻止铜的溶解,这将有益于无铅组装,如下图所示,沉金使焊盘表面显示金黄色。


其优点是不易氧化,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。
其缺点是成本较高,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,不具备长期可靠性。 
04

沉银(Immersion Silver

         沉银也叫浸银,它是一种电化学沉积工艺,利用电解池中的电流,在铜板、不锈钢板或钛板表面镀上一层纯银。沉银工艺的原理是在电解液中加入银盐,电解液中的银离子在阳极吸附,通过电流的作用向阴极聚积,最终沉积在工件表面,形成一层厚度均匀、光洁度高、不易氧化的银层。沉银的优点是镀层致密、电特性良好、耐腐蚀性强,通常用于制作电子元器件、连接器、承载板等。   
       如下图所示,是开窗漏铜使用沉银的表面处理方式,表面显示出银白色的效果,颜色比HASL的更亮更白,焊盘表面的光洁度也更高。
 
05

沉锡(Immersion Tin)

 

       沉锡也叫浸锡一种通过化学置换反应沉积的金属层面,直接施加在电路板的基础金属铜上。它可以保护底层铜在其预期的保质期内不被氧化。由于所有焊料都是锡基的,锡层可以匹配任何类型的焊料。在锡浸液中加入有机添加剂后,锡层结构呈颗粒状结构,克服了锡须和锡迁移带来的问题,同时还具有良好的热稳定性和可焊性。

       沉锡工艺可以形成扁平的铜锡金属间化合物,使浸锡具有良好的可焊性没有平整度问题和金属间化合物扩散问题。沉锡板焊盘颜色和喷锡板相同,都是显示出焊锡本身的灰白色。只不过沉锡板的锡层厚度非常薄,大约在0.8um-1.2um之间,浸锡表面处理可实现出色的平整度(适用于 SMT),适用于细间距较小的组件,沉锡具有中等成本的无铅表面处理技术、优良的电气性能和长期可靠性,更适合于高性能、高可靠性要求的通信设备、医疗设备或需要长期稳定运行的电子产品。 

06

化金 (ENEPIG)

          化金也叫化学金、化学镀钯浸金化金镀层材料具有铜-镍-钯-金层结构,可直接引线键合到镀层。最后一层金非常薄,就像 沉金中的情况一样,金层很软,因此过度的机械损伤或深度划痕可能会暴露钯层。

         与 沉金 相比,化金在镍和金之间有一层额外的钯层,进一步保护镍层免受腐蚀,防止沉金饰面可能出现的黑垫。镍 的沉积厚度约为3~6μm,钯的厚度约为0.1~0.5μm,金的厚度为0.02~0.1μm。化金 表面处理由四个金属层组成:

          化金和沉金工艺类似,焊盘的颜色都是金黄色,只不过化金比沉金的金层厚度更薄,焊盘的光洁度也更高,很多时候,我们可以把化金和沉金看成同样的,因为化金不需要用到电,在台湾公司也叫沉金或物理金,对EDA工程师来说,没必要非得搞清两者的关系和区别,认为化金和沉金都是一个东东就可以了。 
07

镀金(Gold Plating )

        镀金也叫硬金、电金或闪金,技术上称为硬电解金由镀在镍涂层上的一层金组成。通常用于边缘连接器手指等高磨损区域。它在铜表面上的镍层上使用薄金覆盖。该工艺产生了非常耐用的金层,这使得硬镀金在 PCB 行业中非常普遍。尽管金的存在使该过程变得昂贵,但它为焊接提供了完美的表面。镀金的焊盘表面也是显示金黄色,它的金层最厚,因此价格最高,目前一平米的价格在1200-1800元之间。
        因其价格高昂,所以在使用时会和沉金、化金进行混合使用,比如下图中,板子金手指部分使用镀金,但其他地方仍使用化金或沉金,这样可以降低板子的镀金成本。镀金使用金作为镀层,一是为了方便焊接,二是为了防腐蚀;即使是用了好几年的内存条的金手指,依然是闪亮如新。

08

裸铜(Bare Copper)

      裸铜就是没有经过任何表面处理的焊盘,它直接将铜箔本体表面暴漏在空气中,显示黄铜本身的黄色。裸铜的成本最低,而且表面平整,焊接性良好(在没有被氧化的情况下)。

        裸铜容易受到酸及湿度影响,不能久放,拆封后需在2小时内用完,否则在空气中容易被氧化;而且无法使用于双面板,因为经过第一次回流焊后,第二面就已经氧化了。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接触良好。 

09

绿油(Solder Mask)

         绿油即液态光致阻焊剂,是一种丙烯酸低聚物。作为一种保护层,涂覆在印制电路板不需焊接的线路和基材上,或用作阻焊剂。英文名称为Soldermask,它的颜色有绿色、黑色、白色、红色、蓝色等好多种,因为绿色是市场最便宜,也是最容易买到的,更是我们最常见到的,故被称之为“绿油”

        以上就是线路板中常见到的几种表面处理方式,最常用就沉金、热风整平和OSP,这3者的使用场景不同。

       1)从焊接牢固性来讲,OSP的焊接强度最好,但这也是一把双刃剑,焊接太牢固了,后续维修拆卸起来麻烦,容易撕裂焊盘,尤其是BGA类,所以,试产或感觉后续维修的可能大,就不要采用OSP方式;

       2)从成本来看,热风整平的价格最低,沉金的价格最高;

       3)从保存时间来看,拆封后OSP表面过处理的板子经历3个月后,焊盘基本就会被氧化,沉金的时间最长,基本可以保持一年不被氧化。

       很多板子都采用混合的表面处理方式,比如压接类焊盘,采用沉金工艺,焊接类的焊盘采用OSP,BGA类的要求焊接效果,必须要采用OSP的等等。因此,EDA工程师在出制板文件的时候,就需要把OSP和沉金不同工艺的焊盘分开,Soldermask文件要按OSP和沉金出两个文件。


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