PCB 的表面涂(镀)层选择

印制板表面涂(镀)层有保护印制板的可焊性、电气性能和防止印制导线及元器件受大气腐蚀.延长板使用寿命的作用.因为印制板的涂层、镀层涉及到许多化学知识，许多电路和印制板设计师往往忽略对它选择的研究，认为选择涂(镀)层是工艺人员的事情，有的设计人员只是跑着别人走，别人用什么涂层自己就用什么.其实电路的性能不同，印制板使用的条件和产品成本的要求不一样，所用的涂(镀)层也可能有区别.如果对涂(镀)层选择不当，会影响板的性能和使用得命.所以印制板的设计师应熟悉所采用的涂层、镀层的性能和用途，才能对其作出正确的选择.

印制板的涂、镀层分为有机涂层和金属镀层两大类，各有不同的用途，根据需要和涂(镀)层的特性.也可以单独采用一种，也可以同时采用两种或多种.

一，有机涂层
有机涂层有助焊剂、阻焊层、敷形涂层和抗氧化保焊剂4种类型.应根据电子产品的不同类别和需要选取适当的涂覆层.各类涂层应用范围如下：

(I)助焊剂.以松香和树脂为主要成分，用无水乙醇溶解后涂覆于印制板上，晾干或烘干后用于暂时保护印制板焊盘的可焊性并帮助焊接。焊后应彻底除去，它成本低，涂覆方便但是焊后需要消洗.一般用于l 级产品的印制板， 2 、3 级板不宜采用，如果使用，焊接后必须清洗因为助焊剂的残留物会影响电气性能(绝缘电阻下降).

(2) 阻焊剂.主要成分为环氧树脂基的聚合物，涂覆在印制板除焊盘和接触点以外的地方，经高温烘烤或紫外光固化形成固态的保妒膜，根据固化的特性有热固和光固两种类型.它主要用于印制板上在焊接时保妒非焊接部分涂不上焊料，焊接后不除去，作为永久性保护膜可提高印制板的电性能，各级产品的印制板都适合采用.

(3) 敷形涂层.用于调试合格的印制板组装件或部件及整机的涂覆层.它的功能是起三防作用，保护印制板和元器件少受大气的影响对元器件有一定的加固作用.主要用于高可靠要求的或使用环境条件恶劣的印制板.微波电路印制板-般不采用敷形涂层.如果需要应采用专用的低介电常数微波涂覆材料.

用于敷形涂覆的材抖有丙稀酸树脂(AR) ，环氧树脂(ER) 、硅树脂(SR) 聚胺酯树脂(UR) 聚对二甲苯(XY)及改性聚丁二烯等.聚对二甲苯需要专用设备进行真空涂覆，该涂层致密性好、涂层薄，能完全包裹被涂覆的部位，形成真正的敷形涂层，由于该涂层薄对元器件的散热影响不大，是一种新型的值得推广的敷形涂层. 改性聚丁二烯介电常数低，适用于需要涂覆敷形涂层的高速电路或微波电路板.除聚对二甲苯以外其他敷形涂层，因涂层较厚不利于散热，所以在大功率发热器件的散热面上不宜涂覆敷形涂层.在印制板进行涂覆时，工艺上应对不需要涂覆的部位迸行保护.

(4)OSP，是有机防氧化保焊剂，用于表面贴装印制板的铜焊盘上，能与铜表面起化学反应，形成一层O.2~O.5μm 的憎水性有机保护膜，用来保护焊盘的可靠性.其涂层薄、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，又有一定的助焊作用，成本低，是一种无铅的可焊性保妒涂层，目前已在国外广泛用作SMT印制板的焊接前保护涂层.缺点是膜层薄、透明，涂覆后不易检查涂覆质量和厚度，并且容易受机械划伤而影响质量.

