PCB 表面处理：HASL、OSP 和 ENIG

在为印刷电路板 (PCB) 创建表面处理时，您可以从有机材料或金属材料中进行选择。知道存在哪些类型的表面处理很简单，但您如何确定哪种是最适合您的 PCB？它们有相似之处，但各有优缺点和技术考虑。

如果您想知道如何选择正确的表面处理技术，本文可以帮助您了解更多关于三种常见类型的信息——热风焊料整平 (HASL)、有机可焊性防腐剂 (OSP) 和化学镀镍沉金（ENIG）。

PCB 表面处理的重要性

您为 PCB 选择的表面光洁度将对其母部件的质量和实用性产生重大影响。这种光洁度可以防止 PCB 的铜层氧化，否则会降低其可焊性。在添加组件之前进行表面处理可保护电路板免受氧化，确保您可以根据需要焊接其他元件。由于 PCB 的电气连接依赖于足够的铜导电性，因此必须防止氧化并在必要时粘附组件。

选择合适的表面处理将取决于各种因素，例如表面处理工艺、PCB 的设计和最终结果的质量。并非所有表面处理类型都适用于每个 PCB。以下是在考虑不同的特性时要记住几个特性：

1.可焊性

避免焊接问题对于创建可按预期运行的 PCB 至关重要。光滑的表面是确保连接在其给定环境中充分发挥作用的必要条件。考虑表面光洁度是否可以直接焊接到铜，例如在浸锡的情况下，或者如果它是分层技术，例如 ENIG。

良好的引线键合也很重要，因为不同的金属需要独特的制造技术，并且即使在相同的环境中也有不同的表现。电线可能由铝、金和铜等材料组成，每种表面都经过处理类型与这些元素兼容或不兼容。

2。处理时间

特定饰面的处理窗口可能大或小——像 HASL 这样的饰面有更大的处理窗口。

这个过程需要多少时间取决于组装的复杂程度。一些表面处理，如 OSP，具有有限的热循环，无法承受大量的焊接过程。经过几个循环后，它会消失，PCB 将失去其抗氧化保护。但是，PCB 的 OSP 表面处理可以在制造过程中返工。同样适用于浸银。

ENIG是一个更复杂的整理过程，需要更长的时间才能完成，这可能更适合用于不需要在短时间内输出大量PCB的PCB生产线.

3。可靠性

所选表面光洁度对其环境的耐受性如何？如果您的 PCB 需要满足特定的可靠性要求，您将需要一种能够满足这些要求的光洁度。虽然成本只是这里提到的许多其他元素，你应该考虑如果 PCB 的表面处理不能按预期工作并且不能保护表面，那么失败的成本会有多高。

IPC 在其 TM-650 测试方法手册中提供了一套标准，详细说明了测试 PCB 可靠性和质量的不同方法。其中包括尺寸验证、耐化学性、铜延展性等技术和信号损失量。一项测试使用硫酸和异丙醇等化学物质来确定这些物质对 PCB 介电材料的影响。

4.腐蚀

一些表面处理类型，如银，比其他类型更容易受到蠕变腐蚀。这种腐蚀可能发生在您使用的任何类型的表面处理中，但最常见的是浸银. 由于金属元素的腐蚀沿着 PCB 的表面扩散，它可能会由于与电路板上的相邻特征相互作用而导致短路。随着无铅饰面的广泛使用增加，这个问题变得越来越普遍，因为铅非常有效提供抗腐蚀能力。

蠕变腐蚀在潮湿、富含硫的环境中也更为常见。考虑您的 PCB 在任何一种表面处理之前将暴露于什么样的环境中。环境可能有主要影响确定产品的生命周期。

浸锡等其他表面处理容易产生晶须，但抗迁移剂可以减少这个问题。

影响您使用的 PCB 表面光洁度的因素

一系列因素会影响您决定使用哪种类型的 PCB 饰面。必须将所有这些因素作为一个整体来考虑。虽然它们都在工艺中占有重要地位，但您的成品如果您对其中一种特性的偏爱多于其他特性，PCB 可能无法达到预期效果。例如，您可能会因为其成本效益而选择无铅 HASL，但后来意识到与其他精加工工艺相比，它缺乏共面性。

以下是研究各种 PCB 表面处理时要牢记的一些关键组件。

1.费用

您在表面处理上的花费取决于您选择的类型。表面处理质量也影响成本。HASL 表面处理比 ENIG 类型更实惠，但它们可能无法满足精确的质量您期望的标准。

制造电路板本身的价格也很重要。在初始制造之后，您的预算是否有空间选择更高级的精加工方法，例如ENIG？消费电子等行业的PCB是制造成本明显更低，这可以让您使用更昂贵的饰面来获得更高质量的结果。

2。音量

生产量会显着影响您使用哪种类型的表面处理。例如，由浸锡组成的表面处理在沉积到铜 PCB 后不久就会开始失去光泽。但是，使用高PCB的体积可以帮助您避免失去光泽。如果您的批量较小，最好选择像沉银这样的表面处理。

3。化妆品

HASL 和 OSP 等工艺往往提供比 ENIG 更好的美学价值，ENIG 是另一个可能影响您选择哪种类型的组件。您是否需要不易受蠕变腐蚀影响的闪亮表面，晶须和类似问题？您可能希望避免处理银和锡等材料，并选择其他不太可能导致严重腐蚀的选项。

