現(xiàn)在有許多PCB表面處理工藝,，常見(jiàn)的是熱風(fēng)整平,、有機(jī)涂覆OSP、化學(xué)鍍鎳/浸金,、浸銀,、浸錫和電鍍鎳金等工藝。
圖1 線(xiàn)路板表面處理的種類(lèi)
1. 熱風(fēng)整平HASL
熱風(fēng)整平又名熱風(fēng)焊料整平HASL (Hot Air Solder Leveled),，它是在PCB表面涂覆熔融錫鉛焊料并用加熱壓縮空氣整（吹）平的工藝,，使其形成一層既抗銅氧化,，又可提供良好的可焊性的涂覆層?？珊感院?，熱風(fēng)整平時(shí)焊料和銅在結(jié)合處形成銅錫金屬間化合物。如圖1中a)所示,。
PCB進(jìn)行熱風(fēng)整平時(shí)要浸在熔融的焊料中,；風(fēng)刀在焊料凝固之前吹平液態(tài)的焊料；風(fēng)刀能夠?qū)~面上焊料的彎月?tīng)钭钚』妥柚购噶蠘蚪?。熱風(fēng)整平分為垂直式和水平式兩種,，一般認(rèn)為水平式較好，主要是水平式熱風(fēng)整平鍍層比較均勻,，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),。熱風(fēng)整平工藝的一般流程為：微蝕→預(yù)熱→涂覆助焊劑→噴錫→清洗。
HASL焊料的厚度和焊盤(pán)的平整度（園頂形）很難控制,，很難用于貼裝窄間距元件,。無(wú)鉛HASL是用非鉛金屬或無(wú)鉛焊料合金取代Pb-Sn。
2. 有機(jī)涂覆OSP
有機(jī)涂覆工藝OSP(Organic SolderabilityPreservative)不同于其他表面處理工藝,，如圖1中b)所示,。它是在銅和空氣間充當(dāng)阻隔層；有機(jī)涂覆工藝簡(jiǎn)單,、成本低廉,，這使得它能夠在業(yè)界廣泛使用。早期的有機(jī)涂覆的分子是起防銹作用的咪唑和苯并三唑,，最新的分子主要是苯并咪唑,，它是化學(xué)鍵合氮功能團(tuán)到PCB上的銅。在后續(xù)的焊接過(guò)程中,，如果銅面上只有一層的有機(jī)涂覆層是不行的,，必須有很多層。這就是為什么化學(xué)槽中通常需要添加銅液,。在涂覆第一層之后,，涂覆層吸附銅；接著第二層的有機(jī)涂覆分子與銅結(jié)合,，直至二十甚至上百次的有機(jī)涂覆分子集結(jié)在銅面,，這樣可以保證進(jìn)行多次回流焊。試驗(yàn)表明：最新的有機(jī)涂覆工藝能夠在多次無(wú)鉛焊接過(guò)程中保持良好的性能,。
有機(jī)涂覆工藝的一般流程為：脫脂→微蝕→酸洗→純水清洗→有機(jī)涂覆→清洗，過(guò)程控制相對(duì)其他表面處理工藝較為容易,。
3. 化學(xué)鍍鎳/浸金ENIG
（1） 工藝流程
圖2 ENIG表面焊盤(pán)的結(jié)構(gòu)示意圖
化學(xué)鍍鎳/浸金工藝的一般流程為：酸性清潔→微蝕→預(yù)浸→活化→化學(xué)鍍鎳→化學(xué)浸金,，主要有6個(gè)化學(xué)槽,，涉及到近100種化學(xué)品，因此過(guò)程控制比較困難,。
（2） 應(yīng)用