二、金属涂、镀层
印制板上的金属涂、镀层有保妒焊盘可焊性、保妒底层铜不受腐蚀或使触点与接触器接触可靠等作用.镀层的种类既影响印制板的使用寿命也影响制造成本印制板常用的镀涂层和使用范围如下所示.

l 铜镀层
铜镀层的可焊性、导电性、平面性好、成本低，金属化孔内镀铜层厚度大于25μm时，需要与助焊剂或OSP配合使用.广泛用于一般消费电子产品的印制板上，由于它的耐氧化性差，应与助焊剂配合使用.无铅焊接的、共平面性要求高的表面安装印制板上的裸铜层应与OSP配合使用.以防止铜氧化并提高可焊性.

2 锡铅合金镀层
电镀的锡铅合金需要热熔处理，可焊性好，用于保护焊盘可焊性，镀层厚度为7-11μm. 由于铜的氧化还原电位高于锡铅的电位，因而在印制导线表面的镀层还可以对铜导线起电化学保护作用，防止铜的腐蚀，但是在焊接温度下该镀层会熔化流动，使镀层上的阻焊层起皱或脱落，所以只适合于不印制阻焊膜的印制板.

3 焊料涂层
通过热风整平技术(HASL)将熔融的焊料只涂覆在印制板焊盘上，保护焊盘的可焊性.焊料中的铅锡合金比例可以控制得很准，形成共晶焊料，能与焊接时的焊料熔为一体，可焊性非常好，厚度大于等于7μm，但是在金属化孔的口部拐角处涂层会薄一些，是目前采用最多的涂层.缺点是涂层中含铅，因其可焊性优于无铅焊料，在2，3 级印制板上仍广泛使用.对于有无铅焊接要求的印制板.可以采用无铅焊料的热凤整平涂层.

4 电镀金/镍
金防氧化性、耐磨性好，接触电阻小、镀层平整、导电率高.镀金层分为硬盘镀层和软盘镀层，硬盘镀层实际是金的合金镀层，硬度比纯金高，主要用于印制插头或印制接触点，盘层厚度大于等于1.3μm. 镀层是作为防止金与底层的铜形成微电池而引起电化学腐蚀的隔离层，并且可提高镀层的硬度，厚度为5-7μm. 但是金能与焊料中的锡形成金锡间共价化合物(AuSn4) ，在焊点的焊料中金的含量超过3% 会使焊点变脆所以一般厚度的镀金层虽然可焊性好，也不能用作焊接镀层.

用于焊接的金为软金(纯金)时.镀层厚度小于O.8μm.微波和高速电路的传输线可采用此种镀层，但是金层必须是软金，金镀后导电率好，有利于微波的趋肤效应，电流在表层传输.焊接时若采用软钎焊则要求薄的金镀层(0.25-0.8μm)在制造工艺中电镀薄金又称为"水金"，主要用于锡焊料焊接，因为薄金层在焊接过程中与锡形成的金锡间化合物的量少，不足以引起焊点变脆，并且熔融的焊料能迅速与底层的镍镀层形成更牢固的锡镍金属间化合物，使焊点更可靠，它是可靠性要求高的SMT用印制板的优选镀层，采用超声波焊接也应采用较薄的金层(0.3-1.2μm)，采用热压焊技术焊接元器件的工艺，可以采用较厚的镀金层(3.8-7.5μm).厚的镀盘层成本要高一些.

5. 化学镀金/镍(ENIG)
该镀层耐氧化、可焊性好、镀层表面平整，成本较电镀薄金层低，广泛用于无铅要求的SMT板.金镀层厚度一般为0.05－0.125μm. 化学镀镍层厚度为3-6μm。薄的镀金层能在焊接时迅速熔于焊料中，并与镍层形成锡镍共价化合物，使焊点更牢固，少量的金熔于锡中不会引起焊点变脆，金层起保护镍层不被氧化的作用.锦作为铜和盘之间的隔离层.防止盘层的孔隙在受潮湿时与铜层形成微电池而腐蚀铜.

