PCB表面成型的类型及选择

制作制板说明书时，应注意以下事项：PCB基板材料，阻焊剂，丝网印刷，表面成型，威廉希尔官方网站 板尺寸和厚度，铜厚度，盲孔和埋孔，通孔电镀，SMT，面板，公差等在实际制造威廉希尔官方网站 板之前要考虑到这一点。在这些项目中，表面成型的选择属于第一类，因为表面成型对提高电子产品的可靠性起着极其重要的作用。由于PCB上的铜层很容易被氧化，因此生成的铜氧化层会严重降低焊接质量，从而降低最终产品的可靠性和有效性。表面成型具有导电性，可防止焊盘氧化，并确保出色的可焊性和电性能。

表面成型或表面涂层是PCB板制造和威廉希尔官方网站 卡组装之间过程中最重要的一步，具有两个主要功能，其中之一是保留裸露的铜威廉希尔官方网站 ，另一个是在焊接时提供可焊接的表面组件连接到PCB.如图1所示，表面成型位于PCB的最外层且在铜之上，起到铜的“涂层”作用。

表面成型的类型

基本上，有两种主要类型的表面成型：金属的和有机的。HASL，ENIG / ENEPIG，沉金和沉锡均属于金属表面成型，而OSP和碳墨均属于有机表面成型。

•HASL（热空气焊料调平）

HASL是一种应用于pcb的传统表面处理方法。PCB通常浸在熔化的焊锡中，这样所有裸露的铜表面都被焊锡覆盖。多余的焊锡通过热风刀之间的PCB去除。通常，HASL遵循如下图2所示的过程:

HASL表面成型的优点	HASL表面成型的缺点
•组件焊接过程中具有良好的润湿性； • 避免了铜质腐蚀，	• 垂直调平机的平面性低导致HASL不能接受精细的部件； • 工艺过程中的高热应力会导致威廉希尔官方网站 板出现缺陷；

为了符合有关环境保护的规定，HASL分为两个子类别：有铅HASL和无铅HASL。后者符合欧盟最初采用的RoHS（有害物质限制）法规和法律。

•ENIG和ENEPIG

ENIG是化学镀镍的缩写，由化学镀镍和浸入金的薄层组成，可保护镍免受氧化。ENEPIG，也称为化学镍化学镀钯金，与ENIG的不同之处在于，钯层用作电阻层，可阻止镍氧化和扩散到铜层。与其他类型的表面成型相比，ENIG和ENEPIG可为PCB提供最高的可焊性，但成本要高得多。ENIG和ENEPIG的制造工艺之间的差异可以在下面的图3中找到。

化学镍步骤是一种自动催化过程，包括在钯催化的铜表面上沉积镍。必须补充含有镍离子的还原剂，以提供产生均匀涂层所需的适当浓度，温度和酸度。在浸金步骤中，金通过分子交换粘附在镀镍区域，这将保护镍直至焊接过程。金的厚度需要满足一定的公差，以确保镍保持其可焊性。

ENIG和ENEPIG分别有其优点和缺点。例如，ENIG具有平坦的表面，简单的工艺机制和耐高温性，而ENEPIG具有出色的多次回流循环能力，并具有高度可靠的引线键合能力。根据ENIG和ENEPIG之间的比较，可以将它们应用于不同的应用中以实现不同的目的。ENIG适用于无铅焊接，SMT（表面安装技术），BGA（球栅阵列）封装等。而ENEPIG能够满足包括THT（通孔技术），SMT，BGA在内的多种封装的严格要求，引线键合，压入配合等。

•ImAg（浸银）

ImAg由在铜导线上的薄浸银镀层组成。通常，ImAg遵循以下步骤：

ImAg表面成型的优点	ImAg表面成型的缺点
•平整； •短而容易的过程周期； •价格便宜； •高导电性； •适用于小间距产品； •铜/锡焊点； •可重复加工； •不影响孔的大小；	•失去光泽； •白银迁移； •平面微空隙； •蠕变腐蚀；

ImAg是用于焊接和测试的良好表面成型类型。蠕变腐蚀是其主要缺点。

•ImSn（浸锡）

ImSn与ImAg基本相同，不同之处在于ImSn中使用锡，而ImAg中使用银。就ImSn的优势而言，它在铜焊盘上提供了极其平坦的表面成型，使其非常适合SMT应用。此外，ImSn还提供了一种可以通过常见的自动光学检测技术轻松检测到的表面。

