2.3.1　PCB焊盘表面涂（镀）层

PCB焊盘表面涂（镀）层有两种类型：有机防氧化保护涂层和金属镀层。

1．有机防氧化保护涂层（Organic Solderability Preservatives，OSP）

OSP涂层薄（0.2～0.5µm）、平面性好，能防止焊盘氧化，有利于焊接，在焊接温度下自行分解，可焊性、导电性好。

OSP的优点是表面平整、成本低，可避免热风整平操作时高温热冲击容易使印制板翘曲的缺点，广泛用于SMT。

OSP的缺点是保存时间短。OSP的印制板在真空包装条件下保存期为6个月，焊接温度相对提高（235℃）；抗热冲击次数有限，不能多次再流焊；高温失效后可引起Cu表面氧化，因此双面板回流工艺要注意。OSP无法用来处理电气接触表面，如按键的键盘表面。

2．金属镀层

金属镀层主要工艺有热风整平、电镀镍/金、化学镀镍/金、化学镀镍/钯/金、浸银和浸锡。

（1）热风整平（Hot-Air Solder Leveling，HASL）

热风整平镀层厚度为7～11µm。HASL的印制板在真空包装条件下保存期为12个月。

热风整平俗称喷锡，是将印制板浸入熔融的焊料中，使焊盘和金属化孔壁铜层被焊料润湿，将板从锡槽取出时通过热风将印制板焊盘表面及金属化孔内的多余焊料吹掉，从而得到焊料涂覆层。HASL可保护焊盘，可焊性好，可用于双面再流焊，能经受多次焊接。HASL最大的缺点就是表面不平整，镀层的厚度和焊盘的平整度（圆顶形）很难控制，很难贴装窄间距元器件，不能用于高密度组装中。

HASL是波峰焊的最好选择。由于成本低，HASL是世界范围内应用最广泛的表面处理技术。

在传统的Sn-Pb工艺中，HASL通常使用的焊料为63Sn-37Pb，其相容性是最佳的，连接可靠性、焊接工艺、成本等方面都是最佳的。

（2）电镀镍/金（ENEG）

电镀金分为板面镀金和印制插头镀金。电镀镍主要是用于阻挡层。

板面镀金是电镀24K纯金，具有柱状结构，有极好的导电性和可焊性。镀金层厚度为0.13～0.45µm。超声金属线焊接区域金层厚度最小为0.05µm。热超声、热压焊金属线焊接区域金层厚度最小为0.8µm。板面镀金是以低应力镍或光亮镍为底层，镀镍层厚度为3～5µm，能阻止金铜间的相互扩散和阻碍铜穿透到金表面。

印制插头镀金是电镀硬金，镀金后的插头俗称“金手指”。它是含有Co、Ni、Fe、Sb等其中一种添加元素的合金镀层，添加含量不大于0.2%。金层厚度大于等于1.3µm，镍层厚度为3～5µm。硬金层具有层状结构，硬度、耐磨性都高于纯金镀层。其缺点是加工成本高，厚金层不作为可焊层。金能与焊料中的锡形成脆性的金锡间共价化合物（AuSn4），焊点中金的含量超过3%，会使焊点变脆（金脆），所以一般厚的镀金层虽然可焊性好，但也不能用作焊接镀层。用于焊接的金层厚度小于等于1µm。

微带印制板或微波组件用印制板因其主要作用于电磁波信号，而镍层会使传输中的电信号损耗加大，因此表面镀层大多采用在铜表面直接镀纯金的方法。

思考：除微带印制板外，传统印制板为什么不能直接在铜表面镀金？

由于镀金层的孔隙率大，铜可从金层的孔隙中渗出，影响可靠性。例如，金手指处时间长会“长”出绿毛，这是铜渗出被氧化、腐蚀的原因。

解决措施：在铜与金之间镀Ni阻挡层，防止铜渗出。

所有的金属体系中，含Ni的夹层被认为具有更稳定的焊点界面，焊接过程中焊料在Ni表面润湿，形成锡镍共价化合物Ni3Sn4。因此对于结点强度（尤其是接触式连接）要求较高的场合，多采用电镀镍/金的方法。