ENIG涂层中的金是通过化学置换反应镀覆到镍镀层上，因而镀层很薄.孔隙率高，在加工的过程中和产品长期储存的过程中，容易受溶液或大气的侵蚀而使镍层氧化可焊性下降，所以在焊接过程中有时会出现"黑盘"现盘使焊点失效.为了克服这种缺欠，在化学镀镍时一般采用次磷酸盐作还原剂，在镍层中增加磷含量(6%-9%) 用以提高镍的抗蚀能力，如果工艺过程控制不严格.造成镀层含磷量过高或过低都会引起可焊性下降或出现"黑盘".

还有一种化学镀厚金镀层，它是在ENIG涂层的基础上，再用化学还原剂还原金离子的方法.根据需要可使金层加厚到1～2μm以上，主要用于需要厚金的场合(如微波电路、引线键合等).

6 化学镀锡
又称为浸锡(I-Sn).是PCB表面的铜与镀液中的络合锡离子发生置换反应生成的锡镀层，镀层较薄，只有0.025～0.05μm，它在高温下能与焊料形成合金，可焊性好.但是多次焊接后，因为锡层薄，会随着锡的消耗可焊性下降.如果长期暴露在高温高湿环境下，锡层易氧化使可焊性下降，加工中应严格控制镀层厚度.

7 化学镀银
又称为浸银(I-Ag).它是利用银与铜的标准电极电位不同，印制板上的铜箔在去除氧化层清洗干净后，在含银离子的溶液中被置换，在其表面上形成银镀层，但铜表而完全被覆盖后化学反应也停止，所以镀层也很薄，只有0.025-0.05μm.

银的可焊性较好、接触电阻低，线连接(压焊)性好，耐氧化性比铜、镍好，但镀层薄，长时间在高温下，底层的铜迁移至表面，被氧化后可焊性下降.在污染的大气(含SO2)中易变色，严重时也影响焊接.由于浸银的银层只沉积在焊盘上，并且镀层很薄，焊接后与焊锡形成界面合金，实际上过去曾担心的银迁移在焊接后并不存在，实践也证明了这点.所以在寻求良好的元铅镀层过程中，浸银镀层又引起人们的关注，经广泛试验和大量生产实践证实了浸银镀层焊接的可靠性，是较好的SMT印制板用可焊性镀层，近年来该镀层的应用增长速度最快.

以上镀、涂层的成本比较排序为电镀Ni/Au>ENIG>I-Ag>I-Sn >HASL> OSP/Cu ;从焊料对镀、涂层的润湿性比较排序为I-Ag>Ni/Au和HASL> I-Sn>OSP/Cu; 但是从实际经验和使用的工艺得到的可焊性比较的排序是:NI/Au>HASL>OSP/Cu>I-Sn>I-Ag.

这是因为在印制板储存或焊接的条件下镀、涂层的抗氧化能力不同所造成可焊性的变化.金的耐氧化性最强，银与其他镀层相比耐氧化和耐大气污染的能力相对差一些，所以才出现以上可焊性的排序.其实新鲜的各种涂、镀层可焊性都是比较好的.这就告诉我们对上述镀层的印制板焊接前的储存时间要尽量短，焊接的工艺和条件应有防氧化的措施，其焊接的效果会更好，目前有许多再流焊设备都设有氯气保护措施，就是要防止焊接高温下金属镀层氧化.如果不注意焊接前的储存时间和环境条件，即使镀盘层(当盘层薄、孔隙率大时)也会因为长时间储存造成底层的镍氧化使可焊性下降.

设计印制板选择镀、涂层时，要根据印制板的性能等级、成本和使用环境要求进行选择，比如元件引脚节距为细间距(<0.5mm)的0201封装无源元件(片式电阻、电容)和其他小节距的表面贴装器件时，需要能与元器件共平面的涂镀层，因而就不能选择共平面性差的HASL涂层。在安装时一定要认真考虑各种表面涂、镀层的特点，制定相应的焊接工艺，如采用OSP涂层时，再流焊的峰值温度就应高于采用Ni/Au层的温度.如果对镀后选用不当，会造成浪费或者容易使焊点失效，影响PCB的成本、使用寿命和可靠性。

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