化學(xué)鍍Ni和浸鍍金（ENIG）具有良好的可焊性,，用于印制插頭（金手指）、觸摸屏開(kāi)關(guān)處,。Ni作為隔離層和可焊的鍍層,，要求厚度≥3um；Au是Ni的保護(hù)層 ,，Au能與焊料中的Sn形成金錫間共價(jià)化合物（AuSn4）,，在焊點(diǎn)中金的含量超過(guò)3%會(huì)使焊點(diǎn)變脆，過(guò)多的Au原子替代Ni原子,，因?yàn)樘嗟腁u溶解到焊點(diǎn)里（無(wú)論是Sn-Pb還是Sn-Ag-Cu）都將引起“金脆”,。所以一定要限定Au層的厚度，用于焊接的Au層厚度≤1μm (ENIG ：0.05～0.3μm),。
如果鍍鎳工藝控制不穩(wěn)定,，會(huì)造成“黑焊盤(pán)”現(xiàn)象。如圖3中的例子,，
圖3
圖中a是焊接后元器件脫落現(xiàn)象, 可以看到焊盤(pán)發(fā)黑,；
b是沒(méi)有焊接QFP元器件之前線(xiàn)路板上的焊盤(pán)；
c是放大后QFP對(duì)應(yīng)的空焊盤(pán)有發(fā)黑的現(xiàn)象,；
d是在元器件引腳和焊盤(pán)的金相切片,，焊接的接觸面上出現(xiàn)了裂紋；
e針對(duì)焊盤(pán)上做的SEM掃描電鏡分析,，可以看到鎳層有粗糙空隙產(chǎn)生,。
（3） “黑焊盤(pán)”現(xiàn)象的產(chǎn)生原因
（a）PCB焊盤(pán)金鍍層和鎳鍍層結(jié)構(gòu)不夠致密，表面存在裂縫,，空氣中的水份容易進(jìn)入,，以及浸金工藝中的酸液容易殘留在鎳鍍層中。在鍍金時(shí),，由于Ni原子半徑比Au的小,，因此在Au原子排列沉積在Ni層上時(shí)，其表面晶粒就會(huì)呈現(xiàn)粗糙,、稀松,、多孔的形貌形成眾多空隙，而鍍液就會(huì)透過(guò)這些空隙繼續(xù)和Au層下的Ni原子反應(yīng),，使Ni原子繼續(xù)發(fā)生氧化,，而未溶走的Ni離子就被困在Au層下面，形成了氧化鎳（NixOy）,。當(dāng)鎳層被過(guò)度氧化侵蝕時(shí),，就形成了所謂的黑焊盤(pán),。
（b）鎳鍍層磷含量偏高或偏低，導(dǎo)致鍍層耐酸腐蝕性能差,，易發(fā)生腐蝕變色,，出現(xiàn)“黑盤(pán)”現(xiàn)象，使可焊性變差,。（PH為3～4較好）
（c）鍍鎳后沒(méi)有將酸性鍍液清洗干凈,長(zhǎng)時(shí)間 Ni被酸腐蝕,。
（d）焊接時(shí)，作為可焊性保護(hù)性涂覆層的薄薄的Au層很快擴(kuò)散到焊料中,，露出已過(guò)度氧化,、低可焊性的Ni層表面，勢(shì)必使得Ni與焊料之間難以形成均勻,、連續(xù)的金屬間化合物（IMC）,，影響焊點(diǎn)界面結(jié)合強(qiáng)度，并可能引發(fā)沿焊點(diǎn)/鍍層結(jié)合面開(kāi)裂,，嚴(yán)重的可導(dǎo)致表面潤(rùn)濕不良使元件從PCB上脫落或鎳面發(fā)黑,，俗稱(chēng)“黑鎳”。
大量研究和實(shí)際情況表明,，鍍層中P的含量是整個(gè)鍍層質(zhì)量的關(guān)鍵,。當(dāng)P含量在7%-10%之間時(shí)，Ni層的質(zhì)量比較好,。
4. 浸銀