•OSP（有机可焊性防腐剂）

OSP是一种参与了透明有机材料的表面成型。它使用一种水基有机化合物，该有机化合物选择性地结合到铜上并保护铜直到焊接为止。通常，OSP遵循以下过程：

OSP表面成型的优点	OSP表面成型的缺点
•平整/平面；•短而容易的过程周期；•价格便宜；•可重做；•不影响成品孔尺寸；•铜/锡焊点；	•不耐多次回流；•有限的保质期；•不导电；•难以检查；•有限的热循环；

上面的描述无法解释有关OSP的任何内容。您可以参考关于OSP几乎不了解的文章，以获取OSP表面成型技术的更多详细信息。

总而言之，每种类型都有其自身的优点和缺点。您应该根据电子产品的使用目的，性能要求，成本，耐腐蚀性，ICT（在线测试），孔填充等选择最合适的表面成型。选择过程中考虑的项目越多，精度越高。

一般来说，就成本而言，比较这些类型的表面成型，ImAg和OSP最便宜，而ENIG最昂贵。就耐腐蚀性而言，HASL和ImSn具有最佳的耐腐蚀性，而ImAg具有最差的耐腐蚀性。就ICT而言，只有OSP最差，而其他OSP则同样好。在空洞填充方面，HASL和ENIG优于其他类型。

表面成型选择

PCB的表面成型选择是PCB制造中最重要的步骤，因为它直接影响工艺良率，返工数量，现场故障率，测试能力，报废率和成本。关于组装的所有重要考虑因素都必须纳入表面成型的选择中，以确保最终产品的高质量和高性能。

在PCB组装过程中，不同位置的人对如何选择表面成型有不同的看法，如下图所示：

显然，不同职位的人有不同的选择标准。无论选择哪种类型，它都只满足人们的需求和便利，而很少考虑PCB和PCB组件的质量，性能和可靠性。

根据上述每种类型的表面成型的介绍，某些属性是最重要的选择标准。下表显示了每种类型的表面成型的“具有”和“不具有”的属性。根据PCB产品的特定要求和功能，您可以按照此表选择理想的表面成型选项。

项目	HASL	ENIG	ENEPIG	ImAg	ImSn	OSP
产品成本敏感	√	X	X	√	√	√
需要大批量	X	X	X	√	√	√
表面成型的化学品	√	X	√	X	√	√
无铅波峰焊	√	√	√	√	X	X
使用的细间距组件	X	√	√	√	√	√
引线键合至表面成型的要求	X	√	√	√	X	X
高产量ICT	√	√	√	√	√	X
无铅冲击/跌落	√	X	X	√	√	√
腐蚀失效的可能性	√	√	√	X	√	√

总而言之，对于表面成型选择的类型，必须选择最佳类型，并且可以实现众多功能。每种类型的表面成型都有其自身的优点和缺点。但是不用担心。有一些工程上的技巧可以解决由于表面成型引起的问题。例如，对于OSP润湿力较低的缺点，可以使用一些解决方案，例如更改板的可焊性镀层或波峰焊合金，增加顶侧预热等。关键点是必须按顺序考虑所有可能的元素。获得理想的性能。

如今，环境问题在电子领域变得越来越重要。为了限制产生的有害物质，欧盟已发布了RoHS。RoHS，也称为无铅，代表有害物质限制。RoHS，也称为Directive 2002/95 / EC，起源于欧盟，并限制使用在电气和电子产品中发现的六种有害物质。自2006年7月1日起，所有在欧盟市场上适用的产品都必须通过RoHS认证。RoHS影响整个电子行业以及许多电气产品。因此，未来无铅焊料的表面成型将有更多的关注者。

ENIG和ENEPIG之间的比较

在PCB制造过程中应用的技术中，那些有助于表面成型的技术在PCB组装以及其中应用了威廉希尔官方网站 板的电子产品的应用中起着至关重要的作用。

PCB上的铜层容易在空气中被氧化，从而易于产生铜氧化，这将严重降低焊接质量。但是，表面成型能够阻止铜垫氧化，因此可以保证出色的可焊性和相应的电气性能。市场对电子设备的小型化，更高的功能性和可靠性的不断增长的市场需求将PCB推向薄，轻量，高密度和更高的信号传输速度。因此，表面成型必须在稳定性和可靠性方面接受即将到来的挑战，以与上述开发要求兼容。

