一、前言 隨著人類對生存環(huán)境要求的不斷提高，PCB生產(chǎn)涉及的環(huán)境問題尤為突出。 目前，鉛和溴的話題最為熱門； 無鉛無鹵會在很多方面影響PCB的發(fā)展。 雖然目前PCB表面處理工藝的變化不是很大，似乎是遙遠的事情，但需要注意的是，長期緩慢的變化會帶來巨大的變化。 隨著環(huán)保呼聲越來越高，未來PCB的表面處理工藝必將發(fā)生翻天覆地的變化。

二、表面處理的目的 表面處理的基本目的是保證良好的可焊性或電性能。 由于自然界中的銅在空氣中往往以氧化物的形式存在，不太可能長期保持原銅的狀態(tài)，因此需要對銅進行其他處理。 雖然大部分銅氧化物在后續(xù)組裝時可以通過強助焊劑去除，但強助焊劑本身不易去除，所以行業(yè)內(nèi)一般不使用強助焊劑。

三、常見的五種表面處理工藝 現(xiàn)在包含了很多PCB表面處理工藝，包括熱風整平、有機涂層、化學鍍鎳/金、浸銀、浸錫等，將一一介紹。

1.熱風整平 熱風整平又稱熱風焊錫整平，是在PCB表面涂敷熔融的錫鉛焊錫，用加熱的壓縮空氣整平（吹）形成一層既耐銅的涂層的工藝 氧化并能提供良好的可焊性。 銅錫金屬間化合物在熱風整平過程中在焊料和銅的結(jié)合處形成。 保護銅面的焊料厚度約為1-2mil。 PCB在熱風整平時要浸入熔化的焊料中； 氣刀在焊錫凝固前吹出液態(tài)焊錫； 氣刀可以最大限度地減少銅表面焊料的彎月面，防止焊料橋接。 熱風整平可分為立式和臥式。 一般認為臥式較好，主要是臥式熱風流平涂層比較均勻，可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。 熱風整平的一般流程是：微蝕→預熱→涂助焊劑→噴錫→清洗。

2.有機涂層有機涂層工藝不同于其他表面處理工藝。 它充當銅和空氣之間的阻擋層； 有機涂層工藝簡單、價格低廉，使其在工業(yè)上得到廣泛應用。 早期的有機涂層分子有咪唑和苯并三唑，起到防銹作用。 最新的分子主要是苯并咪唑，它是銅通過氮官能團化學鍵合到 PCB 上。 在隨后的焊接過程中，如果銅表面只有一層有機涂層，則必須有很多層。 這就是為什么通常將液態(tài)銅添加到化學罐中的原因。 涂完第一層后，涂層吸附銅； 然后第二層的有機涂層分子與銅結(jié)合，直到20倍甚至100倍的有機涂層分子聚集在銅表面，可以保證多次回流焊。 測試結(jié)果表明，最新的有機涂層工藝可以在多種無鉛焊接工藝中保持良好的性能。 有機鍍膜工藝的一般流程為：脫脂→微蝕→酸洗→純水清洗→有機鍍膜→清洗。 過程控制比其他表面處理過程更容易。

3.化學鍍鎳/浸金化學鍍鎳/浸金工藝不像有機鍍層那么簡單。 化學鍍鎳/浸金工藝仿佛給PCB穿上了厚厚的鎧甲； 另外，化學鍍鎳/浸金工藝不像有機鍍層那樣有防銹屏障，有利于PCB的長期使用，達到良好的電氣性能。 因此，化學鍍鎳/沉金是在銅表面包裹一層厚厚的電性能良好的鎳金合金，可以長期保護PCB； 此外，它還具有其他表面處理工藝所不具備的環(huán)境耐受性。 鍍鎳的原因是金和銅會相互擴散，鎳層可以阻止金和銅之間的擴散； 如果沒有鎳層，金會在數(shù)小時內(nèi)擴散到銅中。 化學鍍鎳/浸金的另一個優(yōu)點是鎳的強度。 只有厚度為 5 微米的鎳才能在高溫下限制 Z 方向的膨脹。 另外，化學鍍鎳/浸金也可以防止銅的溶解，有利于無鉛組裝。 化學鍍鎳/浸金工藝流程一般為：酸洗→微蝕→預浸→活化→化學鍍鎳→化學浸金。 主要有6個化學品罐，涉及近百種化學品，過程控制難度大。