（3）化学镀镍/金（Electroless Nickel-Immersion Gold，ENIG）

ENIG即化学镀镍、闪镀金，俗称水金板，即在PCB焊盘上化学镀Ni（厚度为3～5µm）后，再镀上一层厚度为0.025～0.1μm的薄金，用于焊接；或在镀Ni层表面再镀一层厚度为0.3～1μm的厚金，用于引线键合（Wire Bonding）工艺。ENIG耐氧化，可焊性好，可适用高温焊接，可多次焊接。

化学镀层均匀、表面平整、共面性好，适用于高密度SMT板的双面再流焊工艺。薄金层在焊接时迅速熔于焊料中，露出新鲜的Ni，与焊料中的Sn生成Ni3Sn4，使焊点更牢固。少量Au熔于锡中不会引起焊点变脆。Au层只起保护Ni层不被氧化的作用。但是Au不能太厚，Au能与焊料中的Sn形成金锡间共价化合物（AuSn4）。在焊点中，Au的含量超过3%会使焊点变脆，因为太多的Au溶解到焊点里（无论Sn-Pb还是Sn-Ag-Cu）都将引起“金脆”，所以一定要限定Au层的厚度。另外加工印制板时，如果ENIG（Ni/Au）的工艺参数控制不好，Ni会被酸腐蚀或氧化，造成“黑焊盘”现象，因此化学镀镍层的含磷量在7%～9%之间为宜。

（4）化学镀镍/钯/金（Electroless Nickel Electroless Palladium and Immersion Gold，ENEPIG）

ENEPIG即化学镀镍、化学镀钯、浸镀金，即先在PCB焊盘上化学镀Ni（厚度为3～5μm），然后化学镀Pa（厚度为0.08～0.2μm），最后浸镀一层厚度为0.025～0.1μm的薄金。

ENEPIG与ENIG相比，化学镀钯与化学镀镍的工艺相近似。在镍和金之间多了一层钯，相当于在镍和金之间形成了阻挡层，钯层可以防止出现置换反应所导致镍的腐蚀现象，避免黑盘（或称黑镍）现象；钯层还可以使金层镀得更薄一些，避免“金脆”现象；另外，浸金时金能够紧密覆盖在钯层表面，提供良好的焊接面；焊接时，在合金界面不会出现富磷层，钯层不与熔融的焊料形成化合物，钯漂浮在焊料表面很稳定，露出新鲜的镍与锡生成良好的锡镍合金（Ni3Sn4）。因此，ENEPIG的可焊性和可靠性比ENIG好，适合军工和高可靠产品。

由于钯的价格贵过金，因此在一定程度上限制了它的应用。随着IC集成度的提高和组装技术的进步，化学镀钯在芯片极组装（CSP）上将发挥更有效的作用。

（5）浸银（Immersion Silver，I-Ag）

浸银又称化学镀银，是通过浸银工艺处理，在铜表面沉积一层薄（0.1～0.4μm）而密的银保护膜，铜表面在银的密封下，大大延长了寿命。

对于I-Ag精确的化学配方、厚度、表面平整度及银层内有机元素的分布，都必须仔细选择和规定，否则浸银中平面的微孔或香槟状气泡会影响焊接可靠性。另外，要求I-Ag的替代工艺都必须适用于有铅和无铅两种工艺。

I-Ag是目前使用更多、成本更低廉的ENIG（Ni/Au）替代工艺，广泛地被工业界接受。I-Ag的可焊性、ICT可探测性及接触/开关焊盘的性能不如Ni-Au，但对于大多数应用场合已满足要求，此外，I-Ag既可以锡焊也可以“邦定”（压焊），因而受到普遍关注。

（6）浸锡（I-Sn）

浸锡又称化学镀锡，就是通过化学方法在裸铜表面沉积一层锡薄膜。锡的沉积厚度应大于1.0μm。

浸锡的加工成本比较低，镀层平整，与表面贴装器件的共平面性好，受到普遍关注。其一个主要问题是在浸锡过程中容易产生Cu-Sn金属间化合物，影响可焊性；另一个主要问题是寿命短，新板的润湿性较好，但存储一段时间或经过1次回流后，由于Cu-Sn金属间化合物的不断增长与高温氧化，使润湿性迅速下降，甚至不能承受波峰焊前的一次再流焊，工艺性较差。一般该工艺可应用在一次焊接工艺的消费类电子产品。