此外，基于对环境友好型可持续发展意识的增强，涉及PCB表面成型的环境污染问题正日益引起全球关注。欧盟制定的RoHS（有害物质限制）和WEEE（废弃电气电子设备）法规旨在消除电子产品中的铅和汞等有害物质，要求绿色或无铅的PCB表面生产结束。ENIG（化学镀镍沉金）和ENEPIG（化学镀镍沉金）作为一种表面成型，不仅可以满足PCB市场所要求的技术要求，而且还可以根据无铅焊料的趋势进行调整，因此发展潜力。

然而，人们很难分辨出ENIG和ENEPIG之间的区别，更不用说知道何时依赖哪个。本文的以下内容将提供ENIG和ENEPIG的定义及其制造工艺，讨论它们的优缺点，目的是提供在特定情况下何时使用每种成型的指南。

表面成型选择注意事项

到目前为止，公认的主要表面成型为HASL（热风焊料调平），OSP（有机焊料防腐剂），浸锡，浸金，ENIG和ENEPIG。面对具有各自优点和缺点的不同表面成型，当您选择一种与您的产品兼容的类型时，是否遭受了剧烈的痛苦？实际上，无论您的PCB产品类型是什么或必须满足什么要求，您对表面成型的选择都必须基于成本，最终产品的应用环境，细间距组件，无铅或无铅，RF应用中的考虑因素。（高频率可能性），保质期，抗冲击和跌落，热阻，体积和产量。

因此，上面提到的考虑元素可以作为您最终决定PCB表面成型的参考之一。当然，这些项目永远不可能是具有同等重要性的平均重要性。然后，在你准备好依赖这个列表并考虑你具体的产品情况之前，应该澄清每个项目的重要性程度。

ENIG和ENEPIG的出现

早在20世纪90年代，由于PCB向更好的线路和微孔的发展，加上HASL和OSP的突出缺点，如前者的平坦性问题和后者的通量消除问题，ENIG开始被用作PCB制造中表面抛光的另一种替代方案。

为了击败黑镍板，ENIG的主要弱点，ENEPIG作为ENIG的升级版问世。通过在化学镍和浸金之间添加镀钯，ENEPIG会包含一层电阻薄层，其厚度通常在0.05μm至0.1μm的范围内。钯层在阻止浸金技术腐蚀镍层方面发挥了作用。结果，ENEPIG能够克服由ENIG保持的黑垫的缺陷。此外，ENEPIG具有高度可靠的引线键合能力，出色的多次回流焊接能力以及包含开关触点表面的特性，使其能够同时满足高密度PCB和多表面封装的严格要求。基于这些优点，ENEPIG也被称为通用表面成型。

ENIG和ENEPIG的优缺点

在1990年代，随着PCB细线和HASL（热空气焊料调平）的微孔和平面度问题以及OSP（有机可焊性防腐剂）的消除焊锡问题的发展趋势，ENIG技术开始在PCB制造中被广泛使用。

与ENIG相比，ENEPIG技术早在1980年代就已应用于PCB制造。然而，由于ENEPIG成本高且产品对表面成型要求低，因此并未得到广泛使用和推广。目前，对小型化，薄型化和多功能的要求为ENEPIG提供了更多机会。

下表显示了ENIG和ENEPIG的优点。

	ENIG	ENEPIG
好处	•易于加工的机制 •平坦的表面 •良好的抗氧化性 •良好的电性能 •耐高温 •良好的热扩散性 •保质期长 •无集肤效应 •可用于未经处理的接触表面 •无铅	•出色的多次回流循环 •能够确保良好的可焊性 •高度可靠的引线键合能力 •表面作为键触点 •与Sn-Ag-Cu焊料高度兼容 •适用于多种封装，尤其是具有多种封装类型的PCB •无黑色垫

ENEPIG技术是在ENIG技术的基础上发展而来的，其中添加了钯层，因此其性能得到了极大的提高。理由是：a.具有致密膜结构的钯层完全覆盖在镍层上，钯层中的磷含量低于镍层中的普通含量，从而避免了黑镍的产生条件，并且消除了黑垫的可能性。b.钯的熔点为1,554℃，高于金的熔点（1,063℃）。因此，钯在高温下的熔化速度相对较慢，并且具有足够的时间来产生用于保护镍层的电阻层。c.钯比金具有更高的硬度，从而提高了焊料的可靠性，引线键合能力和减摩性能。d.锡钯合金具有最强的防腐能力，能够阻止由一次电池腐蚀引起的蠕变腐蚀，从而可以延长使用寿命。e。钯的使用能够减小金层的厚度，与ENIG相比，其成本降低了60％。