浸銀工藝(Immersion Silver) 如圖1中d)所示,，介于有機(jī)涂覆和化學(xué)鍍鎳/浸金之間，工藝比較簡(jiǎn)單,、快速,；不像化學(xué)鍍鎳/浸金那樣復(fù)雜，也不是給PCB穿上一層厚厚的盔甲,，但是它仍然能夠提供好的電性能,。銀僅次于金，即使暴露在熱,、濕和污染的環(huán)境中,，銀仍然能夠保持良好的可焊性，但會(huì)失去光澤,。浸銀不具備化學(xué)鍍鎳/浸金所具有的好的物理強(qiáng)度因?yàn)殂y層下面沒(méi)有鎳,。另外浸銀有好的儲(chǔ)存性，浸銀后放幾年組裝也不會(huì)有大的問(wèn)題,。
浸銀是置換反應(yīng),，它幾乎是亞微米級(jí)的純銀涂覆。有時(shí)浸銀過(guò)程中還包含一些有機(jī)物，主要是防止銀腐蝕和消除銀遷移問(wèn)題,；一般很難測(cè)量出來(lái)這一薄層有機(jī)物,，分析表明有機(jī)體的重量少于1％。
5. 浸錫
浸錫（Immersion Tin）,，如圖1中e)所示。由于目前所有的焊料都是以錫為基礎(chǔ)的,，所以錫層能與任何類(lèi)型的焊料相匹配,。從這一點(diǎn)來(lái)看，浸錫工藝極具有發(fā)展前景,。但是以前的PCB經(jīng)浸錫工藝后出現(xiàn)錫須,，在焊接過(guò)程中錫須和錫遷徙會(huì)帶來(lái)可靠性問(wèn)題，因此浸錫工藝的采用受到限制,。后來(lái)在浸錫溶液中加入了有機(jī)添加劑,，可使得錫層結(jié)構(gòu)呈顆粒狀結(jié)構(gòu)，克服了以前的問(wèn)題,，而且還具有好的熱穩(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，這個(gè)特性使得浸錫具有和熱風(fēng)整平一樣的好的可焊性而沒(méi)有熱風(fēng)整平令人頭痛的平坦性問(wèn)題,；浸錫也沒(méi)有化學(xué)鍍鎳/浸金金屬間的擴(kuò)散問(wèn)題——銅錫金屬間化合物能夠穩(wěn)固的結(jié)合在一起,。浸錫板不可存儲(chǔ)太久，組裝時(shí)必須根據(jù)浸錫的先后順序進(jìn)行,。
6. 電鍍鎳金
電鍍鎳金(Electrolytic Nickel/ Gold)是PCB表面處理工藝的鼻祖,，自從PCB出現(xiàn)它就出現(xiàn)，以后慢慢演化為其他方式,。如圖7-17中f)所示.它是在PCB表面導(dǎo)體先鍍上一層鎳后再鍍上一層金,，鍍鎳主要是防止金和銅間的擴(kuò)散。現(xiàn)在的電鍍鎳金有兩類(lèi)：鍍軟金（純金,，金表面看起來(lái)不亮）和鍍硬金（表面平滑和硬,，耐磨，含有鈷等其他元素,，金表面看起來(lái)較光亮）,。軟金主要用于芯片封裝時(shí)打金線(xiàn)；硬金主要用在非焊接處的電性互連,。
考慮到成本,，業(yè)界常常通過(guò)圖像轉(zhuǎn)移的方法進(jìn)行選擇性電鍍以減少金的使用。目前選擇性電鍍金在業(yè)界的使用持續(xù)增加,，這主要是由于化學(xué)鍍鎳/浸金過(guò)程控制比較困難,。
正常情況下，焊接會(huì)導(dǎo)致電鍍金變脆,，這將縮短使用壽命,，因而要避免在電鍍金上進(jìn)行焊接,；但化學(xué)鍍鎳/浸金由于金很薄，且很一致,，變脆現(xiàn)象很少發(fā)生,。
7. 其他表面處理工藝
其他表面處理工藝的應(yīng)用較少，下面來(lái)看應(yīng)用相對(duì)較多的化學(xué)鍍鈀工藝,。