4.沉銀工藝介于有機鍍層和化學沉鎳/沉金之間，比較簡單、快速； 它不像化學鍍鎳/浸金那樣復雜，也不是PCB的厚裝甲層，但仍能提供良好的電氣性能。 白銀是黃金的弟弟。 即使暴露在高溫、潮濕和污染環(huán)境中，銀仍能保持良好的可焊性，但會失去光澤。 浸銀不具有化學鍍鎳/浸金的良好物理強度，因為銀層下沒有鎳。 此外，浸銀具有良好的儲存性能，浸銀后，幾年后組裝問題不大。 浸銀是一種置換反應，幾乎是亞微米純銀鍍層。 有時浸銀過程中還含有一些有機物，主要是防止銀腐蝕和消除銀遷移； 這種薄薄的有機物層一般很難測量，分析表明有機物的重量不到1%。

5. 浸錫 由于目前所有的焊錫都是以錫為基體的，因此錫層可以匹配任何類型的焊錫。 從這個角度來看，浸錫工藝是很有前途的。 然而，在浸錫工藝之后，之前的PCB中出現(xiàn)了錫須。 錫須和錫遷移會在焊接過程中帶來可靠性問題，因此浸錫工藝的使用受到限制。 后來在浸錫液中加入了有機添加劑，使錫層結(jié)構(gòu)呈顆粒狀，克服了以前的問題，同時還具有良好的熱穩(wěn)定性和可焊性。 浸錫工藝可以形成平坦的銅錫金屬間化合物，使浸錫具有與熱風整平一樣良好的可焊性，而沒有熱風整平令人頭疼的平坦度問題； 浸錫也沒有化學鍍鎳和浸金金屬之間的擴散問題——銅錫金屬間化合物可以牢固結(jié)合。 沾錫板不能存放太久，必須按沾錫順序進行裝配。

6.其他表面處理工藝 其他表面處理工藝較少采用。 以下是應用比較廣泛的鎳金電鍍和化學鍍鈀工藝。 鎳金電鍍是PCB表面處理工藝的鼻祖。 它自PCB出現(xiàn)以來就出現(xiàn)了，并逐漸演變?yōu)槠渌椒ā?PCB表面導體先鍍一層鎳，再鍍一層金。 鍍鎳主要用于防止金和銅之間的擴散。 現(xiàn)在鍍鎳金有兩種：軟鍍金（純金，金表面看起來不光亮）和硬鍍金（表面光滑堅硬，耐磨，含有鈷等元素，金表面看起來 明亮的）。 軟金主要用于芯片封裝時制作金線； 硬質(zhì)合金主要用于非焊接點的電氣互連。 考慮到成本，業(yè)界常采用影像轉(zhuǎn)移法進行選擇性電鍍，以減少金的使用。 目前，選擇性鍍金在行業(yè)中的使用量不斷增加，主要是化學鍍鎳/浸金工藝控制難度大。 一般情況下，焊接會使電鍍金變脆，從而縮短使用壽命。 因此，應避免在電鍍金上進行焊接； 然而，化學鍍鎳/金浸出的脆化很少見，因為金非常薄且一致。 化學鍍鈀的過程與化學鍍鎳的過程相似。 主要過程是通過還原劑（如次磷酸二氫鈉）將鈀離子還原為催化表面的鈀。 新的鈀可以作為催化劑促進反應，因此可以獲得任意厚度的鈀鍍層。 化學鍍鈀的優(yōu)點是具有良好的焊接可靠性、熱穩(wěn)定性和表面光潔度。