每个硬币都有两个面。除了优点之外，ENIG和ENEPIG也有一些缺点。

	ENIG	ENEPIG
缺点	•受电镀条件和整个过程控制的影响 •受化学镀镍和金的厚度的影响 •电镀液的电镀面积受金属面积大小的影响 •相对较低的润湿性 •容易产生黑垫 •大大降低了焊点的可靠性 •集肤效应	•由于钯层太厚，降低了可焊性 •较慢润湿 •成本高

具有成本效益的表面成型的措施

根据ENIG和ENEPIG的优缺点，当首先考虑可靠性时，选择ENEPIG作为更好的解决方案是很自然的。但是，其较高的成本阻止了一些公司牺牲一些收入。但是，由于我们已采取措施消除应用ENIG的黑色焊盘问题，因此您完全可以获得质量与成本之间的最佳平衡。

黑色衬垫随ENIG的出现而诞生。在将金浸入ENIG中的过程中，由于不良操作下的镍腐蚀，容易造成黑色焊盘。过度的镍腐蚀将大大降低润湿性，并降低焊接性能，当焊料与腐蚀的镍表面粘接时，焊料必须承受更大的应力。最终，用于焊料和镍之间接触的接触层会破裂，并产生黑色的镍表面，称为黑色焊盘。

由于ENIG包含化学镀金层，因此很难总结是否存在黑垫。除非通过化学方法将金从表面上剥离下来，否则镍将不会被暴露。另外，在镍和金的接触处（焊接前）和焊料与镍的接触处（焊接后）将形成富含P的镍层。这实际上是自然现象，并且与黑垫无关。

导致黑垫的主要原因有两个方面。首先，技术实施受到这样的不良控制，使得晶体颗粒不均匀地生长，并且在具有低质量产生的镍膜的晶体颗粒之间发生许多裂纹。其次，实施金浸没需要很长时间，以致在镍表面上容易产生腐蚀并产生裂纹。

在影响化学镀镍的所有元素中，阻焊层脱颖而出的原因如下：

原因1：阻焊层的交叉键合和刚性不足，容易在铜表面留下污染物，从而阻止了活化反应的发生。在热的化学镍溶液中，会产生氢气释放出焊料掩膜单体。然后，它禁止化学镍的反应并破坏化学平衡。

原因2：阻焊层不良的表面会导致焊盘表面劣化。

原因3：填充在微通孔中的阻焊层倾向于经历电化学反应，从而将阻止形成均匀的催化表面。

为了成功解决黑垫问题，可以采取三种措施：

措施1：应控制化学镍溶液的pH值。

措施2：必须分析化学镍溶液的稳定剂含量。

措施3：浸金时应停止镍表面腐蚀。

到目前为止，沉金技术的改进已取得了良好的效果。新开发的浸金技术不仅可以减少镍表面的腐蚀，而且还有助于降低成本。与上一代的浸金溶液（pH = 4.5-5.5）相比，新一代的浸金溶液的pH值范围为7.0至7.2，接近中性。中性液体在阻止氢离子腐蚀镍表面方面表现最佳。而且，新一代浸金技术可以在较低的金溶液中实施，这使初始原材料的成本降低了50％至80％，并且对底层的镍影响很小。

当谈到柔性PCB的表面成型时，如果将当前的ENIG直接施加到柔性威廉希尔官方网站 板上，则随着基板弯曲，带有层的镍膜会产生裂纹，这将进一步导致底层铜的裂纹。为了适应柔性板的表面成型要求，新开发的化学镀镍技术能够产生具有柱状结构的镍膜。当基板弯曲时，在表面只能形成微裂纹，并且裂纹不会散布到底层的铜中。

上面列出的所有分析和措施仅适用于ENIG，而ENEPIG则不需要它们作为ENIG的升级版。

实际上，上述措施是由PCB制造商积累并测试的，可以满足客户对高可靠性和低成本的需求。一旦选择了ENIG，即使由于我们以客户为导向的原则而存在“严重”缺陷，我们仍然有责任确保其质量。

