2.3.2　无铅PCB焊盘涂镀层的选择

无铅焊接要求PCB焊盘表面镀层材料也无铅化。目前主要是用非铅金属或无铅焊料合金取代Sn-Pb热风整平（HASL）、化学镀镍/金（ENIC）、化学镀镍/钯/金（ENEPIG）、Cu表面涂覆OSP、浸银（I-Ag）和浸锡（I-Sn）。

选择无铅PCB焊盘涂镀层必须考虑焊料、工艺与PCB焊盘涂镀层的相容性。

1．PCB焊盘涂镀层与焊料的相容性

不同金属镀层与焊料合金焊接后在界面形成的化合物是不一样的，因此它们之间的连接强度也不同。例如，Sn与Ni界面合金Ni3Sn4的连接强度最稳定，一般高可靠性产品选择ENIG（Ni/Au）或化学镀镍/钯/金（ENEPIG）；采用与无铅焊料相同的合金热风整平（HASL），相容性最好。

2．PCB焊盘涂镀层与工艺的相容性

（1）无铅焊料合金热风整平（HASL）

目前，无铅焊料合金热风整平的焊料主要有Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu-Ni+Ge（锗）、Sn-Cu-Ni+Sb（锑）或Sn-Cu-Ni+Co（钴）等。其中，Sn-Cu-Ni+Ge（锗）的成分为Sn、0.7% Cu、0.05% Ni 和名义含量为65×10-6的Ge。锗不但可以阻止氧化物的生长，而且能够阻止PCB焊盘镀层表面在HASL过程和随后的再流焊和波峰焊过程中焊点变黄和失去光泽。另外，锗还能抑制无铅波峰焊中熔渣的形成。

无铅焊料合金热风整平与Sn-Pb焊料HASL一样，由于镀层的厚度和焊盘的平整度（圆顶形）很难控制，因此不能用于窄间距、高密度组装，可应用于一般密度的无铅产品双面再流焊，以及消费类电子产品的波峰焊工艺。

无铅HASL工艺中最大的麻烦，是设备使用过程中锡槽的沉铜堵塞问题。

HASL工艺的典型工作温度范围为265～275℃。这个温度范围可以用于几乎所有实际生产的层压板。在这个温度下，即使是CEM1，也没有分层劣化的问题。但是，实际工艺温度随着锡槽中铜成分升高而提高。当铜成分比最优值1.2%高出0.3%时，焊接温度必须提高到285℃，这是层压板不能承受的。虽然可以加入不含铜的焊料合金，降低锡槽中铜的含量，但是很难控制比例。

另外还可以采用所谓的“冻干”方法。在锡铅共晶焊料（63Sn-37Pb）温度降至大约190℃时（约比183℃熔点温度高7℃），熔解中的锡铜金属间化合物（Cu6Sn5）会“冻干”。在高密度含铅焊料中，Cu6Sn5会漂浮在熔融焊料的表面，可以使用漏勺撇出。但是，在无铅焊料中，Cu6Sn5的密度比无铅焊料大，Cu6Sn5会沉在锡槽的底部。有机构介绍把温度降低到大约235℃（约比熔点温度高8℃），锡槽停工至少两个小时，最好是一整夜，这时，大部分合金仍处于熔化状态，可以设计专用工具，从锡槽的底部捞出沉淀的Cu6Sn5，但是难度还是很大的。

（2）ENIG（Ni/Au）

ENIG耐氧化、可焊性好、镀层表面平整，适用于无铅高密度SMT板的双面再流焊工艺。

由于无铅焊接温度高，更容易出现“金脆”和“黑焊盘”现象，因此要求严格控制镀层质量与Au镀层厚度。用于焊接的Au镀层应薄而致密，厚度最好控制在0.05～0.1μm之间。

（3）化学镀镍/钯/金（ENEPIG）

ENEPIG与ENIG相比，可避免黑盘（黑镍）和“金脆”现象。ENEPIG的可焊性和可靠性比ENIG好，适合军工和高可靠的无铅产品与有铅、无铅混装产品。

由于ENEPIG的制造工艺还不够普遍和成熟，因此要选择有经验的、质量好的制造商。

（4）浸银（I-Ag）

浸银曾经一度由于发现了银迁移现象，后来很少采用。由于无铅工艺的兴起，浸银工艺又成了目前使用更多、成本更低廉的Ni-Au替代工艺，而且更为广泛地被工业界接受。对于银的电子迁移问题，通过向银内添加有机成分部分解决。

（5）浸锡（I-Sn）

由于浸锡（I-Sn）的加工成本比较低，因此I-Sn被较广泛地应用于无铅工艺。但由于浸锡过程中容易产生Cu-Sn金属间化合物，影响可焊性，因此工艺性较差。一般可应用在一次焊接工艺的无铅消费类电子产品。

（6）OSP

目前无铅手机板大多采用OSP涂层。这里着重说明一点，无铅的OSP与有铅的OSP材料是不一样的，OSP的热分解温度必须与焊接温度匹配，要求无铅的OSP应能耐更高的温度。

OSP能否耐高温的关键是OSP溶液的配方及涂覆工艺。这是OSP供应商的机密。目前，国际上使用最广的唑类OSP已经发展到第5代，其热分解温度为354.7℃，可承受多次加热。国外最好的OSP能够耐4次、5次再流焊。因此，一般消费类无铅电子产品可选择OSP涂层。今后的发展方向是需要对OSP的组成与工艺持续改进，继续提高OSP的耐热温度和耐热性能。