【经验】罗杰斯解析选择合适PCB表面处理以获得更长使用寿命

时间： 2023-01-06 来源：罗杰斯先进电子解决方案公众号

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电路材料依靠优质的导体和介质材料将现代复杂部件相互连接起来，以实现最佳性能。但是作为导体的这些PCB铜导体，无论直流还是毫米波（mmWave）的PCB板，都需要抗老化和氧化保护。这种保护可以通过电解和沉浸涂层的形式实现。它们通常能提供不同程度的可焊性，因此即使是与不断变小的部件焊接以及微型表面贴装（SMT）等，也能形成非常完整的焊接点。行业中有多种镀层和表面处理可以用在PCB铜导体上，了解每种镀层和表面处理的特征和相对成本，有助于我们做出合适的选择，从而实现PCB板的最高性能和最长使用寿命。

PCB最终表面处理的选择不是一个简单的过程，需要考虑PCB的用途和工作条件。目前PCB正在向密集封装、间距小的高速PCB电路和更小、更薄、高频的PCB方向发展，这种发展趋势给许多PCB制造商带来了挑战。PCB电路的生产加工过程是通过材料制造商，例如罗杰斯公司，向PCB制造商提供的具有不同铜箔重量和厚度的层压板，然后PCB制造商将这些层压板加工成各种类型的PCB，以便在电子产品中使用。如果没有某些形式的表面保护，那么电路上的导体会在贮存期间发生氧化。导体表面处理作为隔离导体与环境的一道屏障，不仅能够保护PCB导体不被氧化，还能提供一个界面用于电路和元器件的焊接，包括集成电路（IC）的引线键合。

寻求合适的表面处理

合适的表面处理应有助于满足PCB电路的应用以及制造工艺。由于材料成本不同，表面处理所需的加工过程和类型不同，所以其成本也不同。一些表面处理能够具备高可靠性，且使有密集走线的电路高度隔离，而另一些处理则可能在导体之间形成不必要的桥接。一些表面处理能够满足军事和航空航天，例如温度、冲击和振动等要求，而另一些却不能保证这些应用所需的高可靠性。下面列出了一些可以用于从直流电路到毫米波频段电路以及高速数字（HSD）电路的PCB表面处理：

●化学镍金（ENIG）

●化学镍钯金（ENEPIG）

●热风整平（HASL）

●化学沉银

●化学沉锡

●无铅喷锡（LFHASL）

●有机保焊膜（OSP）

●电解硬金

●电解可键合软金

化学镍金（ENIG）

ENIG也称为化学镍金工艺，是广泛用于PCB板导体的表面处理。这是一种相对简单的低成本工艺，通过在导体表面形成镍层再在镍层上形成一层薄薄的可焊金，即使在密集封装的电路上也可形成一个具有良好可焊性的平整表面。ENIG工艺虽然保证了电镀通孔（PTH）的完整性，但是也增加了高频下导体的损耗。该工艺具有较长的贮存期，符合RoHS标准，从电路制造商加工完成、到用于部件组装过程，以及最终产品，它均可以为PCB导体提供长期保护，因此成为很多PCB研发人员选用的常用一种表面处理。

化学沉银

ENEPIG是对ENIG工艺的一种升级，在化学镍层和镀金层之间增加了一层薄薄的钯层。钯层保护了镍层（镍层保护铜导体），而金层同时保护钯和镍。这种表面处理非常适合器件与PCB的引线键合，可以应对多次回流焊工艺。和ENIG一样，ENEPIG也符合RoHS标准。

化学沉锡

化学沉锡工艺通过一个包含多个步骤的过程在导体表面上形成一个薄锡镀层，包括清理、微蚀刻、酸性溶液预浸、沉浸非电解浸锡溶液和最后清理等。化锡处理可以为铜和导体提供良好保护，有助于HSD电路的低损耗性能。遗憾的是，由于随着时间推移，锡会对铜产生影响（即一种金属扩散到另一种金属中，会降低电路导体的长期性能），所以化学沉锡不属于使用寿命最长的导体表面处理方式。与化学沉银一样，化学锡也是一种采用无铅的、符合RoHS标准的工艺。

有机保焊膜（OSP）

有机保焊膜（OSP）是一种非金属保护层，通过一种水性溶液完成涂覆。这种表面处理也符合RoHS标准。但是这种表面处理的贮存期不长，最好应用在电路和器件焊接到PCB上之前。最近，市场上已经出现了新型OSP膜，被认为能够为导体提供长期永久的保护。

电解硬金

硬金处理是符合RoHS工艺流程的电解工艺，能够长时间的保护PCB和铜导体不被氧化。然而，由于材料成本较高，所以也是最贵的表面镀层之一。而且它的可焊性较差，可键合软金处理的可焊性也较差，它符合RoHS标准，可以提供一个良好表面用于器件与PCB的引线键合。

PCB表面处理的选择涉及很多因素，包括应用的要求和期望的使用条件。从这些选项中做出合适的选择并不容易，电路材料供应商罗杰斯公司和电路制造商的建议能够帮助我们简化这个选择过程。对于环保而言，大部分工艺都符合RoHS标准。不过，由于电路的工作频率和速率等的不同，不同表面处理工艺会对电路性能产生不同影响。因此，听取材料供应商和电路制造商的建议可以进一步确保PCB电路实现长期使用的性能目标。

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