ENIG和ENEPIG之间的应用比较

ENIG和ENEPIG应用领域因其独特的优势而有所不同。ENIG适用于无铅焊接，SMT（表面安装技术），BGA（球栅阵列）封装等。ENIG能够提供的行业和产品包括数据/电信，高端消费者，航空航天，军事和高性能设备和医疗行业。此外，由于其可靠性高，ENIG特别适用于柔性市场。

ENEPIG能够满足多种封装的更严格要求，包括THT（通孔技术），SMT，BGA，引线键合，压配合等。更好的是，ENEPIG还适用于具有不同封装技术的PCB.因此，ENEPIG的应用领域可服务于对密度和可靠性有更高要求的航空航天，军事和高性能设备以及医疗行业。

实际上，PCB板制造商的工作就是为客户提供最优质的产品。作为PCB制造过程中的重要一步，高质量的表面成型绝对决定了威廉希尔官方网站 板的高质量。因此，PCB制造商必须确保表面成型能够满足其所服务的威廉希尔官方网站 板和最终产品所要求的要求。

技术与制造过程

要了解ENIG和ENEPIG的技术和制造工艺可能有些沉闷，但是它可以让您确切地知道这两种表面成型会发生什么。

1）ENIG的技术与制造工艺

ENIG中涉及三层金属结构，包括铜，镍和金。该过程主要包括：铜活化，ENP（化学镀镍）和浸金。

•铜活化

铜活化是在ENP中进行选择性沉积的特权。需要置换反应，以便可以在充当催化表面的铜层上生成钯的薄层。在PCB制造过程中，PdSO4和PdCl2通常用作具有以下反应式的活化剂：

Cu+Pd2+→Cu2++Pd

•ENP

在ENIG技术中，镍层具有两个功能。作为阻挡层，它可以阻止铜和金的相互扩散。另一方面，它会与锡反应，生成优异的IMC（金属间化合物）Ni3Sn4，从而可以确保良好的组装可焊性。在催化表面的作用下，ENP通过与NaH2PO2作为还原剂的氧化还原反应导致镍层的沉积。一旦镍层完全被钯催化表面覆盖，单质镍就使镍沉积继续作为ENP的催化剂。

重要的是要指出的是，通过还原剂的水解所发射的原子状态的活性氢的NaH很重要2PO2，使镍2+还原成镍的单质情况H2PO2-磷的单质。因此，ENIG技术中的ENP层实际上是镍-磷合金层。该步骤的反应公式如下：

ħ2PO2-+ H2O→H ^++ HPO32-+ 2H

Ni2++ 2H→Ni↓+ 2H+

ħ2PO2-+ H→P↓+ OH-+ H2ö

ħ2PO2-+ H2O→H ^2↑+ H++ HPO32-

•沉金

在ENIG技术中，金层的优点是接触电阻低，氧化机会少，强度高和抗磨擦，能够满足威廉希尔官方网站 导电性要求并保护铜层和镍层不被氧化，从而可以保证镍层的可焊性。浸金是指通过置换反应在镍层表面上生成金层，直到生成的金层完全被镍层覆盖后，置换反应才会停止。这就是为什么金层相对较薄。指示该步骤的反应公式如下：

2AU（CN）2+Ni→2AU +Ni2++ 4CN-

2）ENEPIG技术与制造流程

与ENIG不同，ENEPIG采用四层金属结构，包括铜，镍，钯和金。ENEPIG的工艺与ENIG的工艺相同，只是在ENP和浸金之间添加了化学镀钯。

钯层作为阻挡层添加到ENEPIG技术中，阻止了在金沉积和从镍层向金层扩散的过程中溶液引起的镍层腐蚀。同时，由于钯层的致密性以增加可焊性，因此可以将其用作抗氧化层和抗腐蚀层。类似于化学镀镍，化学镀钯通过与作为还原剂的NaH2PO2的氧化还原反应导致钯层的沉积。指示该步骤的反应公式如下：

ħ2PO2-+ H2O→H ^++ HPO32-+ 2H

钯2++ 2H→钯↓+ 2H+

ħ2PO2-+ H→第↓+ OH-+ H2ö

ħ2PO2-+ H2O→H ^2↑+ H++ HPO32-

原文标题：PCB表面成型的介绍和比较

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审核编辑：汤梓红