四、表面處理工藝的選擇主要取決于最終組裝部件的類型； 表面處理工藝會影響PCB的生產(chǎn)、組裝和最終使用。 下面詳細介紹五種常見表面處理工藝的應用場合。

1.熱風整平曾在PCB表面處理工藝中起主導作用。 80年代，超過四分之三的PCB采用熱風整平工藝，但近十年來業(yè)界一直在減少熱風整平工藝的使用。 據(jù)估計，目前有25%～40%的PCB采用熱風整平工藝。 熱風整平工藝又臟又臭又危險，因此一直不是人們喜歡的工藝，但對于較大的元器件和大間距的導線來說卻是一種極好的工藝。 在高密度PCB中，熱風整平的平整度會影響后續(xù)組裝； 因此，HDI板一般不采用熱風整平工藝。 隨著技術的進步，業(yè)界出現(xiàn)了針對裝配間距更小的QFP和BGA的熱風整平工藝，但在實際應用中很少見。 目前部分工廠采用有機鍍層和化學鍍鎳/浸金工藝代替熱風整平工藝； 技術的發(fā)展也導致一些工廠采用了浸錫和浸銀工藝。 隨著近年來無鉛化的趨勢，熱風整平的使用進一步受到限制。 雖然出現(xiàn)了所謂的無鉛熱風整平，但可能涉及到設備的兼容性問題。 

2.有機涂層 據(jù)估計，目前約有25%～30%的PCB采用有機涂層技術，且比例一直在上升（很可能有機涂層現(xiàn)已超越熱風整平，位居第一）。 有機涂層工藝可用于低技術PCB或高技術PCB，例如單面TV PCB和高密度芯片封裝板。 對于BGA，有機涂層也被廣泛使用。 如果PCB沒有表面連接的功能要求或儲存期限限制，有機涂層將是最理想的表面處理工藝。

3.化學鍍鎳/金浸鍍化學鍍鎳/金浸鍍工藝不同于有機鍍層工藝。 主要用于表面有連接功能要求且存放期較長的板材，如手機按鍵區(qū)、路由器外殼邊緣連接區(qū)、芯片處理器彈性連接電接觸區(qū)等。 由于熱風整平的平整度和有機鍍層助焊劑的去除，化學鍍鎳/鍍金在1990年代得到廣泛應用； 后來由于黑盤和脆性鎳磷合金的出現(xiàn)，化學鍍鎳/浸金工藝的應用減少了。 然而，幾乎每個高科技PCB工廠都有化學鍍鎳/浸金線。 考慮到去除銅錫金屬間化合物后焊點會變脆，在比較脆的鎳錫金屬間化合物處會出現(xiàn)很多問題。 因此，便攜式電子產(chǎn)品（如手機）幾乎都采用有機鍍層、浸銀或浸錫形成的銅錫金屬間化合物焊點，而按鍵區(qū)、接觸區(qū)和EMI屏蔽區(qū)則采用化學鍍鎳/金形成 . 據(jù)估計，目前約有10%～20%的PCB采用化學鍍鎳/金工藝。

4. 浸銀和浸銀比化學鍍鎳/浸金便宜。 如果PCB有連接功能需求，需要降低成本，沉銀是一個不錯的選擇； 此外，浸銀具有良好的平整度和接觸性，因此應選擇浸銀工藝。 通訊產(chǎn)品、汽車、電腦周邊以及高速信號設計中都有很多浸銀應用。 銀浸還可以用于高頻信號，因為它具有其他表面處理無法比擬的優(yōu)良電性能。 EMS推薦浸銀工藝，因為它易于組裝且具有良好的可檢查性。 然而，由于浸銀的缺陷，如變色和焊孔，其增長緩慢（但沒有減少）。 據(jù)估計，目前約有10%~15%的PCB采用浸銀工藝。

5.浸錫引入表面處理工藝已有近十年的歷史。 這種工藝的出現(xiàn)是生產(chǎn)自動化要求的結(jié)果。 浸錫不會給焊接區(qū)帶來任何新元素，特別適用于通訊背板。 錫會在超過板的儲存期后失去可焊性，因此浸錫需要更好的儲存條件。 此外，由于存在致癌物質(zhì)，浸錫工藝的使用受到限制。 據(jù)估計，目前約有5%~10%的PCB采用浸錫工藝。 五、結(jié)語 隨著客戶要求越來越高，環(huán)保要求越來越嚴，表面處理工藝越來越多，選擇一種有前途、用途更廣泛的表面處理工藝，目前看來有些迷茫。 也無法準確預測未來PCB表面處理工藝將走向何方。 不管怎樣，滿足客戶要求和保護環(huán)境是必須先做的！