PCB 表面处理的类型

尽管存在多种类型的 PCB 表面处理，但我们将在这里介绍三种众所周知的——HASL、OSP 和 ENIG。

1.喷锡和无铅喷锡

HASL 表面处理可提供高质量的可焊性并适应多个热循环，同时也是更实惠的选择之一。它曾经是行业标准，尽管属于限制有害物质的标准（RoHS）导致HASL不合规。反过来，无铅HASL在其环境和健康影响方面已成为更可接受的选择。虽然HASL具有悠久的行业历史并且在工程师中广为人知，但铅-free HASL 使用更安全，更符合 RoHS 等指令的需求。

HASL 饰面是通过将电路板浸入锡铅或锡镍焊料中并保持一段时间来创建的。一旦移除 PCB，称为气刀的热气流就会移除HASL 处理允许较大的加工窗口，但各种因素会影响其均匀度，从而影响其可焊性。气刀的角度、气压和 PCB 板进出焊料的速度都会影响完成的质量。

您会发现 HAL 和无铅 HASL 表面处理用于以下应用：

• 电气测试： 在电路板的电气测试期间，HASL 表面处理为测试焊盘和过孔提供自动保护。
• 手工焊接： HASL 表面处理是手工焊接工艺的合适选择，因为接头很容易成型。
• 高性能电子产品： HASL 通常是高性能和高可靠性应用的绝佳选择，例如航空航天和军事设备，因为它能够形成牢固的接头。

2。操作系统

OSP 表面光洁度是有机 PCB 光洁度的一个例子。该过程中不涉及任何毒素，使其环保，同时仍保持其保护和防腐性能。因为不含有害化学物质，OSP 板也符合 RoHS 标准。这种水性表面处理为附加 PCB 组件提供了一个平坦的表面，并且与 HASL 工艺一样，它具有成本效益。

OSP 由于其共面性，可用作无铅HASL的有效替代品。当您需要提供足够平整度同时提供简单制造工艺的PCB表面处理时，OSP可以说是最好的选择了。

在PCB上应用OSP表面光洁度通常涉及传送带化学方法或垂直浸槽。该过程通常如下所示，每个步骤之间都有冲洗：

1. 清洁： PCB 的铜表面已清除油污、指纹和其他可能影响涂饰平整度的污染物。
2. 地形增强： 裸露的铜表面经过微蚀刻以增加电路板和 OSP 之间的结合。这个过程也减少了氧化。为了获得足够的薄膜厚度，微蚀刻必须保持一致的速度。
3. 酸洗： PCB 在硫酸溶液中进行酸洗。
4. OSP 应用程序： 在此过程中，将 OSP 解决方案应用于 PCB。
5. 去离子冲洗： OSP 溶液中注入了离子，以便在焊接过程中轻松消除。应在添加防腐剂之前使用此冲洗液，以避免 OSP 溶液中存在其他离子而失去光泽。
6. 干燥： 应用 OSP 涂层后，PCB 必须干燥。

OSP 提供了一种简单且经济实惠的工艺，但同样重要的是要记住，它对处理极为敏感，并且很容易留下划痕，这会降低其可焊性。此外，其保质期比 ENIG 或 HASL 短。

OSP的常见用途包括：

• 细间距设备： 由于缺少共面焊盘或不平整的表面，这种表面处理最适合应用于细间距设备。
• 服务器主板： OSP 的使用范围从低端应用到高频服务器主板。这种可用性的广泛变化使其适用于多种应用。它也经常用于选择性整理。
• 表面贴装技术 (SMT)： OSP 适用于 SMT 组装，适用于您需要将组件直接连接到 PCB 表面的情况。

3。烟火

尽管ENIG表面处理的价格较高，但它在生产高质量产品方面的成功率很高。它可以承受多个热循环，表现出良好的可焊性，是电线的合适选择顾名思义，它由镍和金两层涂层组成。镍保护基础铜层并确保电气元件的安全连接，而金作为镍的防腐蚀措施。

ENIG 可用于对 PCB 元件（如电镀孔）要求严格公差的情况，因为 HASL 在此方面效果不佳。与 OSP 一样，它提供出色的平整度，是细间距的理想选择设备。

施加 ENIG 涂层需要将镍沉积到用钯催化的铜表面上。浸金阶段通过分子交换使金附着在镍上。ENIG 类似于OSP 在其每个阶段之间包含微蚀刻和冲洗——该过程包括以下步骤：

1. 清洁。
2. 微蚀刻。
3. 预浸。
4. 应用激活剂。
5. 后浸。
6. 应用化学镀镍。
7. 应用沉金。

ENIG 表面处理的标准应用包括：

• 复杂的表面成分： 由于其表面平坦，这种表面处理类型是需要光滑表面的复杂 PCB 组件的首选，例如球栅阵列 (BGA) 或四方扁平封装 (QFP)。
• 引线键合： ENIG 表面处理可以最大限度地减少铝线的引线键合，尽管它们与金不兼容。
• 高可靠性应用： 您经常会发现用于航空航天、军事、医疗和高端消费者等行业的 PCB 的 ENIG 表面处理。它的质量使其适用于对精度和耐用性至关重要的应用。

有关 PCB 表面处理的更多信息，请联系 Millennium Circuits Limited

有这么多表面处理可供选择，要找出最适合您所需应用的表面处理可能会让人不知所措。幸运的是，Millennium Circuits Unlimited 可以在整个过程中为您提供帮助。

MCL 是一家为全球消费者提供小批量和大批量 PCB 的印刷电路板供应商。作为一家通过 ISO-9001 认证的 PCB 公司，我们在印刷电路方面拥有多年的专业知识电路板及其所有复杂性。由于我们只做 PCB 和 PCB 配件，因此我们有知识可以帮助您解决您对这种技术形式的任何问题或疑虑。

如果您想了解有关 PCB 表面处理的更多信息并探索您的可用选择，请立即填写我们的表格或致电 717-558-5975 联系我们。